CN113528760A - 一种簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光淬火硬化处理技术领域，公开了一种簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，包括以下步骤：固定簧片阻尼器的轴毂，激光头对准轴毂的待处理表面；调整激光束光斑落在所述待处理表面上，并设定光斑大小、激光功率和扫描速度；激光扫描所述待处理表面进行自冷淬火，完成一次激光淬火处理。本发明是采用激光束对轴毂的待处理表面进行激光淬火硬化处理，主要利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层。激光束能快速的加强轴毂待处理表面的硬度，而且不影响整体轴毂的尺寸及韧性，达到轴毂表面硬化的目的。完全有效的提高了轴毂的稳定性，轴毂在使用过程中不存在开裂现象，显著提高了轴毂的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及激光淬火硬化处理技术领域，特别是涉及一种船用簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺。
背景技术
阻尼器又称阻尼装置，是一种使冲击振动很快衰减且增加阻尼的装置。在船舶领域中，主机、柴油发电机等大型设备通常采用隔振措施以减小设备振动向船体的传递，从而提高船舶舒适性，降低噪声指标。采用隔振措施后，设备与基座为弹性连接方式，为了防止船舶在恶劣海况或遭受爆炸冲击时，设备发生过大位移导致轴系、管路破坏，需要在设备周围安装阻尼器，防止位移过大。往复运动的发动机会产生激振力矩，它将引起轴系的扭转振动，当激振力矩的频率和系统的自振频率相同时，会引起共振而危及系统的安全。为解决这一问题，船舶上需要使用阻尼器。
簧片扭振减振器根据有阻尼动力减振器的原理设计而成的一种簧片阻尼器，其使轴系附加了一个振动系统，由簧片扭振减振器的转动惯量(簧片扭振减震器外部元件)和扭转刚度(簧片)形成，附加的子系统将会改变轴系的共振频率，在曲轴上该现象更加显著。所设计的簧片扭振减震器自振频率应接近需调谐的发动机或系统的共振频率，达到对主系统的调谐作用。
阻尼为0的共振曲线和阻尼为∞的共振曲线有两个交点，无论阻尼大小如何，所有的共振曲线都通过这两个特别点。特别点的位置由簧片扭振减震器的刚度和传动惯量决定。阻尼越小，曲线越靠近0阻尼的共振曲线，阻尼越大，曲线越靠近∞阻尼的共振曲线。通过调节共振曲线，可使得曲轴、螺旋浆轴等组件在许用振动负荷内正常运行。
簧片扭振减震器的主要零部件有内部元件(内部元件包括轴毂，轴毂与曲轴可靠连接)，外部元件(包括限位块和外套圈，限位块、外套圈通过簧片组件与内部元件连接)，侧板(侧板与外部元件可靠连接)及簧片组件。其中，簧片扭振减震器的轴毂一般通过法兰或锥套与曲轴自由端相连，它随曲轴一起振动。外套圈与(金属)弹簧片相连，它可以根据扭振情况摆动。当簧片扭振减震器发生扭曲时，轴毂凹槽内的弹簧片会产生弯曲变形。依靠曲轴的油压向簧片扭振减震器的内腔中充满油，外套圈和轴毂相对运动时，油在内腔中来回流动，产生了液力阻尼。簧片扭振减振器的减振效果本质上是由润滑油的流动产生的。
由于上述的阻尼器工作时，弹簧片与轴毂的凹槽面接触并产生弯曲，弹簧片在轴毂的凹槽面内会产生作用力，所以轴毂的凹槽面必须进行硬化处理，且对硬化后的表面硬度有非常高的要求。而轴毂的两端面为油封面，也需要对端面进行硬化处理。通常需要硬化的凹槽面一般有16-32个槽不等，常规热处理无法单独对凹槽面进行热处理，另外热处理效果不佳容易导致凹槽面和端面产生开裂现象；而此轴毂作为关键部件，开裂的产生会严重影响安全性。
发明内容
本发明旨在提供一种簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，以解决现有技术中硬化效果不佳的上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，包括以下步骤：
S1、固定簧片阻尼器的轴毂，激光头对准轴毂的待处理表面；
S2、调整激光束光斑落在所述待处理表面上，并设定光斑大小、激光功率和扫描速度；
S3、激光扫描所述待处理表面进行自冷淬火，完成一次激光淬火处理。
根据本发明的簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，所述待处理表面包括轴毂的端面，及轴毂上开设的多个凹槽面。
根据本发明的簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，所述光斑大小的宽度为10mm-20mm，激光功率为1500W-2000W，扫描速度为300mm/min-350mm/min。
根据本发明的簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，所述激光功率设定为1500W，用于激光扫描端面。
根据本发明的簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，所述端面的硬度为HRC50以上，硬化深度为0.8mm以上。
根据本发明的簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，所述激光功率设定为2000W，用于激光扫描凹槽面。
根据本发明的簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，所述凹槽面的硬度为HRC56-59，硬化深度为0.8mm-1.1mm。
根据本发明的簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，所述轴毂固定在旋转工作台，轴毂在旋转中进行激光淬火硬化处理工艺。
本发明的有益效果：
本发明是采用激光束对轴毂的待处理表面进行激光淬火硬化处理，主要利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层。激光表面淬火技术能量密度可达103-105W/cm2，冷却方式为自冷淬火，依靠未被加热的基材芯部冷却实现自冷淬火，得到的是隐针马氏体组织。自冷淬火的工作原理是利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变点以上，当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用，使表层材料快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。激光淬火不需要水或油等冷却介质，是清洁、快速的淬火工艺。激光束能快速的加强轴毂待处理表面的硬度，而且不影响整体轴毂的尺寸及韧性，加工过程中通过设置激光的功率、速度等工艺参数，达到轴毂表面硬化的目的。完全有效的提高了轴毂的稳定性，轴毂在使用过程中不存在开裂现象，显著提高了轴毂的使用寿命。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例一
本发明提供了一种簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，包括以下步骤：
S1、固定簧片阻尼器的轴毂，激光头对准轴毂的待处理表面；
S2、调整激光束光斑落在所述待处理表面上，并设定光斑大小、激光功率和扫描速度；
S3、激光扫描所述待处理表面进行自冷淬火，完成一次激光淬火处理。
所述待处理表面包括轴毂的端面，及轴毂上开设的多个凹槽面。凹槽面就是指凹槽的表面。
所述光斑大小的宽度为10mm-20mm，激光功率为1500W-2000W，扫描速度为300mm/min-350mm/min。
所述激光功率设定为1500W，用于激光扫描端面。
所述端面的硬度为HRC50以上，硬化深度为0.8mm以上。
所述激光功率设定为2000W，用于激光扫描凹槽面。
所述凹槽面的硬度为HRC56-59，硬化深度为0.8mm-1.1mm。
所述轴毂固定在旋转工作台，轴毂在旋转中进行激光淬火硬化处理工艺。
实施例二
轴毂材质通常为40Cr或45钢，以下为实施例一的技术方案的一种具体应用。
采用半导体激光器，激光器通过光纤连接到激光头上，激光头安装在机器人上，按照轴毂需要硬化的待处理表面进行编程。激光束在程序的驱动下能快速的将轴毂的凹槽面以及端面(所需要处理的位置)加强硬度，而且不影响整体轴毂的尺寸及韧性，加工过程中通过设置激光的功率、速度等工艺参数，达到轴毂凹槽面和端面的硬化。
通过激光硬化的轴毂表面硬度达到HRC56-59，有效硬化层深度0.8mm-1.1mm，此方法完全有效的提高了轴毂的稳定性，轴毂在使用过程中不存在开裂现象，显著提高了轴毂的使用寿命。
激光淬火硬化处理的步骤具体如下：
步骤1：根据轴毂材质，在轴毂的凹槽面和端面进行激光硬化，激光功率一般为凹槽面2000W，端面1500W，扫描速度为350mm/min。
上述的步骤1可算作前期准备工作或者调试工作。激光束能快速的将轴毂需要硬化的表面加强硬度，而不影响轴毂的尺寸和韧性。激光淬火加工过程中，通过设置激光功率，扫描速度和扫描时间，达到轴毂凹槽面和端面表面硬化的效果。
步骤2：通过激光束对轴毂的槽体或者端部进行激光淬火处理，具体为：将待激光淬火的轴毂固定在旋转工作台上；将激光头与轴毂需要硬化处理表面(即待处理表面)保持相对固定的距离，通常为保持240mm的距离。并将激光束光斑调整到待处理轴毂的凹槽面或者端面上。
步骤3：设定激光功率和扫描速度，旋转台开始旋转，激光束对凹槽面或端面进行激光硬化，当一个凹槽面完成后，激光停止发射，机器人移动到第二个凹槽面进行激光硬化处理，直到完成所有凹槽面的激光硬化处理。
轴毂淬火过程中，轴毂表面受热，而内部不受热，靠内部的低温把表面的温度传导过去，起到表面冷却作用，达到淬火目定，内部低温材料快速导热使轴毂表层温度快速冷却，获得激光淬火硬层。具体的，轴毂表面激光淬火硬化处理的工作情况是利用聚焦后的激光束照射到曳引轮材料表面，激光束辐照转子材料表面的过程中，轴毂材料吸收光能立即转化为热能，从而使激光作用区的温度急剧上升，使其温度迅速升高到相变点温度以上，当激光束移开后，由于仍处于低温的内部材料的快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。其中，采用4KW半导体激光加工系统，光斑大小的宽度10mm-20mm，激光功率2000W，以300mm/min的扫描速度进行表面扫描，激光表面淬火技术能量密度可达103-105W/cm2，加热时间小于1s，通过激光淬火硬化的轴毂表面硬度达到HV790，有效硬化层深度为0.8mm-1.1mm，甚至可达到0.1mm-1.5mm。
步骤4：对激光淬火加工过的轴毂有效硬化层的硬度、深度进行检测。通过切割、制样、磨抛、腐蚀等步骤，完成转子金相样块制作，通过检测有效硬化层硬度和深度是否到达标准要求，包括金相组织是否符合标准要求。
步骤5：如果轴毂的有效硬化层深度、硬度不符合预定值(硬化层深度0.8mm-1.1mm，表面硬度值HRC56-59；检测中可使用硬度计进行检测，和金相显微硬度计进行检测)。则对激光淬火加工的相关参数进行调整。调整后，再进行二次激光淬火处理，并检测，直到有效硬化层满足标准要求。
轴毂对于阻尼器来说是一种重要的关键安全部件，对凹槽面表面硬度有非常高的要求，同时又不能破坏基体心部的组织和韧性，对于常规硬化无法解决的技术难题。而采用激光表面硬化处理工艺，有效的解决了技术难题。采用激光表面硬化工艺，轴毂的使用寿命大大提高至原始使用寿命的1.5-2倍。而且加工周期短，激光硬化不变形；作为轴毂处理的最后一道工序，减少了材料的浪费并缩短了加工工期。此工艺技术的推广应用，对于船舶行业节能、环保、创新升级有非常大的意义。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、固定簧片阻尼器的轴毂，激光头对准轴毂的待处理表面；
S2、调整激光束光斑落在所述待处理表面上，并设定光斑大小、激光功率和扫描速度；
S3、激光扫描所述待处理表面进行自冷淬火，完成一次激光淬火处理。
2.根据权利要求1所述的一种簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，其特征在于，所述待处理表面包括轴毂的端面，及轴毂上开设的多个凹槽面。
3.根据权利要求2所述的一种簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，其特征在于，所述光斑大小的宽度为10mm-20mm，激光功率为1500W-2000W，扫描速度为300mm/min-350mm/min。
4.根据权利要求3所述的一种簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，其特征在于，所述激光功率设定为1500W，用于激光扫描端面。
5.根据权利要求4所述的一种簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，其特征在于，所述端面的硬度为HRC50以上，硬化深度为0.8mm以上。
6.根据权利要求3所述的一种簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，其特征在于，所述激光功率设定为2000W，用于激光扫描凹槽面。
7.根据权利要求6所述的一种簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，其特征在于，所述凹槽面的硬度为HRC56-59，硬化深度为0.8mm-1.1mm。
8.根据权利要求1所述的一种簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺，其特征在于，所述轴毂固定在旋转工作台，轴毂在旋转中进行激光淬火硬化处理工艺。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211022 |
|
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