CN202006339U - 一种经过激光微造型处理的活塞裙部 - Google Patents

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尹必峰
章高伟
符永宏
王匀
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Abstract

本实用新型涉及一种经过激光微造型处理的活塞裙部，所述活塞裙部的表面为所述活塞裙部的主承载区及次承载区，所述活塞裙部的表面是由均匀分布的微凹腔或微沟槽组成的微观几何形貌的金相组织，所述微凹腔的几何截面形状为圆形，三角形，正方形或正多边形，其形状的外接圆半径rp＝30～50μm，深度hp＝5～8μm，面积密度sp＝10％～25％。所述微沟槽形貌的宽度d＝15～30μm，深度hp＝6～10μm，面积密度sp＝15％～35％，沟槽斜角α＝45°～75°。

Description

一种经过激光微造型处理的活塞裙部
技术领域
本实用新型涉及一种内燃机活塞裙部，尤其涉及一种经过激光微造型处理后的活塞裙部。
背景技术
活塞是发动机的关键部件之一，活塞裙部在气缸内起着导向、承载侧压力和传热等作用。活塞在工作过程中，由于活塞的二阶运动活塞裙部受到很大的侧推力，又受到高温高压的热负荷，活塞裙部将发生变形，其与缸套间的可能出现局部间隙过小，产生咬缸、拉缸现象；或者间隙过大，产生敲缸、增加机油耗、缸套穴蚀或噪声过大等现象；或者裙部变形后，润滑难以实现，从而影响工作可靠性。合理的活塞裙部型面应保证活塞得到良好的导向，足够的承压面积，形成足够的润滑油膜，以减小摩擦磨损，在任何工况下都能保证合理的配缸间隙。因此，合理的裙部型线设计及改善裙部润滑摩擦磨损成为一个重要课题。现有的活塞裙部型线加工工艺中，经常采用裙部中凸变椭圆型线工艺，其目的是防止热态时活塞沿活塞销过度膨胀，而卡死在缸内；同时可以形成流体动压润滑，改善润滑效果，但中凸变椭圆活塞型面复杂，加工难度高。在改善裙部润滑方面，可以在裙部表面加工集油布油孔。在改善活塞的抗磨性能时，经常采用表面强化处理，如活塞表面喷涂石墨、喷涂二硫化钼、镀锡或镀铅等。但是单纯的改善润滑或提高耐磨性已经达到其工艺性能的极限，而且大多生产工艺及装备复杂，成本高，工人劳动强度大，且对坏境具有一定的污染性。因此，现有的改善活塞一缸套的润滑状态及其工作性能的技术手段还需提高。
发明内容
本实用新型提出了一种经过激光微造型处理的活塞裙部，其特征在于：所述活塞裙部的表面为所述活塞裙部的主承载区及次承载区，所述活塞裙部的表面由均匀分布的微凹腔或微沟槽组成。
所述微凹腔的几何截面形状为圆形、三角形、正方形或正多边形，其形状的外接圆半径rp＝30～50μm，深度hp＝5～8μm，面积密度sp＝10％～25％。
所述微沟槽的形貌的宽度d＝15～30μm，深度hp＝6～10μm，面积密度sp＝15％～35％，沟槽斜角α＝45°～75°。
本实用新型通过如下方法对活塞裙部进行激光微造型处理：
采用二极管泵浦YAG激光加工器对活塞裙部主承载区及次承载区进行激光微造型处理，采取单脉冲同点间隔多次加工，通过控制激光加工工艺参数：即功率密度105～107W/cm2、脉冲宽度25ns～100ns、脉浦电流20～22.5A、调Q脉冲频率5～25kHz，在激光图形加工软件控制界面上，输入造型的几何尺寸参数，调整激光脉冲重复次数2-8次，并利用辅助气体来实施相应的微造型。
采用激光造型后，活塞裙部由均匀分布的微造型(凹腔或沟槽)组成，一方面可以形成流体动压润滑，改善其润滑摩擦性能；另一方面，由于激光的热效应，裙部表面材料得到硬化、强化处理，大幅提高裙部表面材料的硬度，增强了其耐磨能力。与以往的工艺手段相比，该发明具有功能全面，工艺及设备简单、劳动强度低、成本低、对环境无污染等优点，蕴含了巨大的经济效益。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明进行进一步说明：
图1是活塞裙部激光微造型加工示意图；
图2示意了具有A-A截面的裙部表面微凹腔；
图3是根据图2的微凹腔的A-A截面的剖面图；
图4示意了根据图2的微凹腔的外接圆半径；
图5示意了根据图2的微凹腔的深度；
图6-9示意了不同形状的微凹腔截面；
图10是裙部表面微沟槽示意图。
图1中1-激光器，2-活塞，3-工作台，4-外光路系统，5-45°反射镜，6-激光束，7-聚焦镜。
具体实施方式：
本实用新型是一种经过激光微造型处理后的活塞裙部，在活塞裙部的主承载区及次承载区进行激光微造型，包括YAG激光器1、活塞2、工作台3、外光路系统4、45°反射镜5、聚焦镜7，可通过如下步骤进行造型：
第一步：提供一个激光功率为3W，调Q脉冲频率5～25KHz，波长532nm的二极管泵浦YAG激光器1；选取一个球磨铸铁发动机活塞2。
第二步：驱动激光器，调整激光功率密度为105～107W/cm2，脉冲宽度为25ns～100ns，泵浦电流20～22.5A，调Q脉冲频率5～25kHz，在激光图形加工软件控制界面上，输入造型的几何尺寸参数，工作台3转速，调整激光脉冲重复次数，使用高能量密度、高重复频率的脉冲激光照射到活塞裙部，并吹辅助气体(氮气或氧气)，使气化的金属及时的散去，同时吹辅助气体也起到了冷却的作用，在活塞裙部表面形成硬度极高且均匀分布的微造型形貌。
激光微造型处理后，裙部的微造型参数为：(1)微凹腔的几何参数：截面形状可以为圆形，三角形，正方形或正多边形，其形状的外接圆半径rp＝30～50μm，深度hp＝5～8μm，面积密度sp＝10％～25％，。(2)微沟槽形貌的几何参数：宽度d＝15～30μm，深度hp＝6～10μm，面积密度sp＝15％～35％，沟槽斜角α＝45°～75°。

Claims (3)

1.一种经过激光微造型处理的活塞裙部，其特征在于：所述活塞裙部的表面为所述活塞裙部的主承载区及次承载区，所述活塞裙部的表面由均匀分布的微凹腔或微沟槽组成。
2.根据权利要求1所述的活塞裙部，其特征在于：所述微凹腔的几何截面形状为圆形、三角形、正方形或正多边形，其形状的外接圆半径rp＝30～50μm，深度hp＝5～8μm，面积密度sp＝10％～25％。
3.根据权利要求1所述的活塞裙部，其特征在于：所述微沟槽的形貌的宽度d＝15～30μm，深度hp＝6～10μm，面积密度sp＝15％～35％，沟槽斜角α＝45°～75°。 
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110671316A (zh) * 2019-10-28 2020-01-10 吉林大学 一种高耐磨高密封活塞

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