CN202415613U

CN202415613U - 一种用于柴油机活塞环槽的激光热处理装置

Info

Publication number: CN202415613U
Application number: CN2012200145948U
Authority: CN
Inventors: 庞振华; 潘瑞娟; 宋杰
Original assignee: GUANGZHOU MECHANICAL AND ELECTRICAL TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: GUANGZHOU MECHANICAL AND ELECTRICAL TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2022-01-12

Abstract

本实用新型公开了一种用于柴油机活塞环槽的激光热处理装置，包括激光器、45°反射镜、聚焦头、工作平台、旋转平台、定位托盘和聚焦头升降装置。本实用新型克服了现有技术中活塞使用寿命低、活塞的硬化质量不够稳定、活塞环槽狭窄不易加工和加工效率低等问题，具有结构简单、安装方便、工作效率高和能适应活塞环槽空间结构等特点。

Description

一种用于柴油机活塞环槽的激光热处理装置

技术领域

本实用新型涉及激光热处理装置领域，具体来说是一种用于柴油机活塞环槽的激光热处理装置。

背景技术

柴油机在生产、生活中地位重要，应用广泛的。活塞作为柴油机的重要部件，被高压气体推动下，在缸套内部活塞往复运动并带动曲轴旋转而作功。在活塞的运动过程中，活塞环会与活塞槽相互摩擦和撞击，使得活塞环槽尤其是环槽的上下沿磨损，长此以往会形成“喇叭口”，影响密封性。此外燃油燃烧过程中易产生积炭和酸性物质，会更加加速活塞的磨损，缩短机组的使用寿命。为了解决这一问题，通过表面硬化工艺，增加活塞环槽上下表面的硬度和耐腐蚀性，使之硬度与活塞环匹配，从而可以大大延长使用寿命。

一般用于提高工件表面硬度的常规方法是采用表面镀铬、高频淬火等工艺，但镀铬耗时较长，厚度有限，而且附着力不强，容易脱落；而高频淬火则需要针对活塞槽尺寸狭窄、可操作空间有限的特点，专门制作高频感应线圈，但这种工艺存在温度不易控制，热影响区比较大，硬化质量不够稳定等问题。

激光热处理技术作为一种新兴先进的加工手段，应用金属相变原理，将高能量光束辐照到工件表面，使其温度快速上升，然后自体温度扩散，迅速降温冷却，形成自然淬火。由于升温和降温的速度都非常快，所以形成的硬化层金相组织更加细化，具有相对优良的机械特性。相对于传统的表面硬化手段具有加工速度快，效率高、质量好、变形微小、控制方便、易于实现自动化生产等优点，广泛用于各行业易磨损零部件的表面改性或者修复方面。

由于激光表面硬化工艺中激光束与工件为非接触式的，所以受工位和空间的影响很小，非常适合应用于活塞环槽的硬化热处理。但是目前存在的激光热处理设备大多为专用设备，例如轧辊类激光热处理设备、缸套类激光热处理设备、模具类激光热处理设备等，这些设备的工装夹具和光路均不适用于活塞环槽狭窄的独特空间，应用来做些简单的模拟试验尚可，如果应用于实际的活塞环槽热处理生产，效率会非常的低，也不现实。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、安装方便、工作效率高和能适应活塞环槽空间特点的柴油机活塞环槽的激光热处理装置。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种用于柴油机活塞环槽的激光热处理装置，包括激光器、45°反射镜、聚焦头、工作平台、旋转平台、定位托盘和聚焦头升降装置；其中，工作平台表面安装旋转平台，定位托盘固定于旋转平台之上，柴油机活塞立式装夹于所述旋转平台上，45°反射镜正下方安装聚焦头升降装置，45°反射镜、聚焦头升降装置通过悬臂安装柴油机活塞一侧，聚焦头连接于聚焦头升降装置下方，且激光器、45°反射镜、聚焦头与柴油机活塞的环槽依次光路连接。

作为一种优选的结构，所述工作平台下方与电机连接，所述电机是使工作平台沿X方向水平移动的步进电机，步进电机水平安装。

为了能使定位托盘和旋转平台一起旋转，所述旋转平台连接绕Z方向电动旋转的旋转电机；所述定位托盘和旋转平台同轴固定连接。

为了能使聚焦头沿Z方向移动，所述聚焦头升降装置包括调焦手轮和空心管，调焦手轮与空心管外周面螺纹连接。

作为一种优选的结构，所述聚焦头包括空心管入光口、聚焦镜外套A、聚焦镜外套B、45°反射铜镜、抛物面聚焦铜镜和气嘴；其中，聚焦镜外套A内一侧安装45°反射铜镜，聚焦镜外套B内一侧安装抛物面聚焦铜镜，聚焦镜外套A和聚焦镜外套B活动连接，聚焦镜外套B在X-Z平面内绕Y方向光轴旋转，空心管入光口设置在聚焦镜外套A上，抛物面聚焦铜镜下方设置气嘴；所述激光器、45°反射镜、空心管入光口、聚焦镜外套A、聚焦镜外套B、45°反射铜镜、抛物面聚焦铜镜、气嘴、柴油机活塞的环槽依次光路连接。

作为一种优选的选择，所述激光器是二氧化碳激光器。

为了能使活塞固定在定位托盘上，所述定位托盘内径与要加工的活塞外径相对应。

为了延长使用寿命，所述定位托盘是不锈钢定位托盘。

作为一种优选的结构，所述聚焦镜外套A和聚焦镜外套B呈圆柱形。

作为一种优选的结构，所述定位托盘中部呈“凹”型结构。

本实用新型的工作原理：工作平台在步进电机驱动下沿X方向可以水平移动，旋转平台安装于工作平台之上，并可随其一起平动，定位托盘与旋转平台同轴，这就保证了可以一起旋转。

使用时，将活塞立式放置于与其外径匹配的定位托盘上，使其可以与步进电机驱动旋转的旋转平台一起同步转动，选用3000W CO₂激光器作为光源，激光经45°反射镜反射后垂直进入聚焦头，聚焦头在Z方向可以升降调节，其内部的抛物面聚焦铜镜和气嘴可以在X-Z平面内绕Y方向光轴旋转。通过调整聚焦头的角度、在Z方向的高度以及和立置于定位托盘上的活塞之间的水平距离等一系列步骤，可以将激光束分别以合适的角度传输到活塞环槽需要硬化热处理的上、下工作表面，并获得满足热处理工艺的光斑尺寸和离焦量，应用本装置，只需对沉重的活塞做一次装夹，就可以通过调整输出光路方向，实现对活塞环槽上、下两个工作表面的硬化处理，整个加工过程方便、快捷，热处理质量稳定。

本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

1、本实用新型设置了工作平台、旋转平台及高度和角度可调式聚焦头，具有结构简单、安装方便、工作效率高的优点。

2、本实用新型的聚焦头设计成两段结构，可以使抛物面聚焦铜镜和气嘴在X-Z平面内绕Y方向旋转，可以适应活塞环槽空间的特点，同时可以完成活塞上多个环槽上、下内表面的热处理任务，提高了工作效率。

3、本实用新型的定位托盘是不同直径的定位托盘对应不同尺寸的活塞，将活塞放置在托盘内既可保证其可以与旋转托盘一起同轴旋转，无需任何紧固机构，装、卸活塞过程方便快捷。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型聚焦头侧视剖面图；

图3为本实用新型聚焦头正视图。

图中标号与名称如下：

1	激光器	2	45°反射镜
				3	激光光束	4	聚焦头
5	旋转平台	6	定位托盘
				7	柴油机活塞的环槽	8	柴油机活塞
9	工作平台	10	电机
				11	45°反射铜镜	12	抛物面聚焦铜镜
13	气嘴	14	Y方向光轴
				15	镜座	16	聚焦镜外套A
17	聚焦镜外套B	18	调焦手轮

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1、图2和图3所示，一种用于柴油机活塞环槽的激光热处理装置，包括激光器1、45°反射镜2、聚焦头4、工作平台9、旋转平台8、定位托盘6和聚焦头升降装置；其中，工作平台9表面安装旋转平台8，定位托盘6固定于旋转平台8之上，柴油机活塞8立式装夹于所述旋转平台8上，45°反射镜2正下方安装聚焦头升降装置，45°反射镜2、聚焦头升降装置通过悬臂安装柴油机活塞8一侧，聚焦头4连接于聚焦头升降装置下方，且激光器1、45°反射镜2、聚焦头4与柴油机活塞的环槽7依次光路连接。

工作平台9下方与电机10连接，电机10是使工作平台9沿X方向水平移动的步进电机，步进电机水平安装。为了能使定位托盘6和旋转平台5一起旋转，旋转平台5连接绕Z方向电动旋转的旋转电机；定位托盘6和旋转平台5同轴固定连接。

为了能使聚焦头沿Z方向移动，聚焦头升降装置包括调焦手轮18和空心管，调焦手轮18与空心管外周面螺纹连接。聚焦头4包括空心管入光口、聚焦镜外套A16、聚焦镜外套B17、45°反射铜镜11、抛物面聚焦铜镜12和气嘴13；其中，聚焦镜外套A16内一侧安装45°反射铜镜11，聚焦镜外套B17内一侧安装抛物面聚焦铜镜12，聚焦镜外套A16和聚焦镜外套B17活动连接，聚焦镜外套B17在X-Z平面内绕Y方向光轴旋转，空心管入光口设置在聚焦镜外套A16上，抛物面聚焦铜镜12下方设置气嘴13；所述激光器1、45°反射镜2、空心管入光口、聚焦镜外套A16、聚焦镜外套B17、45°反射铜镜11、抛物面聚焦铜镜12、气嘴13、柴油机活塞的环槽7依次光路连接。本实施例的激光器1是二氧化碳激光器。

为了能使活塞固定在定位托盘6上，定位托盘6内径与要加工的活塞8外径相对应。为了延长使用寿命，本实施例的定位托盘6是不锈钢定位托盘。聚焦镜外套A16和聚焦镜外套B17呈圆柱形，定位托盘6中部呈“凹”型结构，就是为了和要加工的活塞8外径相对应。

上述具体实施方式为本实用新型的优选实施例，并不能对本实用新型进行限定，其他的任何未背离本实用新型的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种用于柴油机活塞环槽的激光热处理装置，其特征在于：包括激光器、45°反射镜、聚焦头、工作平台、旋转平台、定位托盘和聚焦头升降装置；其中，工作平台表面安装旋转平台，定位托盘固定于旋转平台之上，柴油机活塞立式装夹于所述旋转平台上，45°反射镜正下方安装聚焦头升降装置，45°反射镜、聚焦头升降装置通过悬臂安装柴油机活塞一侧，聚焦头连接于聚焦头升降装置下方，且激光器、45°反射镜、聚焦头与柴油机活塞的环槽依次光路连接。

2.根据权利要求1所述的激光热处理装置，其特征在于：所述工作平台下方与电机连接，所述电机是使工作平台沿X方向水平移动的步进电机，步进电机水平安装。

3.根据权利要求1所述的激光热处理装置，其特征在于：所述旋转平台连接绕Z方向电动旋转的旋转电机；所述定位托盘和旋转平台同轴固定连接。

4.根据权利要求1所述的激光热处理装置，其特征在于：所述聚焦头升降装置包括调焦手轮和空心管，调焦手轮与空心管外周面螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的激光热处理装置，其特征在于：所述聚焦头包括空心管入光口、聚焦镜外套A、聚焦镜外套B、45°反射铜镜、抛物面聚焦铜镜和气嘴；其中，聚焦镜外套A内一侧安装45°反射铜镜，聚焦镜外套B内一侧安装抛物面聚焦铜镜，聚焦镜外套A和聚焦镜外套B活动连接，聚焦镜外套B在X-Z平面内绕Y方向光轴旋转，空心管入光口设置在聚焦镜外套A上，抛物面聚焦铜镜下方设置气嘴；所述激光器、45°反射镜、空心管入光口、聚焦镜外套A、聚焦镜外套B、45°反射铜镜、抛物面聚焦铜镜、气嘴、柴油机活塞的环槽依次光路连接。

6.根据权利要求1所述的激光热处理装置，其特征在于：所述激光器是二氧化碳激光器。

7.根据权利要求1所述的激光热处理装置，其特征在于：所述定位托盘内径与要加工的活塞外径相对应。

8.根据权利要求1所述的激光热处理装置，其特征在于：所述定位托盘是不锈钢定位托盘。

9.根据权利要求5所述的激光热处理装置，其特征在于：所述聚焦镜外套A和聚焦镜外套B呈圆柱形。

10.根据权利要求1所述的激光热处理装置，其特征在于：所述定位托盘中部呈“凹”型结构。