一種曲軸油孔的激光空化清潔強化裝置及清潔強化方法
【專利摘要】本發明公開了一種曲軸油孔的激光空化清潔強化裝置及其清潔強化方法，包括激光發生單元、運動模組,工作液載具和計算機，激光發生單元位于所述工作液載具上端，工作液載具內裝有工作介質，內部安裝有第一智能機械手和第二智能機械手，工作液載具底端安裝有增氣機，激光發生單元、第一智能機械手、第二智能機械手和增氣機均與計算機連接。進行清潔強化時，調節激光束能量和無量綱距將空泡的主要作用形式分為沖擊波A和潰滅流B兩種模式；首先采用模式A清除機械加工后殘留的毛刺和切屑，采用B模式對清潔完成的油孔內壁進行性能強化。本發明既滿足了對于油孔內壁這樣的狹長通道的有效強化，還能極大的提高曲軸油孔的清潔狀況，循環有效的進行油孔清潔。
【專利說明】
一種曲軸油孔的激光空化清潔強化裝置及清潔強化方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種金屬的激光空化清潔強化裝置及其清潔強化方法，尤其涉及一種曲軸油孔的激光空化清潔強化裝置及其清潔強化方法。
【背景技術】
[0002]在液體中，激光功率密度超過液體的擊穿閾值時，液體介質被擊穿，在擊穿區域形成發光的等離子體腔體，等離子體繼續強吸收激光能量，腔體迅速膨脹，形成空泡，空泡的脈動向液體中輻射脈沖聲波，該過程即“光空化”現象，激光與液體介質相互作用導致的光空化效應是激光醫學、水下激光加工等領域的基礎理論問題。空化現象的出生與發展取決于很多復雜的因素，一方面空化現象的存在對水利機械設備、高速運動物體的水動力特性等有著嚴重的影響，如降低機械的性能，侵蝕破壞液力機械的葉片等;另一方面合理利用空化現象也能對生產、生活產生有益的幫助，如提高眼科手術的療效及水中激光打孔的效率等。鑒于上述原因以及空泡運動的復雜性，幾十年來，空化現象以及對于如何合理利用空化現象來為社會的生產、生活服務一直是科研工作者研究的熱點問題之一。
[0003]我國是世界第一汽車產銷大國，從2009-2015年開始已連續六年蟬聯全球第一。預計未來十年，我國汽車市場年均增長率將繼續快速提高，穩定在7%以上。汽車行業的蓬勃發展對汽車制造業提出了更高的要求和期望，發動機是汽車的核心部件，對汽車的運行可靠性和使用性能具有決定性影響。曲軸是汽車發動機受力最集中、受力情況最復雜的部件，也是最容易發生問題的部件，曲軸的質量直接決定發動機的整體質量。
[0004]曲軸的失效形式主要表現為軸頸磨損和疲勞斷裂。其中80%是由于曲軸產生裂紋導致的，一般來說曲軸的裂紋多發生在曲柄與軸頸之間的過渡圓角處以及油孔處。因此油孔處的強化是非常必須且必要的。此外，曲軸清潔程度的好壞，直接與發動機的油路是否暢通，運動副的潤滑磨損情況密切相關。曲軸清潔不好，輕則損傷部件，性能下降，重則造成發動機燒損，甚至報廢。油道清潔度的主要影響因素是加工過程中產生的毛刺，可活動切肩和微小切肩。如何利用激光誘導產生的空化泡技術來清洗強化汽車曲軸，尚未檢索到相關文獻。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種曲軸油孔的空化清潔強化裝置及其清潔強化方法， 利用激光誘導產生的空化泡產生的沖擊波和潰滅時產生的高強度力效應來對汽車曲軸的狹長孔壁內部進行有效清潔，同時實現改善曲軸的機械性能。
[0006]為實現上述發明目的，本發明采取的技術方案為:一種曲軸油孔的激光空化清潔強化裝置，包括激光發生單元、工作液載具和計算機，所述激光發生單元位于所述工作液載具上端，所述工作液載具內裝有工作介質，內部安裝有第一智能機械手和第二智能機械手，所述工作液載具底端安裝有增氣機，所述激光發生單元、所述第一智能機械手、所述第二智能機械手和所述增氣機均與所述計算機連接。
[0007]上述方案中，所述工作液載具的進水口處裝有水栗，所述工作液載具的出水口處裝有過濾器。
[0008]上述方案中，所述激光發生單元包括YAG激光器，擴束鏡，全反鏡和光束轉換及調節裝置。
[0009]本發明還提供了利用曲軸油孔的激光空化清潔強化裝置對曲軸油孔進行清潔強化的方法，包括如下步驟:
第一步，用第一智能機械手和第二智能機械手將機械加工完成的曲軸進行固定夾緊，并保證曲軸的油孔向上，且與激光發生單元的激光束方向保持對齊。
[0010]第二部，向工作液載具中注入硅油，使液面至少沒過曲軸油孔，并打開增氣機，提高工作液中氣體濃度。
[0011]第三步:通過計算機控制激光發生單元的激光參數，使其滿足產生空化泡的理論要求，并保證激光發生單元的激光束照射到油孔內。
[0012]第四步:通過計算機控制第一智能機械手和第二智能機械手按照要求上下移動，保證空化泡作用完整個油孔內壁。
[0013]第五步:對整個工件進行清潔處理。
[0014]上述方法中，所述激光發生單元包括YAG激光器，擴束鏡，全反鏡和光束轉換及調節裝置，并且所述YAG激光器的單脈沖能量范圍保證在60mJ?800mJ可調，脈寬5ns?50ns可調，輸出波長為1.06μπι。
[0015]上述方法中，計算機調節激光束能量和無量綱距將空泡的主要作用形式分為沖擊波A和潰滅流B兩種模式;首先采用模式A清除機械加工后殘留的毛刺和切肩，采用B模式對清潔完成的油孔內壁進行性能強化。
[0016]本發明的有益效果:(I)充分利用了空化泡脈動過程中的沖擊波和潰滅時產生的高強度力效應來對狹長孔內壁進行清潔和強化，將原本對社會生產造成阻礙，對水利機械設備造成沖蝕破壞、工作效率下降等嚴重副作用的空化泡，巧妙地利用激光技術和計算機控制技術等對其進行誘導和控制，空化泡脈動產生的沖擊波有效去除毛刺和殘余切肩，并且使空化泡潰滅時產生的高強度力效應來在油孔內壁面產生高幅值殘余壓應力，有效提高基體表面的微動疲勞抗力，綜合改善基體的機械性能，達到對基體表面進行強化延壽的目的；實現了合理利用空化泡現象來為社會生產、生活提供助力的一面。(2)相比傳統的油孔清潔方法，采用激光誘導空化泡脈動沖擊波比一般采用較廣的電解法，避免了電解不當容易造成的毛刺去不干凈或者電蝕過重等一系列問題。(3)該處理技術操作簡單便捷，易于控制，效率高，對油孔內壁進行強化處理而不影響其心部性能。(4)激光誘導空化泡材料表面改性技術環保性優異，沒有任何污染。避免采用回爐、冶煉等回收方式時對環境的二次污染，是綠色的再制造方法。
【附圖說明】
[0017]圖1為利用激光誘導空化泡對油孔內壁進行清潔強化的裝置示意圖
圖中:1.YAG激光器，2.擴束鏡，3.全反鏡，4.光束轉換及調節裝置，5.油孔，6.工作液載具，7.第一智能機械手，8.過濾器，9.增氣機，10.第二智能機械手，11.液面，12.激光束，
13.計算機，14.YAG激光器控制器，15.水栗。
【具體實施方式】
[0018]本實施例是應用激光誘導產生原本對水利機械設備造成沖蝕破壞、工作效率下降等副作用的空化泡，利用其脈動周期過程中沖擊波和潰滅瞬間產生的高強度力效應來對基材表面進行清潔和強化延壽處理。
[0019]下面結合具體實例對本發明作進一步具體詳細描述。
[0020]如圖1所示，一種曲軸油孔的激光空化清潔強化裝置，包括激光發生單元、水箱6和計算機13，所述激光發生單元位于所述工作液載具6上端，所述激光發生單元包括YAG激光器1，擴束鏡2，全反鏡3和光束轉換及調節裝置4，用于成型為油孔內壁清潔強化的高能量空化泡。所述工作液載具6內裝有工作介質，優選硅油，所述工作液載具6內部安裝有第一智能機械手7和第二智能機械手10，用于夾緊工件并保證空泡與油孔5的相對位置。所述工作液載具6的進水口處裝有水栗15，所述工作液載具6出水口處裝有過濾器8，用于保證工作液的清潔，并且充分流動有利于空化泡的形成。所述工作液載具6底端安裝有增氣機9，用于提高工作液中的氣體含量，有利于空化泡的形成并且延長脈動周期。所述激光發生單元、所述第一智能機械手7、所述第二智能機械手10和所述增氣機9均與所述計算機13連接，計算機13用來確定合適的激光參數，有效控制空化泡的強度及對基體表面的作用時間。
[0021]本實施例中的車用曲軸油孔的激光空化清潔強化的裝置的清潔強化方法，其具體步驟如下:
第一步，用第一智能機械手7和第二智能機械手10將機械加工完成的曲軸進行固定夾緊，并保證曲軸的油孔5向上，且與激光發生單元的激光束方向保持對齊。
[0022]第二部，向工作液載具6中注入硅油，使液面11至少沒過曲軸油孔，并打開增氣機9，提高工作液中氣體濃度。
[0023]第三步:通過計算機13控制激光發生單元的激光參數，使其滿足產生空化泡的試驗要求，并保證激光發生單元的激光束12照射到油孔5內。
[0024]第四步:通過計算機13控制第一智能機械手7和第二智能機械手10按照要求上下移動，保證空化泡作用完整個油孔內壁。
[0025]第五步:對整個工件進行清潔處理。
[0026]優選的，所述激光發生單元包括YAG激光器I，擴束鏡2，全反鏡3和光束轉換及調節裝置4，計算機13調節激光束能量和無量綱將空泡的主要作用形式分為沖擊波A和潰滅流B兩種模式;首先采用模式A清除機械加工后殘留的毛刺和切肩，采用B模式對清潔完成的油孔內壁進行性能強化;并且所述YAG激光器I的單脈沖能量范圍保證在60mJ?SOOmJ可調，脈寬5ns?50ns可調，輸出波長為I.06μηι。
【主權項】
1.一種曲軸油孔的激光空化清潔強化裝置，其特征在于，包括激光發生單元、工作液載具(6)和計算機(13)，所述激光發生單元位于所述工作液載具(6)上端，所述工作液載具(6)內裝有工作介質，所述工作液載具(6)內部安裝有第一智能機械手(7)和第二智能機械手(10)，所述工作液載具(6)底端安裝有增氣機(9)，所述激光發生單元、所述第一智能機械手(7)、所述第二智能機械手(10)和所述增氣機(9)均與所述計算機(13)連接。2.根據權利要求1所述的一種曲軸油孔的激光空化清潔強化裝置，其特征在于，所述工作液載具(6 )的進水口處裝有水栗(15 )，所述工作液載具(6)出水口處裝有過濾器(8)。3.根據權利要求1或2所述的一種曲軸油孔的激光空化清潔強化裝置，其特征在于，所述激光發生單元包括YAG激光器(I)，擴束鏡(2)，全反鏡(3)和光束轉換及調節裝置(4)。4.一種曲軸油孔的激光空化清潔強化裝置對曲軸油孔進行清潔強化的方法，包括如下步驟: 第一步，用第一智能機械手(7)和第二智能機械手(10)將機械加工完成的曲軸進行固定夾緊，并保證曲軸的油孔(5)向上，且與激光發生單元的激光束方向保持對齊； 第二部，向工作液載具(6)中注入硅油，使液面(11)至少沒過曲軸油孔，并打開增氣機(9)，提高工作液中氣體濃度； 第三步:通過計算機(13)控制激光發生單元的激光參數，使其滿足產生空化泡的理論要求，并保證激光發生單元的激光束(12)聚焦到油孔(5)內； 第四步:通過計算機(13)控制第一智能機械手(7)和第二智能機械手(10)按照要求上下移動，保證空化泡效果能作用整個油孔內壁； 第五步:對整個工件進行清潔處理。5.根據權利要求4所述的一種曲軸油孔的激光空化清潔強化裝置對曲軸油孔進行清潔強化的方法，其特征在于，所述激光發生單元包括YAG激光器(1)，擴束鏡(2)，全反鏡(3)和光束轉換及調節裝置(4)，并且所述YAG激光器(I)的單脈沖能量范圍保證在60mJ?800mJ可調，脈寬5ns?50ns可調，輸出波長為I.06μηι。6.根據權利要求4所述的一種曲軸油孔的激光空化清潔強化裝置對曲軸油孔進行清潔強化的方法，其特征在于，計算機(13)調節激光束能量和無量綱距將空泡的主要作用形式分為沖擊波A和潰滅流B兩種模式;首先采用模式A清除機械加工后殘留的毛刺和切肩，采用B模式對清潔完成的油孔內壁進行性能強化。
【文檔編號】B23K26/352GK105855244SQ201610258764
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月25日
【發明人】任旭東, 周睿, 李琳, 崔承云, 佟艷群, 任云鵬, 胡征征, 葉召
【申請人】江蘇大學