[发明专利]气缸盖气门座激光强化工艺

说明书

技术领域

本发明属于激光强化技术领域，特别涉及气缸盖气门座的激光强化工艺。

背景技术

气缸盖作为发动机工作过程中密封燃烧室和控制发动机气体交换的精密零件，是保证发动机动力性、经济性、可靠性、耐久性的重要因素。发动机工作过程中，气门座圆锥面受高硬度的进、排气门750次/min的频繁撞击，进气门座的工作温度可达300～400℃，排气门座的工作温度可达700～900℃。进气门座主要受反复冲击的机械负荷，排气门座除受反复冲击的机械负荷外，还受高温氧化气体的腐蚀以及热应力、锥面热箍应力和燃烧时气体压力等共同作用。这些高温、高压、干摩擦及往复冲击载荷作用极易造成气门座损坏。以往解决此类损坏的方法是在气门座上镶嵌气门座圈，定时检修和更换配套摩擦付(气门和气门座)，以防造成漏气使发动机不能工作。但是由此造成的额外问题，包括气门座圈的松脱、下陷以及定时检修等，使我们不得不考虑另外的途径来解决气门座损坏问题。

激光强化技术自20世纪80年代产生以来，以其高密度、微小变形、自动化控制等特点，已经逐渐发展成为高能束表面热处理的重要手段。针对现代发动机高功率密度、高紧凑和轻量化特点，要求气缸盖气门座区域配合精密、结构紧凑且具有高硬度、高耐磨性，因此探讨激光强化技术处理气门座表面工艺十分必要。

发明内容

本发明提供一种气缸盖气门座强化工艺，其目的在于使气缸盖气门座锥面获得一定硬度和深度的硬化层，提高气门座的耐磨性和耐腐蚀性。

为实现上述目的本发明的气缸盖气门座激光强化工艺，具体步骤为：1)对待处理气缸盖气门座进行清洗预处理；2)将气缸盖气门座划分不同处理区域，根据处理区域、气门座的不同和所需处理后气门座的硬度值调整激光处理参数；3)根据步骤2)的处理参数对气门座进行激光强化处理；4)处理完毕，对气门座进行辅助降温。

进一步，步骤1)中清洗预处理使用丙酮清洗剂清洗待处理气缸盖气门座表面，使各个气门座清洁状态保持一致，不得出现影响激光强化的污渍。

进一步，步骤2)中激光强化处理采用的激光器为固体激光器或者气体激光器。

进一步，所述激光器发出的激光为连续激光或者脉冲激光。

进一步，所述激光处理参数包括激光功率、扫描速度、聚焦透镜焦距和离焦量。

进一步，所述气缸盖气门座为带有与水平面有一夹角的圆锥面。

进一步，步骤3)中激光强化处理具体为：将气缸盖固定在可旋转机床上，调整激光器激光的入射角度，令激光垂直辐照气门座。

进一步，激光强化处理过程中，采用比气门座圆锥面宽度更大的光斑。

进一步，激光强化处理之后进一步包括对气缸盖气门座进行后续研磨加工。

进一步，气缸盖气门座根据不同边缘几何构造划分成不同的处理区域，将最易聚热区域定义为慢散热区，采用相对较低的激光功率700-900W；将相对不易聚热区域定义为较慢散热区，采用相对较高激光功率800-1000W；将散热较好区域定于为快散热区，采用相对最高的激光功率900-1000W。

进一步，进出气门座所需硬化层深度与扫描速度和激光功率有关，对于所需硬化层深度较大的排气门座，采用相对较高功率或较低速度，对于所需硬化层深度较小的进气门座，采用相对较低功率或较高速度。

本发明提供的气缸盖气门座激光强化工艺，可使气门座达到高耐磨性要求，符合现代发动机高功率密度、高紧凑和轻量化特点。

附图说明

图1为气缸盖气门座激光强化装置示意图；

图2a为气缸盖气门座俯视图；

图2b为图2a中1-1剖视图；

图3为气缸盖的示意图；

图4a为实施例中气缸盖进气门座强化后的剖面硬化层形貌图；

图4b为实施例中气缸盖排气门座强化后的剖面硬化层形貌图。

具体实施方式

激光强化技术作为一种高密度、微小变形和易实现自动化控制的高能束表面热处理重要手段，应用在本发明气缸盖气门座表面强化过程中，其材料强化原理是：激光照射到材料表面，其中一部分能量被反射，一部分能量被材料吸收使材料表面迅速升温并达到相变温度以上。当激光移走，利用材料自身的传热能力或者进行辅助降温措施(气冷、水冷等)，使温度快速冷却到马氏体相变温度以下获得硬化层。本发明强化所用激光既可以是连续激光，也可以是脉冲激光；激光器既可以是固体激光器(如Nd:YAG激光器)，也可以是气体激光激光器(如CO₂激光器)。