[发明专利]一种排气阀表面激光强化用固定装置及其激光淬火方法

说明书

技术领域

本发明属于表面加工与改性技术领域，涉及一种排气阀表面激光强化用固定装置及其使用方法。

背景技术

“十二五”期间，我国对军民用发动机提出了更高的要求，尤其是对发动机的功率提出了更高的要求。因此，发动机的缸径需要减小，发动机功率密度、发动机转速以及柴油机的气缸燃烧爆发压力则需要大幅增加。由此，发动机排气阀及排气阀座等部件的热负荷和机械负荷将会增加。

排气阀是柴油发动机中的重要零件之一，它长期处于在高温燃气腐蚀和反复交变冲击负荷下工作，工作条件十分恶劣。随着发动机总功率及功率密度的提高，燃气温度高达600～900℃左右，排气阀不但受到热应力和高温燃气介质腐蚀的联合作用，而且排气阀受到由惯性力引起的冲击性交变载荷及弹簧力作用，这些冲击载荷最高可达数万牛顿，从而使排气阀锥面及端部的残余应力达到数千兆帕。在这种极端工况条件下，排气阀出现严重磨损，导致窜气现象的发生，可靠性较差，已无法满足大功率发动机的全寿期高负荷服役要求。迫切需求开展排气阀密封锥面的激光表面强化技术应用研究，以大幅度提高关键部件的耐高温磨损性能、耐热疲劳性能及耐高温腐蚀性能，从而提高发动机的使用寿命和可靠性。

目前，国内外针对大功率发动机用的排气阀锥面表面强化技术进行了大量试验，但针对该技术的工程化应用研究较少。这主要是由于在进行激光表面强化技术时，对排气阀的固定非常困难。如果固定不牢的话，激光束会照射到不需要强化的部位，从而使整个排气阀报废，造成很大的经济损失。因此，迫切寻求一种固定装置，在采用激光淬火技术对排气阀锥面表面进行表面强化的过程中，使得排气阀固定于该装置上，并随同该装置同步转动，而激光束始终保持不动，这样就会避免由于排气阀固定不牢所带来的不必要的损失。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种结构简单、操作方便的排气阀表面激光强化用固定装置，不仅可实现对排气阀的牢固固定，而且控制精确，可获得较好的强化效果。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种上述排气阀表面激光强化用固定装置的激光淬火方法，具有操作方便、控制精确的特点，可实现对排气阀的牢固固定，获得较好的强化效果。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种排气阀表面激光强化用固定装置，包括固定架，其特征在于：所述固定架上设有一安装座，安装座通过调节机构固定在固定架上并可做前后一定角度摆动调节，安装座上从上至下同轴设置有用于固定排气阀的顶针组件、用于散热的铜块、三爪卡盘以及微调角度用的电机，三爪卡盘和电机分别设置在安装座的上下两端，顶针组件通过倒U形支架设置在三爪卡盘的上方，电机的输出轴穿过安装座的中心孔与三爪卡盘的底部相连接，铜块固定在三爪卡盘上并可在电机的驱动下随三爪卡盘转动，排气阀的锥面端设置在铜块上，排气阀的长杆端通过顶针组件固定。

作为改进，所述固定架为一截面为四方形的金属框架，安装座为一圆形的金属盘，安装座的外径小于固定架的框架内径。

作为改进，所述调节机构包括左右二个调节轴和配套的轴承座，调节轴分别横向设置在安装座的下方左右两端，调节轴的外端通过轴承座可转动的设置在固定架上并通过半圆形的轴承套固定，调节轴的里端与安装座的底部通过螺栓连接固定。

作为改进，所述倒U形支架的左右立杆的下端与安装座通过螺栓固定连接，左右立杆的上端与横杆通过螺栓固定连接，所述顶针组件包括顶针、和供顶针插置的金属套管，金属套管纵向设置在横杆中部，金属套管的下端限位设有与排气阀的长杆端相抵的锥形块，顶针与锥形块之间设有弹簧。

再改进，所述锥形块为橡胶块，在顶针的顶端安装有用于调节固定排气阀力度的手柄。

再改进，所述铜块为纵截面呈T形的圆形块，铜块的下端卡接固定在三爪卡盘上，铜块的上表面中部设有供排气阀的锥面端置入的定位凹槽，在定位凹槽的中心位置设有与顶针位置相对应的凸柱。

再改进，所述电机的转速调节范围为0～100r/min。

进一步改进，所述安装座的摆动角度调节范围为±60度。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述排气阀表面激光强化用固定装置的激光淬火方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将待强化的排气阀的锥面端的表面进行预处理；

2)将上述预处理后的排气阀放入加热炉中进行预热，使其温度至190～210℃；

3)将散热用铜块固定于三爪卡盘上，然后将预热后的排气阀固定在铜块上，同时用顶针组件顶住排气阀的长杆端；