[发明专利]一种激光复合微织构缸套内表面的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于激光微制造技术领域，具体涉及一种激光复合微织构缸套内表面的方法和装置。

背景技术

激光微造型技术是一种易控制、效率高的现代化加工方法，利用具有一定能量密度（间距）、宽度、深度、角度、形状的规则微观几何形貌，以使在摩擦副表面形成动压流体润滑或弹流润滑。同时，利用激光的热效益，改变金相组织，从而达到在摩擦副表面润滑减磨和强化抗磨的双重效果。

摩擦副的摩擦学行为，既影响着机器的工作性能与运行效率，同时也对其使用寿命有着十分重要的影响。传统的表面工程技术利用抛光、研磨等表面精加工技术来减小摩擦表面的粗糙度，从而使表面尽可能光滑，并通过各种表面处理技术，强化摩擦副表面，提高其硬度，则用以提高耐磨性。但这些专有技术增加了零部件加工工艺的复杂性，提高了制造成本，且具有一定的局限性，因为单项技术并不能兼顾润滑与耐磨的要求。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种激光复合微织构缸套内表面的方法，可兼顾润滑与耐磨的要求，延长缸套的使用寿命；本发明还同时提供了一种激光复合微织构缸套内表面的装置。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种激光复合微织构缸套内表面的方法，包括以下步骤：

（1）利用飞秒激光器在缸套内表面加工出所需要的微观几何形貌；

（2）利用纳秒激光器对经步骤（1）加工后的微观形貌区域进行激光冲击波强化。

本发明的进一步设置在于，步骤（1）中所述加工的具体过程为：

（1.1）飞秒激光器产生激光束，激光束Ⅱ在导光筒的引导下被导入到缸套内表面，对缸套内表面进行激光微织构；

（1.2）每当打完一个微凹坑后，控制工作台使工件夹具旋转一定角度继续打下一个微凹坑，直到在缸套内表面打出一圈微凹坑；

（1.3）控制工作台停止旋转，并作进给运动移动一段距离，继续打一圈微凹坑，直至整个缸套内表面加工出所需要的微观几何形貌。

本发明的进一步设置在于，激光冲击波强化时用水作为约束层，黑漆作为吸收层。

本发明还同时提供了一种激光复合微织构缸套内表面的装置，包括激光微织构光路部分、激光冲击强化光路部分、控制部分和工作台；

激光微织构光路部分包括飞秒激光器、45°全反镜Ⅱ、调节光斑光学镜片Ⅱ和导光筒Ⅱ；飞秒激光器产生的激光束通过45°全反镜Ⅱ反射通过调节光斑光学镜片Ⅱ在导光筒Ⅱ的引导下被导入到缸套内；

激光冲击强化光路部分包括纳秒激光器、45°全反镜I、光斑光学镜片I、导光筒I、喷水装置和喷涂黑漆装置；纳秒激光器产生的激光束通过45°全反镜I反射通过调节光斑光学镜片I，穿过喷水装置喷出的水幕，在导光筒I的引导下被导入到缸套内；

所述控制部分包括第一计算机控制装置和第二计算机控制装置，第一计算机控制装置与飞秒激光器、纳秒激光器和喷涂黑漆装置相连，第二计算机控制装置与喷水装置和工作台相连。

本发明利用飞秒激光激光器在缸套表面加工按一定方式布置的微观凹坑，然后采取激光冲击波强化微观凹坑区域（产生残余压应力），用于存储润滑油，当活塞在缸套表面滑动时，储存在这些微凹坑中的润滑油，其流量和流向均发生突变，在微观上产生局部不均匀压力分布，从而在宏观上累积形成流体动压效应，在缸套与活塞环之间产生具有一定厚度和承载能力的动压润滑油膜，明显改善表面的机械性能（残余应力、硬度和粗糙度）和摩擦性能。

本发明所述激光复合微织构缸套内表面的方法具有如下有益效果：

（1）在干摩擦条件下，微凹表面织构可以作为储存磨损颗粒的储存器，减少摩擦表面的磨粒磨损和犁沟，从而降低磨损率。

（2）在边界润滑条件下，储存在织构中的润滑油由于表面的磨损或变形而被挤出，形成挤压膜。

（3）激光冲击参数精确可控，重复性好，冲击强化的效果均匀，冲击后无需再处理。

（4）激光冲击可以消除缸套内表面微织构后的残余拉应力，形成深度的残余压应力并使晶粒细化更均匀，提高了缸套的硬度、耐磨性、抗疲劳性能，使缸套的使用寿命得到了提升。

（5）本发明克服了单项技术不能兼顾润滑与耐磨的要求，可进一步改善缸套/活塞环摩擦副表面的润滑性与抗磨损性能，提高其使用寿命。

附图说明

图1为激光复合微织构缸套内表面的装置示意图；