一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的装置与方法，包括激光冲击强化系统与PLC控制系统，涉及激光加工处理领域。所述制动凸轮轴由三抓卡盘夹紧并固定在所述水平移动工作台上；所述PLC控制系统可以控制所述第一步进电机沿Y方向运动，并根据所述光斑检测装置的反馈结果进行位置调整，以保证激光光斑直径保持不变，进而提高激光冲击强化的效果。所述第二步进电机沿X方向运动。本发明专利技术协同性高，实现全自动控制。通过多次激光冲击诱导等离子体爆炸产生冲击波作用在所述制动凸轮轴，可以产生明显的残余压应力，提高表面硬度，能够显著提升所述制动凸轮轴的耐磨性，延长其使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的装置与方法
本专利技术属于激光加工处理
，特指一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的装置与方法。
技术介绍
现如今，汽车行业的蓬勃发展对汽车生产的各个领域提出了更高的要求。汽车制动领域也要求更可靠的、更安全的制动。鼓式制动器是利用制动传动机构使制动蹄将制动摩擦片压紧在制动鼓内侧，从而产生制动力，根据需要使车轮减速或在最短的距离内停车，以确保行车安全。制动凸轮轴鼓式制动器中连接调整臂与刹车蹄的制动机构。在制动器制动过程中,制动气室通过调节臂带动凸轮轴旋转,两个制动蹄的滚轮分别在凸轮轴的两个曲面上滚动,从而带动两个制动蹄同时以相同的速度向外张开,使摩擦片与制动鼓接触而产生制动摩擦,达到制动目的。但由于摩擦的缘故，制动凸轮轴凸轮面的磨损不可忽视，磨损会导致凸轮轴的寿命降低，制动蹄会在磨损凸轮面产生振动，影响车辆制动效果，极有可能引起交通事故。激光冲击强化技术，通过激光脉冲诱导产生的冲击波在凸轮轴凸轮面上产生较深的残余压应力层，改变材料的显微组织结构和力学性能，提高硬度，从而使得凸轮面的耐磨性得到显著的提升。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的装置与方法，用来提高制动凸轮轴的使用寿命。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的装置，包括制动凸轮轴，所述制动凸轮轴一端装夹在夹具台上，另一端通过顶尖进行支撑定位；所述夹具台和所述顶尖固定在水平移动工作台上，所述夹具台能够带动所述制动凸轮轴沿其中心轴线转动；所述制动凸轮轴上方设置有激光加工装置和喷水装置。上述方案中，所述激光加工装置包括激光器和反射集成箱，所述激光器依次与扩束镜、第二全反镜、第三全反镜光连接；所述反射集成箱内设有第一全反镜和聚焦透镜，所述第一全反镜、所述聚焦透镜和所述第三全反镜光连接；所述反射集成箱通过第二丝杠螺母和第二步进电机连接。上述方案中，所述制动凸轮轴的上方还设置有光斑检测装置，所述光斑检测装置用来检测所述聚焦透镜聚焦的激光光斑直径。上述方案中，所述水平移动工作台、所述激光器、所述光斑检测装置和所述第二步进电机均与PLC控制系统连接。上述方案中，所述水平移动工作台通过第一丝杠螺母与第一步进电机连接，所述第一步进电机与所述PLC控制系统连接。本专利技术还提供了一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的方法，包括以下步骤：A.对汽车制动凸轮轴凸轮面进行清洁打磨，去除表面的污垢与毛刺。B.涂抹硅酸乙酯黑漆作为激光能量吸收层。调节好激光器各项参数；C.打开喷水装置，通过PLC控制系统，控制第一步进电机与第一丝杠螺母作用于水平移动工作台，使激光束聚焦于所述制动凸轮轴凸轮表面，通过所述光斑检测系统检测凸轮表面的光斑直径，并将信号反馈给所述PLC控制系统，通过所述PLC控制系统控制所述第二步进电机沿Y方向移动，从而精确控制激光光斑直径，保证激光冲击强化质量；D.夹具台带动所述制动凸轮轴旋转，激光开始对制动凸轮轴的表面进行冲击强化，当激光冲击强化所述制动凸轮轴凸轮面一周之后，所述步进电机带动水平移动工作台沿X轴负方向移动，再次进行冲击，直到凸轮表面均被冲击完成后，一次冲击过程结束。E.重复涂敷激光吸收层，重复上述步骤，进行第二次强化过程。F.重复上述步骤，进行第三次冲击强化过程。G.激光冲击强化过程完成后，采用精细打磨砂纸进行轻微打磨处理，减少因激光冲击强化而引起的表面粗糙度升高。H.完成上述步骤后，对制动凸轮轴凸轮面进行清洁处理，涂抹防护油。上述方案中，所述激光器的参数为：激光脉冲宽度10ns，激光波长1064nm，激光能量为6J，搭接率为50%，重复频率为1Hz。上述方案中，所述制动凸轮轴表面上的激光光斑为2mm。上述方案中，所述水平移动工作台每次的加工的移动位移为2mm。本专利技术的有益效果：1.本专利技术采用多次激光冲击的方法，在高功率密度激光的作用下，制动凸轮轴凸轮面在较短的时间内实现了高精度、高质量的激光冲击强化，产生的残余压应力作用层达到了1mm，改变了表层微观组织结构和力学性能，提高了表面硬度，能够显著提高制动凸轮轴凸轮面的耐摩擦性能，延长了其使用寿命；2.本专利技术采用闭环控制系统，通过光斑检测装置的实时信号反馈，利用PLC控制系统实时控制第二步进电机来实现对加工工件表面激光光斑的准确调节，实现了高精度的激光冲击强化。3.本套装置各部件协同性好，操作方便简单，实现了自动化生产。4.本专利采用的硅酸乙酯黑漆，可以使激光的吸收率达到98%以上，还减少了由于冲击强化引起的表面粗糙度改变。附图说明图1为本专利技术装置的结构原理图。图中：1.第一步进电机；2.第一丝杠螺母；3.连接线；4.PLC控制系统；5.激光器；6.扩束镜；7.扩束激光8.第一全反镜；9.聚焦透镜；10.光斑检测装置；11.夹具台；12.第二全反镜；13.第二步进电机；14.第二丝杠螺母；15.反射集成箱；16.第三全反镜；17.喷水装置；18.制动凸轮轴；19.顶尖；20.水平移动工作台。具体实施方式下面结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的新型装置，包括第一步进电机1；第一丝杠螺母2；连接线3；PLC控制系统4；激光器5；扩束镜6；扩束激光7；第一全反镜8；聚焦透镜9；光斑检测装置10；夹具台11；第二全反镜12；第二步进电机13；第二丝杠螺母14；反射集成箱15；第三全反镜16；喷水装置17；制动凸轮轴18；顶尖19；水平移动工作台20。激光器5的参数为：激光脉冲宽度10ns，激光波长1064nm，激光能量为6J，搭接率为50%，重复频率为1Hz。扩束镜6位于激光器5右侧，用于将高能量的入射激光变为准直扩束激光。所述光斑检测装置10用于检测聚焦激光光斑直径，并把结果反馈给所述PLC控制系统4，PLC控制系统4控制所述步进电机13作用于所述反射集成箱15沿Y方向移动，精确控制激光光斑直径大小，保证了强化质量。所述制动凸轮轴18一端定位夹紧在所述夹具台11上，制动凸轮轴18在夹具台11上能够绕其中心轴线进行转动；制动凸轮轴18另外一端支撑定位在顶尖19上，通过所述顶尖19保证其位置精度及刚度要求。所述第一步进电机1与所述第一丝杠螺母2组成的系统，用于实现所述水平移动工作台20沿X方向进行高精度移动。所述夹具台11和所述顶尖19均安装固定在水平移动工作台20上，所述喷水装置17用于提供激光冲击强化时的约束层，使强化效果更佳。利用该新型提高汽车制动凸轮轴耐磨性的装置进行激光冲击强化处理的方法如下：A.对汽车制动凸轮轴18凸轮面进行清洁打磨，去除表面的污垢与毛刺。B.涂抹硅酸乙酯黑漆作为激光能量吸收层。调节好激光器各项参数：激光脉冲宽度10ns，激光波长1064nm，激光能量为6J，搭接率为50%，重复频率为1Hz，激光光斑直径为2mm。C.打开喷水装置17，通过PLC控制系统4，控制第一步进电机1与第一丝杠螺母2作用于水平移动工作台20，使激光束聚焦于所述制动凸轮轴18凸轮表面，通过所述光斑检测系统10检测凸轮表面的光斑直径，并将信号反馈给所述PLC控制系统4，通过所述PLC控制系统4控制所述第二步进电机13沿Y方向移动，从而精确控制激光光斑直径，保证激光冲击强化质量。D.当激光冲击强化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的装置，其特征在于，包括制动凸轮轴(18)，所述制动凸轮轴(18)一端装夹在夹具台(11)上，另一端通过顶尖(19)进行支撑定位；所述夹具台(11)和所述顶尖(19)固定在水平移动工作台(20)上，所述夹具台(11)能够带动所述制动凸轮轴(18)沿其中心轴线转动；所述制动凸轮轴(18)上方设置有激光加工装置和喷水装置（17）。

【技术特征摘要】
1.一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的装置，其特征在于，包括制动凸轮轴(18)，所述制动凸轮轴(18)一端装夹在夹具台(11)上，另一端通过顶尖(19)进行支撑定位；所述夹具台(11)和所述顶尖(19)固定在水平移动工作台(20)上，所述夹具台(11)能够带动所述制动凸轮轴(18)沿其中心轴线转动；所述制动凸轮轴(18)上方设置有激光加工装置和喷水装置（17）。2.根据权利要求1所述的一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的装置，其特征在于，所述激光加工装置包括激光器（5）和反射集成箱（15），所述激光器（5）依次与扩束镜（6）、第二全反镜（12）、第三全反镜（16）光连接；所述反射集成箱（15）内设有第一全反镜（8）和聚焦透镜（9），所述第一全反镜（8）、所述聚焦透镜（9）和所述第三全反镜（16）光连接；所述反射集成箱（15）通过第二丝杠螺母（14）和第二步进电机（13）连接。3.根据权利要求2所述的一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的装置，其特征在于，所述制动凸轮轴18的上方还设置有光斑检测装置（10），所述光斑检测装置（10）用来检测所述聚焦透镜（9）聚焦的激光光斑直径。4.根据权利要求3所述的一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的装置，其特征在于，所述水平移动工作台20、所述激光器（5）、所述光斑检测装置（10）和所述第二步进电机（13）均与PLC控制系统（4）连接。5.根据权利要求4所述的一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的装置，其特征在于，所述水平移动工作台（20）通过第一丝杠螺母（2）与第一步进电机（1）连接，所述第一步进电机（1）与所述PLC控制系统（4）连接。6.一种提高汽车制动凸轮轴耐磨性的方法，其特征在于，包括以下步骤：A.对汽车制动凸轮轴（18）凸轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：任旭东，陈炳泉，金成嘉，石佑敏，王日红，杨雪情，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32