一种延长零件摩擦副表面使用寿命的方法和装置制造方法及图纸

发明专利技术提供了一种延长零件摩擦副表面使用寿命的方法和装置，具体方法至少包括激光微凹坑磨屑清除，同时提供一种相应的装置，它通过液氮扩孔、超声振动、激光刻蚀与电磁吸附实现微凹坑内部磨屑的高效清除，还可通过中空激光熔化与液氮辅助超声冲击实现微凹坑的再制造，从而有效延长激光微凹坑的服役时间。本发明专利技术可有效延长微凹坑的服役时间与提高微凹坑的抗疲劳性能。疲劳性能。疲劳性能。

【技术实现步骤摘要】
一种延长零件摩擦副表面使用寿命的方法和装置


[0001]本专利技术属于激光表面工程领域，具体涉及一种延长零件摩擦副表面使用寿命的方法和装置。

技术介绍

[0002]由仿生学研究表明，相较于光滑表面具有一定形貌结构的摩擦副表面因能够捕捉磨屑、储存润滑剂等作用表现出更好的摩擦学性能。在众多的表面微织构加工工艺中，激光表面织构技术以其生产效率高、精度高、可控性强与无污染等特点已成为一种有效改善材料摩擦学性能的有效途径，但是当微凹坑内部填满磨屑后，其所具有的积极作用将会减弱，且在微凹坑不断收集磨屑过程中，在微凹坑的边缘处极易产生裂纹，随着裂纹的不断扩展，微凹坑易产生失效，因而为了有效提高微凹坑的使用寿命，保持微凹坑的积极作用，需在零部件磨损过程中实时清除微凹坑内部收集的磨屑，并对已产生裂纹的微凹坑进行再制造。
[0003]激光微凹坑在对磨件服役过程中磨屑易发生堵塞微凹坑和微凹坑产生裂纹等问题，传统的激光微凹坑磨屑清除与微凹坑再制造的方法，无法实现微凹坑内部磨屑高效清除，而导致微凹坑再制造的效果不佳。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对激光微凹坑在对磨件服役过程中磨屑易堵塞微凹坑和微凹坑易产生裂纹等问题，本专利技术提供了一种延长零件摩擦副表面使用寿命的方法，具体方法至少包括激光微凹坑磨屑清除，同时提供一种相应的装置，它通过液氮扩孔、超声振动、激光刻蚀与电磁吸附实现微凹坑内部磨屑的高效清除，还可通过中空激光熔化与液氮辅助超声冲击实现微凹坑的再制造，从而有效延长激光微凹坑的服役时间。
[0005]为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现:一种延长零件摩擦副表面使用寿命的方法，包括步骤：步骤一：在磨件使用之前，对磨件微织构区域所有微凹坑进行扫描，得到所有微凹坑的参数和坐标位置，所述参数包括微凹坑的深度、直径和间距；根据专家经验或行业标准或企业标准要求设定合理扫描周期，定期对磨件表面所有微凹坑进行扫描，获得微凹坑的参数和坐标，当所有凹坑深度值的平均值达到所有凹坑初始深度值的平均值的二分之一或者三分之一，开始清除微凹坑磨屑；所述清除微凹坑磨屑的方法，包括步骤：步骤二：对微织构区域喷射高压液氮，将大部分疏松和粘结强度较弱的的磨屑从微凹坑中脱离；同时采用超声波振动，使基板产生高频振动，同时流入磨损微凹坑中的液氮在超声空化的作用下产生小孔喷射，进一步将粘结强度较大的磨屑剥离出微凹坑表面；同时采用电磁吸附将微凹坑中剥离出来的磨屑全部吸住；步骤三：对于仍粘附在微凹坑表面的粘着磨屑，采用飞秒激光对其进行刻蚀以恢复微凹坑的尺寸规格，再通过步骤二进行清除、吸附；
步骤四：利用三维扫描仪对清理过的微凹坑再次进行扫描，确保清理干净；未达到清理要求的凹坑再次重复步骤二和步骤三，直至将所有微凹坑中的磨屑清理干净。
[0006]进一步的，为了进一步提高和保证微凹坑结构的稳定性，延长机械零件摩擦副表面使用寿命,可对机械零件表面的微凹坑进行再制造，所述微凹坑再制造的方法包括步骤：步骤五：对上述采用步骤一至步骤四清理后的微凹坑进行裂纹探伤，然后对出现裂纹的微凹坑进行裂纹激光熔化闭合；步骤六：对裂纹闭合的微凹坑进行液氮辅助超声冲击，对凹坑进行强制冷却下的冲击强化，降低残余拉应力的同时实现微凹坑的倒角，完成微凹坑的再制造。
[0007]进一步优选的，所述方法尤其适用于的直径为500
‑
1500μm，间距300
‑
1000μm，深度200
‑
500μm的微凹坑。
[0008]进一步优选的，所述步骤一在磨件使用之前，对磨件微织构区域所有微凹坑进行扫描，得到所有微凹坑的参数和坐标位置具体操作为：在金属摩擦副表面制备出最优的微凹坑形貌，并通过三维形貌扫描仪对磨件表面所有微凹坑进行扫描，得到所有微凹坑的深度、直径参数，并通过系统处理得到每个微凹坑的坐标位置。
[0009]进一步优选的，所述对微织构区域喷射高压液氮包括步骤：采用液氮喷射装置使喷嘴左端和喷嘴右端同时对微织构区域喷射出高压液氮。
[0010]进一步优选的，所述采用电磁吸附将微凹坑中剥离出来的磨屑全部吸住，步骤中所述电磁吸附采用直流电源通电，电流为20A，电磁吸力为50N/cm2。
[0011]进一步的，喷射的液氮压力值为5
‑
40MPa，先开始低压喷射使微凹坑扩孔至1.1~1.5倍，然后再增大喷射压力。
[0012]进一步的，所述利用裂纹检测仪检测微凹坑边缘的微裂纹，将裂纹信息传输给计算机，计算机控制中空激光对裂纹进行激光熔化修复，具体采用中空激光束，所述中空激光束的直径可根据裂纹尺寸适时调整直径和功率大小，从而满足不同裂纹尺寸规格的裂纹修复；步骤六中，向微凹坑低压喷射液氮使材料表面达到最佳的低温辅助超声冲击的最佳适宜温度，其中超声冲击头直径是略大于微凹坑直径1.2倍的圆形微冲头，可以实现微凹坑的倒角。
[0013]一种延长零件摩擦副表面使用寿命的装置，具体为一种清除微凹坑磨屑与微凹坑再制造一体化的装置，包括：液氮强制冷却喷射模块：用于对微织构区域喷射高压液氮，将大部分疏松和粘结强度较弱的的磨屑从微凹坑中脱离；三维扫描模块：用于对磨件表面所有微凹坑进行扫描得到微凹坑参数和坐标位置；激光刻蚀模块:用于对粘附在微凹坑表面的粘着磨屑进行刻蚀以恢复微凹坑的尺寸规格；优选的，采用飞秒激光器。
[0014]超声波振动模块：用于对基板产生高频振动，将流入磨损微凹坑中的液氮在超声空化的作用下产生小孔喷射，进一步将粘结强度较大的磨屑剥离出微凹坑的表面；电磁吸附模块：将微凹坑中剥离出来的磨屑全部吸住；裂纹损伤探测模块：用于对清理过的微凹坑进行裂纹探伤；中空环形激光模块：用于对所有出现裂纹的微凹坑进行裂纹激光熔化闭合；
超声波冲击模块：用于对凹坑进行强制冷却下的冲击强化，降低残余拉应力的同时实现微凹坑的倒角，完成微凹坑的再制造。
[0015]本专利技术的有益效果为：本专利技术针对摩擦副中的激光微凹坑在服役过程中易出现磨屑堆积引起的微凹坑积极作用失效，通过液氮扩孔、超声振动、激光刻蚀与电磁吸附协同作用实现微凹坑内部磨屑的高效清除，延长微凹坑的服役寿命；针对微凹坑在收集磨屑过程中易产生裂纹等问题，通过中空激光熔化与液氮辅助超声冲击实现微凹坑的再制造，从而有效提高微凹坑的抗疲劳性能。
附图说明
[0016]图1是本专利技术平面结构示意图；图2是本专利技术圆形工作头仰视平面图；图3是本专利技术圆形工作头立体结构示意图；图4是本专利技术液氮输入孔结构示意图。
[0017]其中：1、机械臂；2、计算机；3、圆形工作头；4、三维扫描仪扫描口；5、可伸缩超声波振动头；6、裂纹探伤仪探头；7、中空环形激光头；8、超声波冲击头；9、扇形鸭嘴喷头；10、电磁吸盘；11、液氮输入孔；12、连接杆；13、液氮罐；14、压力控制阀；15、输送管；16、位移传感器；17、微凹坑试样体；18、磨屑；19、飞秒激光头；20、丝杠传动导轨。
具体实施方式
[0018]以下结合具体的实施例子对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种延长零件摩擦副表面使用寿命的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一：通过对零件表面的微织构区域喷射高压液氮将大部分疏松和粘结强度较弱的的磨屑从微凹坑中脱离；同时采用超声波振动，产生高频振动将流入磨损微凹坑中的液氮在超声空化的作用下产生小孔喷射，进一步将粘结强度较大的磨屑剥离出微凹坑表面；同时采用电磁吸附将微凹坑中剥离出来的磨屑全部吸住；步骤二：对于仍粘附在微凹坑表面的粘着磨屑，采用飞秒激光对其进行刻蚀以恢复微凹坑的尺寸规格，再通过步骤一进行清除、吸附；步骤三：对于仍未达到清理要求的微凹坑再次重复步骤一和步骤二，直至将所有微凹坑中的磨屑清理干净。2.如权利要求1所述的一种延长零件摩擦副表面使用寿命的方法，其特征在于，所述方法还包括微凹坑再制造步骤，所述微凹坑再制造具体为：对采用权利要求1中所述步骤一至步骤三清理后的微凹坑进行裂纹探伤，对出现裂纹的微凹坑进行裂纹激光熔化闭合；对裂纹激光熔化闭合的微凹坑进行液氮辅助超声冲击，完成微凹坑再制造。3.如权利要求1所述的一种延长零件摩擦副表面使用寿命的方法，其特征在于，所述步骤一之前，即在磨件使用之前，对磨件微织构区域所有微凹坑进行扫描，得到所有微凹坑的参数和坐标位置，所述参数包括微凹坑的深度、直径和间距；定期对磨件表面所有微凹坑进行扫描，获得微凹坑的参数和坐标，当所有凹坑深度值的平均值达到所有凹坑初始深度值的平均值的二分之一或者三分之一，开始清除微凹坑磨屑。4.如权利要求1所述的一种延长零件摩擦副表面使用寿命的方法，其特征在于，所述对微织构区域喷射高压液氮包括步骤：采用液氮喷射装置使喷嘴左端和喷嘴右端同时对微织构区域喷射出高压液氮。5.如权利要求1所述的一种延长零件摩擦副表面使用寿命的方法，其特征在于，所述采用电磁吸附将微凹坑中剥离出来的磨屑全部吸住，所述电磁吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐家乐，谭文胜，胡增荣，郭华锋，王松涛，史新民，
申请(专利权)人：常州信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：