专利名称：内燃机气缸套内表面重熔合金化设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种金属材料重熔合金化设备，特别涉及到一种气缸套内表面重熔合金化设备。
目前内燃机气缸套一般采用含硼铸铁制造，一般不进行热处理，气缸套内表面硬度仅为HRC20左右，因此气缸套的耐磨性很不理想，从而导致内燃机压缩性能的下降。为了克服气缸套耐磨性能差的问题，国内外已开始采用激光对内燃机气缸套的内表面进行热处理，取得了良好的处理效果。但激光处理工艺十分复杂，生产设备成本昂贵，从而使其性能价格比没有明显的优越性。
本实用新型针对内燃机气缸套生产和热处理中所存在的问题，设计了一种采用等离子束为热源的内燃机气缸套内表面重熔合金化设备。其目的是设计一种便于工业化生产应用、处理工艺简单、处理效果好和处理性能价格比高的重熔合金化专用设备，使内燃机气缸套的耐磨性大幅度提高。
本实用新型主要是由于工作机床和等离子发生器组成，工作机床是由旋转装置、升降装置和固定等离子发生器的支架组成的。旋转装置是在机架上装有旋转电机、减速装置和转盘，转盘上放置被处理的气缸套，实现工作中的气缸套的旋转；升降装置是在机架上装有升降电机、减速装置、凸轮机构，实现工作中气缸套与等离子发生器的相对升降运动；另外机架上联接有支架，支架上固联着等离子发生器。通过旋转装置的旋转运动和升降装置的升降运动实现被处理气缸套与等离子发生器之间在空间上的螺旋升降运动，使气缸套内表面得到全面均匀的加热。等离子发生器是一个具有靠阴阳极产生高压电弧、靠高压氮气体从喷嘴喷出等离子弧、靠冷却水进行内部强制冷却的组合装置。
本实用新型需外配冷却水源、工作气体氮气和高压直流电源，通过操作台上的微处理机和设置的位置传感器、气压传感器、水流传感器、电流传感器和转速传感器，实现对冷却系统、供气系统、加热电源的开关控制和安全保护以及工作机床的旋转、升降运动速度的控制调整等功能。
本实用新型的积极效果是为气缸套的热处理提供了一种便于工业化生产应用的、工艺简单的、处理效果好的专用设备。
以下结合附图，详细说明本实用新型的实施例和工作原理。
图1是等离子发生器的结构示意图。
图中1-喷嘴；2-喷嘴压帽；6-喷嘴座；7-隔热套；10-压盖；12-出水管接头；13-阴极座；14-阳极杆；15-绝缘套；16-阳极杆；19-外壳；20-绝缘座；21-螺杆；22-电极；3、4、5、8、9、11、17、18-密封圈或密封垫；A-电离击穿位置；b-进气孔；Q-螺杆(21)调整孔；C、P、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M-冷却水流动次序和通道。
图2是工作机床的一种工作原理结构示意图。图3是工作机床的另一种原理结构示意图。
图中30-等离子发生器；31-气缸套；32-转盘；33-旋转减速器；34-旋转电机；35-升降电机；36-升降减速器；37-升降凸轮；38-滚轮；39-支架；40-摇臂杆；R-转动副。
图1中，等离子发生器的结构是1.等离子炬外壳(19)与绝缘层(20)联接，绝缘层(20)内套有阴极座(13)，同时阴极座(13)与电源负极通过紫铜管联接；阴极座(13)内螺接阴极套(21)，阴极套(21)内镶有阴极杆(22)；2.外壳(19)内绝缘层(20)的前部装有喷嘴座(6)，喷嘴座(6)与喷嘴(1)通过压帽(2)压接，喷嘴(1)与外壳(19)为等电位作为等离子发生器的阳极，接电源正极；3.由阴极杆(16)的内孔和P处小孔、铜座(13)的环形槽D-E、绝缘座(20)的孔K、F喷嘴座(6)的孔C、J、喷嘴(1)的环形槽H-I，电极(11)内孔构成冷却水通道；4.外壳(9)、绝缘座(20)以及隔热套(7)有贯通的气孔B，并与电极(22)和喷嘴(1)之间的气室相通。
在非转移弧工作方式下的工作回路和工作过程如下1.电路回路由加热电源送来的直流工作电源和负极接阴极杆(16)，正极接阳极杆(14)。其中阴极杆(16)与阴极座(13)螺接为一体，阴极座(13)又和螺杆(21)螺接，螺杆(21)和电极(22)为过盈配合。因此，阴极杆(16)与电极(22)为导体相连的。阳极杆(14)与外壳(19)为焊接结构，喷嘴压帽(2)压紧喷嘴(1)并螺接在(19)上。因此，阳极杆(14)与喷嘴(1)之间也是导体相连的。绝缘座(20)用于隔离上述阴阳极两组导体，使阴阳极之间的电离击穿电压在电极(22)和喷嘴(1)的A处为最小。
当在阴阳极杆上接上高压起弧电源和工作电源时，高压起弧电压首先在A处击穿气体，在电极(22)和喷嘴(1)之间形成电弧通路呈现低阻抗状态。这时由于大电流的工作电源已接入，因此，工作电源也将由A处放电形成强大的电弧。
2.工作气体回路由供气系统送来的工作氮气体，从外壳(19)的一侧经绝缘座(20)和隔热套(7)从孔B进入电极(22)和喷嘴(1)之间的气室内，进气孔B的轴线与电极(22)的轴线相错，因此进气有一定的旋转作用。喷嘴(1)的N处是气室的气体唯一出口，当在电回路通电并起弧后，使在A处产生电弧加入工作气体后，膨胀的工作气体便将高温电弧从喷嘴(1)的N处喷出，这个电弧通过机械压缩、电磁压缩和热收缩的效应而成为高温、高压的等离子弧。
3.冷却水回路冷却水是从阴极杆(16)的内孔C处进入，通过P处的小孔进入铜座(13)的环形槽D处，沿环形槽到达E处，首先对铜座(13)(包括螺杆21和电极22)进行冷却，然后从E处沿孔F和G进入喷嘴(1)的环锥形槽的H处，绕喷嘴(1)的二侧到达I处，对喷嘴(1)进行冷却，热后从I处通过小孔J和K进入L通路，并从M处输出，达到对等离子发生器的内部强制冷却作用。
图1中的零件3、4、5、8、9、11、17和18均为密封圈或密封垫，起到水或气的密封作用。
在
图1中螺杆(21)和电极(22)是过盈配合在一起的，螺杆(21)和铜座(13)是螺纹连接的，当转动螺杆(21)时，可连同电极(22)一起左右移动，从而可改变电极(22)左端与喷嘴(1)的距离，达到调整A处放电距离的目的。
图1所示的等离子发生器的结构，除阳极杆(14)和外壳(19)为焊接以及出水管接头(12)和压盖(10)为粘接外，其他均采用可拆、卸结构。
图2中，机床架末画出，工作机床的一种结构是1.在机床架上装有旋转电机(34)，电机(34)联着减速装置(33)，(33)的动力输出轴上固定安装有被处理的内燃机气缸套(31)的转盘(32)；2.在机床架上还装有升降电机(35)，电机(35)联接减速装置(36)，(36)的输出轴装有凸轮(37)，凸轮(37)与支架(39)通过滚轮(38)联接，机架上有滑槽，支架(39)通过滑槽滑动联接在支架座上，支架(39)顶端通过转动副R与摇壁(40)联接，摇臂(40)的一端与等离子发生器固定联接，工作时等离子发生器(30)处于被处理气缸套(31)的。其工作原理如下工作机床的旋转电机(34)和升降电机(35)的速度控制是由操作台按设定程序完成的。工作过程中，旋转电机(35)转动，通过减装置(33)将较低的旋转运动传递给转盘(32)，在转盘(32)上安装有被处理的气缸套(31)，因此气缸套(31)是按一定的速度作旋转运动。于此同时，升降电机(35)通过减速装置(36)驱动凸轮(37)旋转。凸轮(37)通过滚轮(38)使升降杆(39)和摇臂(40)和等离子发生器(30)作往复上下运动。这样，被处理气缸套(31)和等离子发生器(30)就形成了具有旋转运动和直线运动的合成运动，可称为螺旋升降运动。当在等离子发生器的喷嘴Z处产生高温的等离子束时，这个高温等离子束将很快使气缸套(31)的内表面局部加热到足够高的温度。由于气缸套(31)和等离子发生器(30)间作螺旋运动，所以气缸套(31)内表面的加热轨迹也为螺旋形。被加热的气缸套内表面在旋离开加热区域后，在气缸套自身冷却和强制冷却的作用下被迅速冷却，从而达到表面重熔合金化目的。
本实施例主要优点为1.在图2中气缸套(31)的旋转速度及气缸套(31)与等离子发生器(30)的相对直线运动的速度都是通过可调整的电机进行调整的。2.在
图1中，电极杆(22)的左端和喷嘴(1)在A处的距离是可以通过螺杆(21)进行调整的，当电极(22)烧损或修磨后可调整电极(22)和喷嘴(1)在A处的距离为最佳。3.图3所示等离子发生器的主要零件都是可拆卸的，便于维护和维修。
具体实施时参照图2再说明如下在图2中，等离子发生器(30)与摇臂杆(40)是固定连接的，而摇臂杆(40)与升降杆(39)是由一个转动副R连接的，当等离子发生器(30)和气缸套(31)相对直线移动到完全脱离的位置时，可将等离子发生器(31)从转盘(32)上取下。当更换上另一具待处理的气缸套(31)后，可再将等离子发生器(30)和摇臂杆(31)恢复原来位置继续进行处理工作。
等离子发生器(30)和摇臂杆(40)是可调的固定连接，用于调整等离子发生器(30)和气缸套(31)在Z处的距离，这个距离调整范围在5～15mm。
图2中的旋转电机(34)和升降电机(35)的旋转是可在大的范围内调整的，可采用步进电机或力矩电机，其速度控制和调整由操作控制台产生的。
当在转移弧工作方式下，其与非转移方式的区别在于在非转移弧工作方式下，加热电源来的直流工作电源的负极接等离子发生器(30)上的阴极杆(16)，然后经过阴极座(13)、螺杆(21)、电极(22)，从A处电离击穿至喷嘴(1)、喷嘴压帽(2)、外壳(19)和阳极杆(14)回到工作电源的正极。而在转移弧工作方式下，从加热电源来的直流工作电源负极接等离子发生器(30)的阴极杆(16)，再通过阴极座(13)、螺杆(21)、电极(22)，并从A处和Z处(
图1和图2)电离击穿至被处理气缸套(31)和转盘(32)、在转盘(32)上有一个滑环，然后通过碳刷回到工作电源的正极。
图1和图2及以上的叙述为本实用新型的基本实施方案。另外本实用新型的升降运动除采用凸轮外，还可采用丝杠、气动和液动等方式。
图3所示的是工作机床的另一种结构，它与图2的机构大体相同，其区别在于等离子发生器的支架(39)固定在机架上(机架示画出)，等离子发生器的高度是固定的，整个旋转装置通过滑槽滑动联接在机架上，升降装置的凸轮(37)通过滚轮(38)连在旋转装置上，使旋转装置在升降装置的作用下，整体上下运动从而带动气缸套作螺旋升降运动，实现等离子发生器与气缸套之间具有旋转运动和直线运动的合成运动，其工作原理与图2的方案相同，不再详述。
权利要求1.一种主要用于内燃机气缸套内表面重熔合金化的设备，其特征在于，它由工作机床和等离子发生器组成，其中1.1工作机床的结构是在机床架上装有旋转装置和升降装置以及固定等离子发生器的支架；旋转装置由电机、减速装置和放置被处理内燃机气缸套的转盘所构成；升降装置是由电机、减速装置和凸轮机构所构成；1.2等离子发生器结构是1.在等离子炬外壳(19)与绝缘层(20)内有阴极座(13)和阴极套(21)，阴极套(21)内镶有阴极杆(22)，阴极杆与电源负极联接；2.外壳(19)内绝缘层(20)的前部装有喷嘴座(6)和喷嘴(1)，喷嘴(1)与外壳(19)为等电位阳极接电源正极；3.由阴极杆(16)的内孔、阴极座(13)的环形槽、绝缘座(20)和喷嘴座(6)的孔道、喷嘴(1)的环形槽、电极(11)内孔构成冷却水通道；4.外壳(19)、绝缘座(20)及隔热套(7)有贯通的气孔B并与电极(22)和喷嘴(1)之间的气室相通。
2.如权利要求1所述的设备，其特征是支架(39)通过机架上的滑槽滑动连接在机架上，凸轮(37)与支架(39)通过滚轮(38)连接，支架(39)在滑槽内来回运动。
3.如权利要求1所述的设备，其特征是整个旋转装置通过机架上的滑槽滑动连接在机架上，凸轮(37)与旋转装置通过滚轮(38)连接，旋转装置在滑槽内来回运动。
专利摘要一种用于内燃机气缸套内表面重熔合金化处理的设备,主要构造是在工作机床上装有旋转装置、升降装置和支架,支架上固定有等离子发生器;等离子发生器是由阴阳极产生高压电弧、高压氮气从喷嘴喷出等离子弧、冷却水内部冷却的组合装置。用本设备对铸铁材料的气缸套进行表面处理后,硬度提高到Hv1000左右,使用寿命大幅度提高。
文档编号C22F3/00GK2294962SQ9621537
公开日1998年10月21日 申请日期1996年7月10日 优先权日1996年7月10日
发明者徐克宝, 李惠琪, 尹华跃, 崔洪芝, 吴玉苹 申请人:山东矿业学院