激光微織構(gòu)技術在內(nèi)燃機缸孔表面上的應用研究.pdf

1、缸孔-活塞環(huán)摩擦副是內(nèi)燃機中最重要的摩擦副之一。缸孔表面微織構(gòu)技術具有大幅降低機/燃油耗，減少磨損和漏氣量等節(jié)能減排優(yōu)勢，具備技術產(chǎn)業(yè)化應用的價值和前景。然而，該項技術的研究目前仍停留在實驗室環(huán)境和理想條件下，大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化工程應用研究尚有待加強。本文即圍繞激光微織構(gòu)技術在內(nèi)燃機缸孔表面實際工程應用的相關理論、工藝和裝備開展系統(tǒng)研究，主要研究內(nèi)容包括:
　　針對由機械加工的隨機表面與微織構(gòu)規(guī)則形貌構(gòu)成的復合表面，提出分區(qū)域表征體系;

2、在織構(gòu)化缸孔表面劃分隨機網(wǎng)紋區(qū)域和規(guī)則形貌區(qū)域，沿用Abbott曲線表征體系表征隨機網(wǎng)紋區(qū)域，通過構(gòu)建形貌表征參數(shù)表征規(guī)則形貌區(qū)域，最后結(jié)合兩區(qū)域的表征結(jié)果進而表征織構(gòu)表面總體儲油、潤滑和工藝性能;對特定分區(qū)異化微織構(gòu)缸套實施該表征體系，驗證其合理性，并提出激光微織構(gòu)前缸孔表面參數(shù)要求，最終確定的表面參數(shù)范圍為:Rpk0.1-0.15μm，Rvk0.5-0.8μm，Rk0.3-0.5μm。
　　開展產(chǎn)業(yè)化工藝研究，包括激光微織構(gòu)工

3、藝和后處理工藝。激光微織構(gòu)工藝研究方面，首先論述了“單脈沖同點間隔多次”(Single pulse intervals(SPI))特殊激光加工工藝，驗證了單脈沖能量e是決定微織構(gòu)形貌尺寸的關鍵參數(shù)，提出并建立以e為核心的工藝參數(shù)-微織構(gòu)形貌譜系;然后分析了微織構(gòu)形貌和重鑄層的形成機理，并開展激光微織構(gòu)工藝試驗，結(jié)果表明:輔助氣體的種類及壓力對微織構(gòu)形貌、重鑄層高度及表面硬度影響不顯著，最終選用空氣作為激光微織構(gòu)加工的輔助氣體。后處理工藝

4、研究方面，開展后處理磨削實驗。發(fā)現(xiàn)較之精珩工藝，拋光工藝后處理效果較佳，最優(yōu)的工藝參數(shù)為:定壓進給約1.5Mpa，第一階段時間10-20s，采用中軟砂條去除重鑄層;第二階段時間20-30s，采用超軟砂條修復缸孔表面。
　　針對某款四缸汽油機研制產(chǎn)業(yè)化裝備，首先論述了生產(chǎn)專機的整體方案，并介紹了光學系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)和流水線布局方案;然后回顧了前人基于上位工控機、運動控制卡和激光控制卡所架構(gòu)的激光微織構(gòu)實驗裝置數(shù)控系

5、統(tǒng)，并以產(chǎn)業(yè)化數(shù)控要求為出發(fā)點，從方波信號的產(chǎn)生、信號匹配和脈沖重疊三個關鍵控制環(huán)節(jié)，闡述了滿足SPI工藝的激光-機械耦合控制要求的CNC解決方案。
　　為快速、在線檢測激光微織構(gòu)加工的缸孔表面，基于微織構(gòu)形貌間的形態(tài)學協(xié)同效應，提出織構(gòu)化表面檢測新方法——截面擬合法。首先，通過非線性規(guī)劃，確定了新檢測方法的微織構(gòu)方案可行集;然后對Matlab軟件進行二次開發(fā)，編寫了相應檢測程序;最后開展了不同表面檢測儀器間、不同檢測方法間的對比