面向產(chǎn)業(yè)化工藝鏈的內(nèi)燃機(jī)激光微織構(gòu)技術(shù)應(yīng)用研究.pdf

1、摩擦磨損一直制約著全球工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，是能源危機(jī)的一個(gè)重要源頭。其中航空航天設(shè)備、農(nóng)業(yè)設(shè)備、軌道交通、船舶、能源化工裝置、冶金機(jī)械、汽車工業(yè)是摩擦磨損的重點(diǎn)領(lǐng)域，汽車工業(yè)所占比例最大。缸孔-活塞環(huán)是內(nèi)燃機(jī)中最重要的摩擦副，其對(duì)內(nèi)燃機(jī)節(jié)能減排的影響極其關(guān)鍵，缸孔激光表面微織構(gòu)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)節(jié)能減排的先進(jìn)表面技術(shù)之一。
　　缸孔激光微織構(gòu)技術(shù)所涉及的潤滑理論研究成果豐富，各種臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)表明其潤滑減摩的效果顯著。但是，激光與物

2、質(zhì)相互作用機(jī)理和表面織構(gòu)改善機(jī)械效率的機(jī)理缺少系統(tǒng)微觀層面闡述；分區(qū)異化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和單脈沖同點(diǎn)間隔多次工藝的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用都還需要進(jìn)一步完善；相關(guān)的缸孔激光微織構(gòu)產(chǎn)業(yè)化加工專機(jī)有待在樣機(jī)的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)；激光微織構(gòu)缸孔的產(chǎn)業(yè)化一體式在線檢測設(shè)備有待開發(fā)；產(chǎn)業(yè)化加工過程和加工設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性缺乏評(píng)估考核體系；產(chǎn)業(yè)化過程中開發(fā)的新型激光微織構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)需要相匹配的智能市場推廣平臺(tái)。
　　本文即針對(duì)上述一些關(guān)鍵問題研究，主要內(nèi)容如下：

3、　　首先，詳細(xì)分析了激光與物質(zhì)的作用機(jī)理及過程，由此劃分確定微凹腔結(jié)構(gòu)的熱影響區(qū)、邊緣硬化區(qū)及中心加工區(qū)；針對(duì)缸孔激光微織構(gòu)技術(shù)提出分區(qū)異化思想，對(duì)比分析單脈沖同點(diǎn)間隔多次技術(shù)的優(yōu)勢和影響因素。然后論證了數(shù)控機(jī)械珩磨工藝的必要性，并通過工藝試驗(yàn)，確定前道鏡面工藝的評(píng)定參數(shù)、范圍，以及后處理拋光工藝的參數(shù)和具體工時(shí)。
　　其次，選取某款四缸汽油機(jī)為研究對(duì)象，確定產(chǎn)業(yè)化整體規(guī)劃設(shè)備布局，開展產(chǎn)業(yè)化激光微織構(gòu)裝備和數(shù)控機(jī)械珩磨裝備的研制

4、。以光學(xué)、機(jī)械、電氣、控制四個(gè)主要模塊為基礎(chǔ)，系統(tǒng)集成激光微織構(gòu)裝備。剖析方波信號(hào)的產(chǎn)生、信號(hào)匹配和脈沖重疊之間的關(guān)系，提出實(shí)現(xiàn)光學(xué)、機(jī)械與控制三位一體的聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)控制方法。以機(jī)械、液壓、輔助、控制四個(gè)關(guān)鍵模塊為基礎(chǔ)，系統(tǒng)集成數(shù)控機(jī)械珩磨裝備，采用德國BECKOFF系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)不同模式的控制加工。
　　再次，通過測量分析缸孔激光微織構(gòu)加工表面質(zhì)量問題，提出新型表面微織構(gòu)形貌的測量原理，并據(jù)此設(shè)計(jì)了一體式在線檢測裝置。

5、測量裝置主要包括運(yùn)動(dòng)控制、定位夾緊及測量三個(gè)部分。通過LabVIEW對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理和分析，利用Matlab提取測量結(jié)果的特征輪廓，實(shí)現(xiàn)輪廓曲線中的二維點(diǎn)數(shù)值的三維重現(xiàn)，形成擬合的曲面，最終獲取微織構(gòu)三維形貌，并且通過測量實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了新型測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和快速性。
　　從次，基于加工質(zhì)量固有和非固有波動(dòng)的特征，需要強(qiáng)化加工過程的質(zhì)量策劃、質(zhì)量保證、質(zhì)量控制。本文系統(tǒng)介紹了質(zhì)量體系的組成和基本理論，針對(duì)加工系統(tǒng)，將激光微織構(gòu)裝備

6、和數(shù)控機(jī)械珩磨裝備作為一個(gè)整體，進(jìn)行機(jī)器能力和過程能力評(píng)估；對(duì)于測量系統(tǒng)，根據(jù)產(chǎn)品測量的參數(shù)運(yùn)算相關(guān)評(píng)估指數(shù)，獨(dú)立分析其相關(guān)質(zhì)量性能。評(píng)估結(jié)果符合基本理論要求，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的穩(wěn)定性得到保證。
　　最后，為加快激光微織構(gòu)技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，構(gòu)建市場化的推廣平臺(tái)，作為連接企業(yè)與客戶的重要紐帶，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵舉措。本文以橫向維度、縱向維度和綜合評(píng)價(jià)三個(gè)模塊為基礎(chǔ)，以建立多樣化、定制化、智能化的產(chǎn)業(yè)鏈為目標(biāo)，開發(fā)了一