內(nèi)燃機摩擦副表面多脈沖激光微造型實驗與仿真研究.pdf

1、在內(nèi)燃機能量轉(zhuǎn)化和傳遞過程中，由運動件之間摩擦造成的功耗占內(nèi)燃機機械損失的60％以上，并且隨著現(xiàn)代內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速和扭矩的不斷提高，摩擦功耗給內(nèi)燃機性能帶來的影響變得越來越嚴(yán)重?，F(xiàn)代研究表明，高能量密度激光在摩擦副表面加工一些非光滑的凹凸微觀形貌可以有效減小摩擦系數(shù)，其加工質(zhì)量和精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的機械珩磨技術(shù)，已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者研究的焦點。因此，通過激光微造型技術(shù)在缸套-活塞環(huán)摩擦副表面加工具有潤滑減磨作用的微觀形貌對降低內(nèi)燃機機械損失有重要

2、的意義。
　　本文首先采用自主研發(fā)的JDWZX-002新型激光表面加工裝置，以45＃鋼作為加工材料，對較為復(fù)雜的微溝槽形貌進(jìn)行工藝試驗，通過比較VEECO輪廓儀測得的試驗結(jié)果，得出了激光功率和掃描速度對微溝槽形貌尺寸（半徑和深度）和加工質(zhì)量的影響規(guī)律。在實驗研究的基礎(chǔ)上，采用ANSYS軟件建立了激光與物質(zhì)作用的有限元模型，提出一套全新的激光微造型數(shù)值模擬流程，實現(xiàn)了激光燒蝕過程中材料的去除過程和計算域的更新。邊界條件采用試驗實測的

3、激光功率、能量分布以及加工工藝參數(shù)，模擬得出了激光功率、脈沖重復(fù)次數(shù)和掃描速度對加工材料溫度場和加工形貌（微凹腔和微溝槽）的影響規(guī)律。對比試驗和模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬得到的微觀形貌的尺寸與試驗值相差10％以內(nèi)，從而說明了計算方法的正確性和準(zhǔn)確性。最后，綜合比較不同工藝參數(shù)下的加工結(jié)果，選出較為理想的一組作為內(nèi)燃機缸套微凹腔加工參數(shù)，通過單缸柴油機速度特性試驗，對比了原機和激光加工后內(nèi)燃機的工作性能，發(fā)現(xiàn)激光加工后的內(nèi)燃機的燃油消耗率、排