發(fā)動機氣缸內(nèi)孔分區(qū)異化激光微織構(gòu)技術(shù)研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和排放法規(guī)的日趨嚴苛，發(fā)動機不斷向高效、節(jié)能和環(huán)保方向發(fā)展，這對其關(guān)鍵摩擦副表面的加工質(zhì)量提出了更高要求。氣缸-活塞環(huán)摩擦副是發(fā)動機關(guān)鍵摩擦副之一，其潤滑磨損狀況對發(fā)動機經(jīng)濟性、動力性以及排放性能有很大影響。本文將激光表面微織構(gòu)技術(shù)(LST)應(yīng)用于氣缸內(nèi)孔的加工，根據(jù)氣缸-活塞環(huán)摩擦副的實際工況，對氣缸內(nèi)壁微觀幾何形貌進行主動優(yōu)化設(shè)計，充分發(fā)揮微織構(gòu)流體動壓潤滑性能，改善氣缸-活塞環(huán)摩擦副的潤滑和磨損狀況，降低發(fā)動機的

2、機油耗與燃油消耗率，減少排放，提高發(fā)動機整體性能。
　　在理論研究方面，根據(jù)計算流體動力學(xué)(CFD)理論建立氣缸-活塞環(huán)摩擦副表面微織構(gòu)流體動壓潤滑數(shù)學(xué)模型。采用FLUENT軟件對摩擦副表面微凹腔流體動壓潤滑效果進行數(shù)值模擬，揭示不同工況對微織構(gòu)流體動壓性能的影響規(guī)律，并確定具有最佳流體動壓潤滑效果的微凹腔參數(shù)為:深經(jīng)比λ=0.1、面積占有率Sp=10％左右。根據(jù)氣缸內(nèi)壁分區(qū)織構(gòu)特點，建立階梯織構(gòu)流體動壓潤滑模型，數(shù)值模擬結(jié)果表明

3、，沿活塞環(huán)運動方向織構(gòu)容積比越大階梯織構(gòu)流體動壓效果越好。
　　在工藝試驗方面，采用課題組自主研發(fā)的激光微加工系統(tǒng)在鑄鐵試件表面進行微織構(gòu)加工。對比分析連續(xù)加工方式與“單脈沖同點間隔多次”加工方式對微織構(gòu)幾何形貌的影響，論證了“單脈沖同點間隔多次”加工方式的優(yōu)越性。研究了不同激光加工參數(shù)對微織構(gòu)幾何形貌的影響，結(jié)果表明微凹腔直徑主要受泵浦電流影響，而激光脈沖重復(fù)次數(shù)主要影響微凹腔深度。對于激光微加工輔助工藝，主要分析輔助氣體種類和

4、氣體壓力對表面微織構(gòu)加工質(zhì)量的影響。試驗結(jié)果表明，吹拂氮氣時，激光微織構(gòu)表面硬度最大，氣體壓力為0.3MPa時，微凹腔幾何形貌較好。
　　本文在理論分析與試驗研究基礎(chǔ)上，提出一種氣缸內(nèi)孔分區(qū)異化激光微織構(gòu)新技術(shù)，根據(jù)發(fā)動機缸套內(nèi)壁的潤滑狀況和磨損特征，對其表面進行合理分區(qū)，并針對各區(qū)域具體工況選取合理的微織構(gòu)參數(shù)，實現(xiàn)氣缸工作表面磨損均勻。根據(jù)氣缸內(nèi)表面幾何形貌對發(fā)動機性能的影響，確定織構(gòu)缸套的原始表面參數(shù)為:Rpk≤0.15μm