面向產(chǎn)業(yè)化工藝鏈的內燃機激光微織構技術應用研究.pdf

1、摩擦磨損一直制約著全球工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，是能源危機的一個重要源頭。其中航空航天設備、農業(yè)設備、軌道交通、船舶、能源化工裝置、冶金機械、汽車工業(yè)是摩擦磨損的重點領域，汽車工業(yè)所占比例最大。缸孔-活塞環(huán)是內燃機中最重要的摩擦副，其對內燃機節(jié)能減排的影響極其關鍵，缸孔激光表面微織構技術是實現(xiàn)內燃機節(jié)能減排的先進表面技術之一。
　　缸孔激光微織構技術所涉及的潤滑理論研究成果豐富，各種臺架試驗結果已經(jīng)表明其潤滑減摩的效果顯著。但是，激光與物

2、質相互作用機理和表面織構改善機械效率的機理缺少系統(tǒng)微觀層面闡述；分區(qū)異化設計準則和單脈沖同點間隔多次工藝的產(chǎn)業(yè)化應用都還需要進一步完善；相關的缸孔激光微織構產(chǎn)業(yè)化加工專機有待在樣機的基礎上不斷改進；激光微織構缸孔的產(chǎn)業(yè)化一體式在線檢測設備有待開發(fā)；產(chǎn)業(yè)化加工過程和加工設備的穩(wěn)定性和可靠性缺乏評估考核體系；產(chǎn)業(yè)化過程中開發(fā)的新型激光微織構發(fā)動機需要相匹配的智能市場推廣平臺。
　　本文即針對上述一些關鍵問題研究，主要內容如下：

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

4、。以光學、機械、電氣、控制四個主要模塊為基礎，系統(tǒng)集成激光微織構裝備。剖析方波信號的產(chǎn)生、信號匹配和脈沖重疊之間的關系，提出實現(xiàn)光學、機械與控制三位一體的聯(lián)動協(xié)調控制方法。以機械、液壓、輔助、控制四個關鍵模塊為基礎，系統(tǒng)集成數(shù)控機械珩磨裝備，采用德國BECKOFF系統(tǒng)，實現(xiàn)手動、半自動、自動不同模式的控制加工。
　　再次，通過測量分析缸孔激光微織構加工表面質量問題，提出新型表面微織構形貌的測量原理，并據(jù)此設計了一體式在線檢測裝置。

5、測量裝置主要包括運動控制、定位夾緊及測量三個部分。通過LabVIEW對數(shù)據(jù)進行顯示、處理和分析，利用Matlab提取測量結果的特征輪廓，實現(xiàn)輪廓曲線中的二維點數(shù)值的三維重現(xiàn)，形成擬合的曲面，最終獲取微織構三維形貌，并且通過測量實驗，驗證了新型測量系統(tǒng)的準確性和快速性。
　　從次，基于加工質量固有和非固有波動的特征，需要強化加工過程的質量策劃、質量保證、質量控制。本文系統(tǒng)介紹了質量體系的組成和基本理論，針對加工系統(tǒng)，將激光微織構裝備

6、和數(shù)控機械珩磨裝備作為一個整體，進行機器能力和過程能力評估；對于測量系統(tǒng)，根據(jù)產(chǎn)品測量的參數(shù)運算相關評估指數(shù)，獨立分析其相關質量性能。評估結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，為加快激光微織構技術在汽車發(fā)動機行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化進程，構建市場化的推廣平臺，作為連接企業(yè)與客戶的重要紐帶，是實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的關鍵舉措。本文以橫向維度、縱向維度和綜合評價三個模塊為基礎，以建立多樣化、定制化、智能化的產(chǎn)業(yè)鏈為目標，開發(fā)了一