發(fā)動(dòng)機(jī)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(yán)苛，發(fā)動(dòng)機(jī)不斷向高效、節(jié)能和環(huán)保方向發(fā)展，這對(duì)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(dòng)機(jī)關(guān)鍵摩擦副之一，其潤滑磨損狀況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)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(shí)際工況，對(duì)氣缸內(nèi)壁微觀幾何形貌進(jìn)行主動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮微織構(gòu)流體動(dòng)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(dòng)機(jī)的

2、機(jī)油耗與燃油消耗率，減少排放，提高發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能。
　　在理論研究方面，根據(jù)計(jì)算流體動(dòng)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(dòng)壓潤滑數(shù)學(xué)模型。采用FLUENT軟件對(duì)摩擦副表面微凹腔流體動(dòng)壓潤滑效果進(jìn)行數(shù)值模擬，揭示不同工況對(duì)微織構(gòu)流體動(dòng)壓性能的影響規(guī)律，并確定具有最佳流體動(dòng)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(diǎn)，建立階梯織構(gòu)流體動(dòng)壓潤滑模型，數(shù)值模擬結(jié)果表明

3、，沿活塞環(huán)運(yùn)動(dòng)方向織構(gòu)容積比越大階梯織構(gòu)流體動(dòng)壓效果越好。
　　在工藝試驗(yàn)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(jìn)行微織構(gòu)加工。對(duì)比分析連續(xù)加工方式與“單脈沖同點(diǎn)間隔多次”加工方式對(duì)微織構(gòu)幾何形貌的影響，論證了“單脈沖同點(diǎn)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(duì)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(duì)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(duì)表面微織構(gòu)加工質(zhì)量的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，吹拂氮?dú)鈺r(shí)，激光微織構(gòu)表面硬度最大，氣體壓力為0.3MPa時(shí)，微凹腔幾何形貌較好。
　　本文在理論分析與試驗(yàn)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(dòng)機(jī)缸套內(nèi)壁的潤滑狀況和磨損特征，對(duì)其表面進(jìn)行合理分區(qū)，并針對(duì)各區(qū)域具體工況選取合理的微織構(gòu)參數(shù)，實(shí)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，確定織構(gòu)缸套的原始表面參數(shù)為:Rpk≤0.15μm