面向產(chǎn)業(yè)化工藝鏈的內(nèi)燃機激光微織構(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，是能源危機的一個重要源頭。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、冶金機械、汽車工業(yè)是摩擦磨損的重點領(lǐng)域，汽車工業(yè)所占比例最大。缸孔-活塞環(huán)是內(nèi)燃機中最重要的摩擦副，其對內(nèi)燃機節(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)是實現(xiàn)內(nèi)燃機節(jié)能減排的先進表面技術(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，各種臺架試驗結(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)相互作用機理和表面織構(gòu)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(shè)計準(zhǔn)則和單脈沖同點間隔多次工藝的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用都還需要進一步完善；相關(guān)的缸孔激光微織構(gòu)產(chǎn)業(yè)化加工專機有待在樣機的基礎(chǔ)上不斷改進；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(guān)鍵問題研究，主要內(nèi)容如下：

3、　　首先，詳細分析了激光與物質(zhì)的作用機理及過程，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)；針對缸孔激光微織構(gòu)技術(shù)提出分區(qū)異化思想，對比分析單脈沖同點間隔多次技術(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(shè)備布局，開展產(chǎn)業(yè)化激光微織構(gòu)裝備和數(shù)控機械珩磨裝備的研制

4、。以光學(xué)、機械、電氣、控制四個主要模塊為基礎(chǔ)，系統(tǒng)集成激光微織構(gòu)裝備。剖析方波信號的產(chǎn)生、信號匹配和脈沖重疊之間的關(guān)系，提出實現(xiàn)光學(xué)、機械與控制三位一體的聯(lián)動協(xié)調(diào)控制方法。以機械、液壓、輔助、控制四個關(guān)鍵模塊為基礎(chǔ)，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(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(jié)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(gòu)三維形貌，并且通過測量實驗，驗證了新型測量系統(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的特征，需要強化加工過程的質(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，針對加工系統(tǒng)，將激光微織構(gòu)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(guān)評估指數(shù)，獨立分析其相關(guān)質(zhì)量性能。評估結(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)動機行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化進程，構(gòu)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(guān)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(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