內(nèi)燃機(jī)摩擦副表面多脈沖激光微造型實(shí)驗(yàn)與仿真研究.pdf

1、在內(nèi)燃機(jī)能量轉(zhuǎn)化和傳遞過(guò)程中，由運(yùn)動(dòng)件之間摩擦造成的功耗占內(nèi)燃機(jī)機(jī)械損失的60％以上，并且隨著現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的不斷提高，摩擦功耗給內(nèi)燃機(jī)性能帶來(lái)的影響變得越來(lái)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(jī)械珩磨技術(shù)，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的焦點(diǎn)。因此，通過(guò)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(rùn)滑減磨作用的微觀形貌對(duì)降低內(nèi)燃機(jī)機(jī)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(duì)較為復(fù)雜的微溝槽形貌進(jìn)行工藝試驗(yàn)，通過(guò)比較VEECO輪廓儀測(cè)得的試驗(yàn)結(jié)果，得出了激光功率和掃描速度對(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了激光燒蝕過(guò)程中材料的去除過(guò)程和計(jì)算域的更新。邊界條件采用試驗(yàn)實(shí)測(cè)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(duì)加工材料溫度場(chǎng)和加工形貌（微凹腔和微溝槽）的影響規(guī)律。對(duì)比試驗(yàn)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(yàn)值相差10％以內(nèi)，從而說(shuō)明了計(jì)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(jī)缸套微凹腔加工參數(shù)，通過(guò)單缸柴油機(jī)速度特性試驗(yàn)，對(duì)比了原機(jī)和激光加工后內(nèi)燃機(jī)的工作性能，發(fā)現(xiàn)激光加工后的內(nèi)燃機(jī)的燃油消耗率、排