论文摘要
众所周知,在一般机械装置系统中,都存在各种各样的摩擦副,这些摩擦副的摩擦学行为不仅影响机械系统的工作性能和运行效率,甚至是导致其失效的主要原因。因此,基于润滑理论的摩擦副表面的激光微造型润滑减磨技术研究,是当前国内外工程应用领域研究的热点课题,其不仅具有巨大的理论研究空间,而且有着广阔的应用前景。本文以工程领域中最典型和最复杂的摩擦副形式之一的内燃机气缸/活塞环摩擦副系统作为具体的研究对象。在比较系统地综述国内外针对气缸/活塞环摩擦副所开展的摩擦、润滑、磨损研究,以及相关的表面工程技术研究动态的基础上,提出了基于润滑理论的摩擦副表面激光微制造复合处理的润滑减磨新技术;深入阐述了激光与物质相互作用的机理,并用大型有限元计算软件ANSYS,对脉冲激光加工灰铸铁材料的温度场分布和材料汽化去除进行了数值计算模拟;系统地开展了大量的激光微加工工艺试验,并首次提出了“单脉冲同点间隔多次”激光微加工新工艺新方法;成功地研制出一台缸套的激光微加工专用设备;建立了具有微观造型几何形貌特征的气缸/活塞环表面润滑理论模型,并采用多重网格法,进行了数值计算分析,初步得出造型缸套表面的微观形貌几何参数,及其对润滑油膜厚度和压力的影响关系;为了考核激光微造型摩擦副工件表面的润滑减磨、耐磨效果,在“往复式发动机缸套/活塞环摩擦磨损模拟试验装置”上,进行了系统的快速润滑摩擦磨损性能试验;最后,将激光微加工缸套分别在常州柴油机厂的4L88型发动机和无锡柴油机厂的CA6DF2-26型柴油机上,进行了实际装机综合性能台架试验。通过以上研究,得出如下结论:激光微制造复合处理技术是基于摩擦学理论和润滑耐磨性能要求的、能有利于形成摩擦副表面动压流体润滑和表面材料机械力学性能优化分布的表面复合微观加工处理新技术;采用“单脉冲同点间隔多次”激光微加工新工艺,并通过对激光工艺参数的优化组合和特定的辅助工艺措施,可以在金属材料表面获得较高的激光微加工质量;激光微加工处理的摩擦副表面,其摩擦系数明显减小,抗擦伤能力大幅提高,耐磨性提高3-4倍;激光微制造缸套在4L88型柴油机上应用的效果为:机油耗降幅为14.9%～43.5%,平均降幅为30.22%;HC比排放量降低9.62%,颗粒比排放量降低18.87%;在标定工况燃油耗降低4.72%;活塞漏气量在标定工况降低30%,最大扭矩工况降低20%。在CA6DF2-26型柴油机上应用的效果为:机油耗比降幅为53%;漏气量降幅为33.3%～50%。