内燃机缸套-活塞环摩擦副激光表面微造型模拟与试验研究

以内燃机缸套-活塞环摩擦副系统为对象,对单脉冲同点间隔多次激光微造型的热作用过程进行数值模拟和试验研究,获得了激光脉冲次数和激光功率对45#钢靶材表面微凹腔形貌的影响规律。仿真和试验结果表明:随着激光脉冲次数的增加,微凹腔深度不断增加,金属熔液的重铸现象明显,表面加工质量下降;随激光功率的增加,微凹腔的深度增加幅度不大且趋于平缓,微凹腔外沿金属残渣增多,加工质量下降,光斑中心温度近似线性增加;在相同工况条件下,微凹腔的深度仿真结果与试验结果趋势基本一致,最大误差在8%以内,证明了该数值模拟方法的可行性和有效性。     

发动机气缸表面规则微观形貌的激光加工研究

摩擦副表面存在着与其润滑性能要求优化匹配的微观几何形貌。本文以发动机的气缸/活塞环为具体研究对象,基于气缸的摩擦磨损特征和润滑理论,对其表面的微观几何形貌进行了初步设计。采用半导体泵浦YAG固体激光器,在硼铸铁试样上进行了激光微造型加工工艺试验,系统研究了激光波长、激光功率、脉冲宽度、重复频率、扫描速度、重叠系数及辅助气体等,对金属材料激光微加工质量和效率的影响规律。并首次提出了“单脉冲同点间隔多次”激光微加工新工艺。最后,采用优化的激光参数组合,成功地在实际缸套内表面,加工出所设计的高质量表面微观几何形貌。     

模具钢表面激光毛化织构摩擦磨损性能试验研究

为提高模具的使用寿命,以模具钢5CrNiMo为研究对象,在试样表面加工不同面积占有率及高度的毛化织构,采用单因素轮换法,开展织构化试样的摩擦磨损性能试验研究。结果表明:毛化织构面积占有率对跑和后试样摩擦因数影响不大,但织构面积占有率越大,其跑和阶段的摩擦因数波动越小,跑和性能越优;毛化织构高度对平均摩擦因数影响较大,织构高度越低,跑和稳定后平均摩擦因数越小;织构试样磨损量均小于未织构试样,织构面积占有率越大,织构高度越低,磨损量越小。与未织构试样相比,面积占有率45%、毛化高度3. 5μm的织构试样可使摩擦因数减小85%,磨损量减小99%,表明激光毛化织构技术可优化塑性成形模具的摩擦学性能。     

粗糙度对微凹坑织构化表面摩擦学性能的影响

为了研究表面初始粗糙度和微凹坑织构共存时的表面摩擦性能,采用激光微织构加工技术在不同粗糙度的试样表面上加工出不同几何形貌的微凹坑织构,在MMW-1A摩擦试验机上进行正交摩擦学性能试验。结果表明:在混合润滑区域,表面粗糙度对摩擦性能的影响最为明显,未织构表面越粗糙,摩擦因数越小;存在合适的微凹坑几何参数与表面初始粗糙度值组合,使得织构化粗糙表面的摩擦性能达到最优;表面初始粗糙度对织构化粗糙表面摩擦性能的影响最为重要,其次为微凹坑的面积占有率,最后为凹坑深度,并且织构几何参数与粗糙度之间的交互作用对摩擦性能的影响也是不能忽视的。     

不同吸光涂层对激光微织构加工性能影响研究

为了提高激光微织构加工效率和改善微织构加工质量,采用W-71s型喷枪在GCr15轴承钢表面分别喷涂用黑漆、水玻璃、黄料、磷酸锌和石墨制备的涂层。利用Nd:YAG激光加工机对其进行激光微织构加工,使用3维形貌分析仪对微凹坑的形貌进行了检测。结果表明,与无涂层试样相比,采用水玻璃和黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积均增加,凹坑边缘熔渣体积均减少,其中黄料涂层表面蚀除凹坑体积增加了29.4%,水玻璃涂层凹坑边缘熔渣体积减少了64.9%;在一定条件下,复合涂层相比单一涂层具有更好的激光加工性能,其中黄料与水玻璃复合涂层的性能最为显著,与未经涂层的相比,凹坑蚀除体积增加了47.1%,凹坑边缘熔渣体积减少了43.2%。这一结果对提高激光微织构加工效率、改善微织构加工质量具有一定的指导意义。     

纳秒激光调控CFRP复合材料表面润湿性及其对胶接性能的影响

采用纳秒激光对碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料进行表面预处理,调控其表面成分、粗糙度和表面润湿性,然后采用SEM、接触角测量仪、光学轮廓仪、XPS等表征CFRP复合材料的表面微观形貌、接触角、粗糙度和化学成分,并通过拉伸剪切实验评价和分析激光表面处理对CFRP复合材料胶接强度的影响规律和机制。结果表明:优化激光表面处理参数,可以去除CFRP复合材料表面的环氧树脂胶,调控其表面成分、粗糙度和表面润湿性;与未处理的CFRP复合材料相比,激光表面处理后的CFRP复合材料表面化学成分改变,表面粗糙度有所增加,润湿性提高,胶接强度也增大;与未处理CFRP复合材料相比,激光离焦量分别为5 mm、10 mm和15 mm时,处理后的CFRP复合材料胶接强度分别提高了129.41%、112.13%和105.88%;激光表面处理CFRP复合材料的表面润湿性和表面粗糙度均高于机械处理CFRP复合材料,但激光处理导致的热损伤对胶接强度提高有负面影响。      

全液体润滑机械密封及其加工技术

综述了近年来国内外非接触式全液体润滑机械密封技术的发展现状,重点介绍了这些机械密封的端面结构及其密封性能.研究表明：端面具有润滑腔和泵送槽的机械密封,能同时解决非接触和零泄漏两大难题.介绍了多种有泵送槽或凹腔结构的加工方法,其中激光加工技术不但可以较好地保证加工精度,而且还能优化金属材料的性能.特别是本文提出的“单脉冲同点间隔多次”激光加工工艺方法,能同时加工微观的润滑腔和宏观的泵送槽。     

DK9032电熔爆数控机床的电磁干扰及其防护

介绍电熔爆加工新技术的原理.对电熔爆机床工作时所产生的电磁干扰进行了分析,并在计算、测量、分析的基础上,提出了防护的措施,即用电磁屏蔽罩体来控制电磁辐射.最后通过现场实测,验证了电磁屏蔽罩体的屏蔽效能.     

不同微细造型几何形貌对润滑性能影响的数值模拟

建立了圆柱形、球冠形、锥形、六角形截面、三角形截面、正方形截面等表面微细造型几何形貌的数学模型,结合微细形貌润滑理论模型,采用多重网格法,分析了这些不同几何形貌对两滑动表面摩擦润滑性能的影响。分析结果表明:球冠造型形成油压的区域要明显大于圆柱和圆锥造型形成的油压区域;在相同表面占有率和微细造型深度下,正三角形造型有效油膜压力的区域较大,在相对滑动的表面中形成的间隙大,摩擦因数小。     

微造型活塞环表面的润滑性能数值分析

基于活塞环表面激光微造型的实际形貌,建立活塞环表面具有规则微观抛物面凹腔结构的润滑理论模型,采用变异多重网格法对理论模型进行数值求解,获取表面微观形貌几何参数对润滑性能的影响规律.结果表明:通过在活塞环表面造型,会产生明显的流体动压力.微观凹腔的面积占有率S.对膜厚及无量纲平均摩擦力的影响不明显,当S.从5%变化到60%时,无量纲平均摩擦力改变了18.6%.相反,微观凹腔的深度^,影响显著,存在的最佳深度为2～7 μm,当hp8μm时,无量纲平均摩擦力增大,膜厚变薄,且一个周期内的膜厚曲线变化不规则.