45钢表面微凹腔激光加工工艺

采用"单脉冲同点间隔多次"工艺和"单因素分析法"对45钢进行激光焦点位置、激光功率密度、脉冲重复次数等激光加工工艺参数变化影响激光微造型加工质量的研究。通过此工艺加工的凹腔半径大约为58μm,一个脉冲深度大约为2μm,凹腔圆度好,分布均匀,熔渣少;当激光头距试样加工表面距离为2 mm,激光功率为1.84 W～3.82 W时,重复次数为1～10次时,加工出微凹腔质量最好,重复频率对其影响不大。     

缸套表面织构润滑性能理论及试验研究

通过将激光表面织构技术应用于发动机缸套表面,建立缸套-活塞环摩擦副混合润滑理论模型,并以桶面环为例,计算缸套表面织构对摩擦副润滑摩擦性能的影响规律。计算结果表明：缸套通过激光表面织构后,其润滑摩擦性能得到改善,凹腔织构效果要优于沟槽织构效果,在各行程中部油膜厚度最大增加了29%左右,而摩擦力峰值下降30%左右。通过发动机对比台架试验发现：相对于原机,配套表面织构缸套后发动机燃油消耗率呈现出下降趋势,在低转速下改善效果最为显著,燃油消耗率最大降低了9.8 g/(kW•h),降幅为4.62%,证实了表面织构技术对于降低发动机摩擦损失是有效的;同时发动机的其他性能指标也有不同程度改善,漏气量、烟度、全损耗系统用油消耗率等参数都有所下降,烟度下降明显,漏气量最大降幅为34.6%,全损耗系统用油消耗率降低了33.8%。     

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。     

半球形件模具表面摩擦特性影响的数值模拟与优化设计

采用数值模拟的方法,研究拉深模具表面不同区域摩擦特性对半球形零件成形性能的影响规律。通过改变区域摩擦系数,确定内皱、拉裂两种成形缺陷及凸缘区材料流入量的主影响区。针对起皱、拉裂两种成形缺陷,分别对区域摩擦系数进行调整优化,采用优化后的摩擦特性组合,起皱的可能性降低了5.2%,拉裂的危险性降低了13%。该文研究结果可以为模具表面的激光复合造型提供依据,从而实现模具表面微观几何织构的主动设计制造。     

激光微织构表面黏结型固体润滑膜性能研究

采用声光调Q二极管泵浦Nd∶YAG激光器在45#钢表面进行织构化处理,并填充不同的黏结MoS2基复合固体润滑剂;在销盘线接触的摩擦磨损试验机上研究含不同配比复合固体润滑剂的织构表面的滚动摩擦性能。研究结果表明:织构表面填充黏接型复合固体润滑剂改善了其摩擦性能,其中填充含质量分数50%MoS2复合固体润滑剂的织构表面的摩擦因数最低;在线接触滚动过程中,黏结MoS2基复合固体润滑剂织构表面的摩擦因数均随着载荷和转速的增大而减小,这是因为高速重载促进了转移膜在对偶面的形成,该转移膜显示出良好的减摩性能。     

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。     

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.     

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。