氣缸套內(nèi)表面激光造型珩磨加工

田曉光

摘要：隨著現(xiàn)代化技術(shù)以及信息化手段的飛速發(fā)展，社會已經(jīng)全面進(jìn)入到了科技時(shí)代當(dāng)中，而氣缸套作為發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中至關(guān)重要的組成部分，其對于發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、排放性以及機(jī)動(dòng)性方面有著重要影響，但由于氣缸套所處的工作環(huán)境過于惡劣，這就會在潛移默化之間對整體發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性產(chǎn)生不良影響，所以，這就需要在氣缸套內(nèi)表面采用激光造型珩磨工藝。因此，文章首先對氣缸套的表面結(jié)構(gòu)分析加以明確;其次，對激光造型設(shè)計(jì)的基本原則展開深入分析;在此基礎(chǔ)上，提出氣缸套內(nèi)表面的激光造型珩磨加工。

Abstract： With the rapid development of modern technology and information technology， society has fully entered the era of science and technology. As a vital part of the engine， the cylinder liner has an impact on the economy， emissions and mobility of the engine. Important influence， but because the working environment of the cylinder liner is too harsh， it will have a negative impact on the reliability of the overall engine in a subtle way. Therefore， it is necessary to adopt a laser modeling honing process on the inner surface of the cylinder liner. Therefore， the article first clarifies the surface structure analysis of the cylinder liner; secondly， it conducts an in-depth analysis of the basic principles of laser modeling design; on this basis， the laser modeling honing processing of the inner surface of the cylinder liner is proposed.

關(guān)鍵詞：氣缸套內(nèi)表面;激光造型;珩磨加工

Key words： inner surface of cylinder liner;laser modeling;honing

中圖分類號：S219.031? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0049-02

0? 引言

氣缸套內(nèi)壁表面當(dāng)中的基本儲油結(jié)構(gòu)，其對于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗、排放指標(biāo)以及機(jī)械效率等方面都有著十分重要的影響。因此，這也使得當(dāng)前社會環(huán)境當(dāng)中的各大氣缸套生產(chǎn)商，都在深入研究平臺珩磨以及激光造型等全新技術(shù)手段，通過科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方式來建立起良好的微觀儲油結(jié)構(gòu)，通過少量的潤滑油來充分潤滑氣缸套的工作模，在降低摩擦功損失的同時(shí)，獲取最低的摩擦系數(shù)，從而在最大程度上提升整體機(jī)械效率。同時(shí)，在氣缸套內(nèi)表面激光造型珩磨加工的過程中，能夠根據(jù)不同的技術(shù)要求以及加工對象來明確激光造型的基本形貌參數(shù)，建立起符合實(shí)際情況的微觀儲油結(jié)構(gòu)。

1? 氣缸套的表面結(jié)構(gòu)分析

為了充分降低活塞環(huán)與氣缸套之間所產(chǎn)生的摩擦，就應(yīng)當(dāng)適當(dāng)引入流體動(dòng)態(tài)潤滑方式，而在整體流體動(dòng)態(tài)潤滑系統(tǒng)當(dāng)中，所用潤滑劑的基本質(zhì)量以及氣缸套內(nèi)表面形狀結(jié)構(gòu)起到了十分重要的作用，而對氣缸套內(nèi)表面展開造型以及加工的主要目的，就是為了進(jìn)一步創(chuàng)造出一種特定的物體表面結(jié)構(gòu)，使得運(yùn)動(dòng)物體的表面能夠擁有適量的潤滑油，并有效提高潤滑油供給的穩(wěn)定性以及持久性[1]。而在不斷實(shí)踐的過程中可以看出，不能僅僅只通過氣缸套內(nèi)表面的粗糙程度來判斷負(fù)荷得到表面質(zhì)量，氣缸套內(nèi)表面的基本形狀結(jié)構(gòu)同樣有著關(guān)鍵作用，在氣缸套內(nèi)表面當(dāng)中，其擁有著兩個(gè)不同的特性功能，第一種是氣缸套內(nèi)表面所具備的支撐性，使得物體能夠有著一個(gè)更加光滑的平臺表面，全面提升動(dòng)態(tài)滑動(dòng)性能;第二種則是氣缸套內(nèi)表面所具備的儲油性，兩個(gè)不同運(yùn)動(dòng)物體之間所具備的潤滑油層，是引發(fā)流體潤滑的主要條件，這就需要通過良好的儲油結(jié)構(gòu)以及氣缸套內(nèi)表面形成結(jié)構(gòu)加以保證。而氣缸套內(nèi)表面的形狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是決定潤滑油數(shù)量的關(guān)鍵因素，在摩擦副當(dāng)中如果潤滑油的整體用量相對較少，就會因摩擦的持續(xù)加劇而提升機(jī)械損失，但摩擦副當(dāng)中的潤滑油過多，則會在潛移默化之間提高內(nèi)燃機(jī)的排放量，而摩擦副中潤滑油的基本數(shù)量，主要就是根據(jù)氣缸套內(nèi)表面的形狀參數(shù)所決定的，比如油槽結(jié)構(gòu)、油槽寬度以及油槽密度等因素。并且內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械負(fù)荷、潤滑油參數(shù)以及轉(zhuǎn)速等參數(shù)都處在一種不同的狀態(tài)中，無論是零件運(yùn)動(dòng)條件、潤滑油還是工作溫度等方面都存在著較為明顯的差異，氣缸體內(nèi)表面的形狀參數(shù)也并不相同。通常情況下，氣缸套內(nèi)表面的油槽結(jié)構(gòu)形式，可以將其詳細(xì)劃分為封閉儲油槽結(jié)構(gòu)以及流動(dòng)儲油槽結(jié)構(gòu)這兩種類型，但基本油槽的寬度、長短以及密度等因素，都需要根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷以及基本轉(zhuǎn)速所決定[2]。

2? 激光造型設(shè)計(jì)的基本原理

無論何種摩擦系統(tǒng)當(dāng)中，都是由潤滑介質(zhì)、施載體以及承載體所構(gòu)成，站在整體摩擦系統(tǒng)的角度上來看，潤滑介質(zhì)主要就是以潤滑油膜這種方式存在于摩擦面當(dāng)中，而潤滑介質(zhì)起到的作用就在于全方位降低不同零件之間存在的摩擦力。而在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，決定潤滑功能的因素不僅在于潤滑介質(zhì)特性，比如粘結(jié)程度、耐壓程度等，還取決于整體系統(tǒng)當(dāng)中存在的其他因素，比如溫度、摩擦材料、時(shí)間以及運(yùn)動(dòng)方式等，為了能夠在最大程度上發(fā)揮出潤滑介質(zhì)自身所具備的潤滑特性，就應(yīng)當(dāng)確保潤滑介質(zhì)可以更加均勻的覆蓋整個(gè)摩擦表面，進(jìn)一步形成一種具備著均勻性的潤滑油膜[3]。通常情況下，摩擦主要有著以下幾種形式，分別是液體摩擦、極限摩擦、固體摩擦、氣體摩擦以及混合摩擦這五點(diǎn)內(nèi)容，而所有的優(yōu)化摩擦系統(tǒng)，就是在摩擦件長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，采用液體摩擦的方式，而這種液體摩擦也可以將其稱之為流體動(dòng)態(tài)全潤滑，在這種狀態(tài)下，液態(tài)潤滑油就可以將摩擦副當(dāng)中的承載體以及施載體之間進(jìn)行分離處理，而如果無法實(shí)現(xiàn)較為全面的液體摩擦，就會形成一種混合摩擦的狀態(tài)，簡單來說，就是摩擦副當(dāng)中所涉及到的承載體以及施載體，其表面部位的微觀尖峰互相接觸。然而，摩擦體系當(dāng)中的基本摩擦狀態(tài)并非一成不變，通過相應(yīng)的斯氏曲線可以明顯看出，不同摩擦面之間的具體摩擦系數(shù)，會隨著相對運(yùn)動(dòng)速度的轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生變化，并且摩擦系數(shù)與潤滑膜厚度之間同樣有著十分緊密的聯(lián)系，潤滑油膜厚度同時(shí)也是兩個(gè)摩擦表面間距之間存在的基本特征值。而為了全面實(shí)現(xiàn)全潤滑，就應(yīng)當(dāng)具備以下幾點(diǎn)基本前提，首先是兩個(gè)摩擦表面之間的間距比較狹窄;其次則要保證潤滑膜厚度高于表面的粗糙程度;最后是切向相對速度以及與之對應(yīng)的潤滑介質(zhì)。而潤滑介質(zhì)當(dāng)中存在的各類因素，比如添加劑以及粘度等方面，與摩擦表面的儲油槽形狀結(jié)構(gòu)之間起到了決定性作用，如果無法達(dá)到全潤滑狀態(tài)，就會出現(xiàn)磨損或是黏著等問題，而通過在物體表面采用合適儲油槽的方式，就能夠?qū)@一問題進(jìn)行優(yōu)化，使得摩擦表面結(jié)構(gòu)當(dāng)中擁有著適當(dāng)?shù)臐櫥橘|(zhì)，使得摩擦體系能夠有效轉(zhuǎn)變?yōu)槿珴櫥瑺顟B(tài)[4]。

3? 氣缸套內(nèi)表面的激光造型珩磨加工

3.1 明確激光造型珩磨加工的主要原因? 為了更好的降低整體廢氣排放量，主要就是通過先進(jìn)的噴油系統(tǒng)來進(jìn)一步降低廢氣排放，而通過噴油系統(tǒng)還可以進(jìn)一步提升噴油的整體壓力，在優(yōu)化基本噴油方式的同時(shí)來對燃料內(nèi)部的混合比進(jìn)行優(yōu)化處理，以此來穩(wěn)步降低燃料所產(chǎn)生的消耗量，確保燃油能夠?qū)崿F(xiàn)全面燃燒，降低廢氣的總體排放量。然而，盡管燃料降低也同時(shí)降低了顆粒物以及乙炔的排放量，但在機(jī)油燃燒過程中，其內(nèi)部有害氣體的排放量卻呈現(xiàn)出一種逐步提升的狀態(tài)，而為了有效滿足當(dāng)前社會環(huán)境中逐步提升的排放要求，就必須要降低機(jī)油所產(chǎn)生的消耗。因此，這就需要將工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)移至發(fā)動(dòng)機(jī)的核心位置，也就是由活塞、活塞環(huán)、氣缸蓋以及氣缸套所構(gòu)成的燃燒室，通過膨脹、壓縮、進(jìn)氣以及燃燒等方式，將熱能有效轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，確保最大負(fù)載可以得到穩(wěn)步提升。由此可以看出，這些部件的基本質(zhì)量，特別是降低氣缸套與活塞環(huán)之間的摩擦副有著十分重要的作用，必須要通過激光造型珩磨的方式進(jìn)行加工處理。而站在摩擦學(xué)的角度上來看，通過氣缸套以及活塞環(huán)所構(gòu)成的摩擦系統(tǒng)很容易受到外界客觀因素所產(chǎn)生的影響，尤其是動(dòng)態(tài)變化的負(fù)載以及速度，其所產(chǎn)生的影響更為嚴(yán)重。舉例說明，在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中，其內(nèi)部活塞的具體運(yùn)行速度以及曲柄運(yùn)動(dòng)角度之間存在著一種相對關(guān)系，在活塞相對速度較高的前提下，能夠在氣缸套與活塞環(huán)的摩擦副之間提供出充足的潤滑劑，產(chǎn)生一種流體動(dòng)態(tài)壓力。而針對那些活塞速度相對較慢的區(qū)域，比如活塞的死點(diǎn)部位，活塞的運(yùn)動(dòng)速度為零，但卻還要進(jìn)行點(diǎn)火做功，這就使得摩擦副需要承擔(dān)大量負(fù)荷，這也是氣缸套內(nèi)壁磨損問題最為嚴(yán)重的位置。因此，這就需要在氣缸套內(nèi)表面通過激光造型珩磨技術(shù)來設(shè)計(jì)出儲油性能較為優(yōu)異的表面結(jié)構(gòu)，保證摩擦副在相對運(yùn)動(dòng)的過程中，能夠具備著充足的潤滑油，保證其擁有著足夠的潤滑程度，防止因加工不到位而影響到氣缸套的工作效率以及工作質(zhì)量[5]。

3.2 氣缸套激光造型的珩磨加工? 在氣缸套內(nèi)表面展開激光造型珩磨加工的主要目的，就是要在氣缸套內(nèi)表面部位展開相應(yīng)的輪廓加工，從而獲取一個(gè)可控性較高的表面儲油結(jié)構(gòu)，確保機(jī)油在氣缸套當(dāng)中擁有著較長的駐留時(shí)間，以及優(yōu)異的動(dòng)態(tài)流體壓力。同時(shí)，通過在氣缸套表面部位加工出規(guī)則均勻儲油槽結(jié)構(gòu)的方式，就可以在最大程度上降低氣缸套與活塞環(huán)之間的具體摩擦系數(shù)，避免機(jī)油進(jìn)入到燃燒室當(dāng)中燃燒，使得機(jī)油能夠在氣缸套內(nèi)表面形態(tài)結(jié)構(gòu)當(dāng)中駐留一段時(shí)間，形成較大的動(dòng)態(tài)流體壓力。而在理想的情況下，受載體、施載體以及機(jī)油之間由于存在著較大的黏著力，并不會出現(xiàn)相對運(yùn)動(dòng)等現(xiàn)象，使得相對運(yùn)動(dòng)只能夠存在于潤滑層當(dāng)中，不會對零件產(chǎn)生磨損，在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，大部分情況下氣缸套承載表面，其都存在著一個(gè)不斷變化的運(yùn)動(dòng)方向，這就要求氣缸套內(nèi)表面的儲油結(jié)構(gòu)，必須要及時(shí)適應(yīng)變化狀態(tài)中的運(yùn)動(dòng)方向，因此，大部分所采用的都是杯狀儲油結(jié)構(gòu)以及袋狀儲油結(jié)構(gòu)，并根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)置儲油結(jié)構(gòu)的尺寸規(guī)格以及疏密程度。而激光造型氣缸套的內(nèi)控加工珩磨工序，可以詳細(xì)劃分為三種主要的工序內(nèi)容，分別是粗珩、激光造型以及傳統(tǒng)精珩，其中傳統(tǒng)精珩所起到的主要作用，就是為了將造型周邊存留的氧化殘余物以及融化殘余物進(jìn)行清除處理，保證表面的光潔程度不受影響，而通過激光造型機(jī)，還可以獲取到交錯(cuò)斷續(xù)或是按需分布的微觀優(yōu)質(zhì)槽結(jié)構(gòu)，其中不連通并且無交叉，使得潤滑油能夠更好的儲存在其中，并不會產(chǎn)生流失等現(xiàn)象，在形成均勻油膜的同時(shí)，確保摩擦副能夠處在流體潤滑的狀態(tài)當(dāng)中，不僅能夠得到相應(yīng)的潤滑，還可以避免那些多余的潤滑油進(jìn)入到燃燒室當(dāng)中進(jìn)行燃燒，在分散應(yīng)力的同時(shí)，防止其產(chǎn)生斷裂等較為嚴(yán)重的問題，在最大程度上對氣缸套內(nèi)表面的摩擦性能加以優(yōu)化。除此之外，通過激光造型珩磨加工過后的氣缸套內(nèi)表面，能夠確?；钊h(huán)在缸壁死點(diǎn)部位受到高負(fù)荷時(shí)，能夠得到足夠的潤滑，在根本上提升發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，而在激光造型加工過后所形成的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，能夠降低磨損，這是由于在氣缸套上部位當(dāng)中整體負(fù)載較大的區(qū)域當(dāng)中，通過激光加工的方式改變了氣缸套內(nèi)表面的形態(tài)結(jié)構(gòu)，在優(yōu)化整體潤滑效果的同時(shí)，避免其中產(chǎn)生傳統(tǒng)珩磨工藝中出現(xiàn)的混合摩擦問題[6]。

4? 結(jié)論

在近年來的發(fā)展進(jìn)程中，各種現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)都得到了較為完善的發(fā)展優(yōu)化，而激光加工技術(shù)作為一種先進(jìn)的技術(shù)手段，其對于發(fā)動(dòng)機(jī)工作的各項(xiàng)基本性能方面都起到了明顯的提升作用，不僅能夠進(jìn)一步降低潤滑油的排放量以及消耗量，還可以減少所產(chǎn)生的摩擦力，在提升基本功率比的同時(shí)，降低內(nèi)部燃料的整體消耗量，以此來提升三元催化器的使用壽命。因此，這就需要在氣缸套內(nèi)表面中科學(xué)合理的應(yīng)用激光造型珩磨技術(shù)，有效減低承載部位的粗糙程度，并優(yōu)化內(nèi)部儲油結(jié)構(gòu)的基本形態(tài)以及尺寸。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧春華.大型柴油機(jī)氣缸套內(nèi)孔油槽的加工[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（08）：104-105.

[2]湯海彥.尺寸鏈在氣缸套加工中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（05）：118-119.

[3]趙立剛，黃洪嶺，趙娜.一種新型氣缸套仿形探傷機(jī)構(gòu)的研發(fā)[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2019，27（25）：68.

[4]張競.氣缸套高效激光加工及檢測關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用.河南省，河南省中原華工激光工程有限公司，2018-11-30.

[5]吳后吉，郭偉科，殷術(shù)貴，梁興雨.缸套內(nèi)表面網(wǎng)紋對活塞環(huán)潤滑性能影響研究[J].機(jī)床與液壓，2020，48（23）：155-159.

[6]王勇，楊廣寧，張紅菊.氣缸套內(nèi)孔表面珩磨質(zhì)量評估[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（07）：122-123.