[发明专利]内燃机缸套内壁激光刻蚀系统及加工方法

说明书

 

技术领域

本发明属于激光加工设备及加工方法，特别是一种用高重复频率的脉冲激光聚焦到缸套内壁表面形成离散式刻蚀微坑加工的设备，及提高缸套-活塞环摩擦副油膜承载力、储油能力及收集磨粒能力的加工方法。

背景技术

缸套和活塞环是内燃机中最重要的摩擦副之一，直接影响内燃机的使用寿命和性能，由于其工作在高温、高速、高压的恶劣条件下，易发生各种磨损，而内燃机的使用寿命和性能在很大程度上取决于这对摩擦副的抗磨性能。目前国内外汽车缸套内壁主要采用砂条机械研磨，八十年代产生了缸套内壁激光淬火技术来提高缸体耐磨性，但激光淬火不能改善缸套－活塞这对摩擦副的摩擦润滑条件，难以达到节油减排的综合目标。影响抗磨性能的因素主要有：缸套表面粗糙度、缸套与活塞环的匹配性能、缸套表面硬度、缸套表面润滑状况等。提高耐磨性能的手段，从当前的科技水平来看，现有的机加工珩磨手段和方法已近发挥至极限。

国外研究者从上世纪九十年代开始进行微造型在摩擦副间的摩擦磨损特性研究，认为在缸套内壁形成以沟槽为主的形貌，有利于缸套—活塞环在摩擦过程中产生的磨粒的收集，并且在上止点区域有利于保存润滑油，从而减小摩擦副磨损。而在缸套内壁刻蚀沟槽激光加工时间长，不利于工程应用。同时研究者考虑以微坑为主的刻蚀形貌，但没有给出刻蚀微坑的综合控制参数及缸套的整体设计。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种对内燃机缸套内壁进行防摩处理的激光刻蚀系统。本发明的另一目的在于提供一种可增加储油能力，提高油膜承载力，减小摩擦，降低磨损的内燃机缸套内壁激光刻蚀加工方法。

为实现上述目的，本发明的内燃机缸套内壁激光刻蚀加工方法，具体为：将内燃机缸套内壁分为两个区域处理，自缸套上止点到上止点以下20mm为第一区域，调整工作参数控制第一区域的激光刻蚀微坑直径为20 - 200μm，微坑深径比ε为 0.05 - 0.15，微坑面积占有率S_P为5% - 20%，微坑分布角度θ为15°- 45°；自上止点以下20mm处到下止点为第二区域，调整工作参数控制第二区域的激光刻蚀微坑直径为20 - 200μm，微坑深径比ε为0.1 - 0.25，微坑面积占有率S_P为20% - 40%，微坑分布角度θ为45°- 75°。

进一步，激光刻蚀可以采用缸套转动，激光聚焦头做平动或者缸套不动，激光聚焦头做转动和平动，其中转动和平动由机床控制。

进一步，微坑深径比ε的调整是通过控制激光功率密度和脉宽实现。

进一步，微坑面积占有率S_P及微坑分布角度θ的调整是通过控制机床进给的点距、螺距和转速实现。

内燃机缸套内壁激光刻蚀系统，包括激光装置和驱动机构，驱动机构驱动激光装置对缸套内壁各个位置进行激光刻蚀，其特征在于，所述激光刻蚀系统还包括编码器、工控机和声光电源，驱动机构用于控制缸套和编码器周向旋转及激光装置轴向移动，编码器用于检测缸套的位置并将检测信号发送至工控机；工控机用于将刻蚀微坑分布参数及检测信号编译为控制信号，并将该控制信号发送至声光电源控制激光装置输出激光，以及控制驱动机构驱动缸套周向旋转和激光装置轴向移动来调整激光刻蚀微坑的工作参数。

进一步，所述激光刻蚀微坑的工作参数包括激光功率密度、脉宽、微坑直径、微坑深径比ε、微坑面积占有率S_P和微坑分布角度θ。

内燃机缸套内壁激光刻蚀系统，包括激光装置和驱动机构，驱动机构驱动激光装置对缸套内壁各个位置进行激光刻蚀，其特征在于，所述激光刻蚀系统还包括编码器、工控机和声光电源，编码器安装在激光装置上，驱动机构用于控制激光装置在周向旋转和轴向移动，编码器用于检测缸套的位置并将检测信号发送至工控机；工控机用于将刻蚀微坑分布参数及检测信号编译为控制信号，并将该控制信号发送至声光电源控制激光装置输出激光，以及控制驱动机构驱动激光装置周向旋转和轴向移动来调整激光刻蚀微坑的工作参数。

进一步，所述激光刻蚀微坑的工作参数包括激光功率密度、脉宽、微坑直径、微坑深径比ε、微坑面积占有率S_P和微坑分布角度θ。