一種表面具有復(fù)合微形貌的發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種表面具有復(fù)合微形貌的發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔。
【背景技術(shù)】
[0002]缸孔-活塞環(huán)摩擦副是發(fā)動(dòng)機(jī)中典型的摩擦副之一，決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能和壽命，而缸孔表面的紋理結(jié)構(gòu)又與發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能息息相關(guān)。以往，發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔加工普遍采用機(jī)械珩磨工藝，通過降低缸孔粗糙度，形成交叉平臺網(wǎng)紋，改善缸孔-活塞環(huán)摩擦副間的潤滑狀況。近年來，隨著特種加工，特別是高能激光加工技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了缸孔激光織構(gòu)技術(shù)。它具有節(jié)能減排、高效加工、無刀具損耗和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，得到產(chǎn)業(yè)界關(guān)注。
[0003]CN200510116292公開了一種在工件承受摩擦負(fù)載面加工微槽結(jié)構(gòu)的激光珩磨工具。該專利未提出加工前缸孔的表面要求，而事實(shí)上是非常關(guān)鍵的，且該專利激光加工位置的選取并沒有考慮缸孔表面的磨損分布，針對性不足。此外，該專利中的微槽結(jié)構(gòu)尺寸過大，無法形成微動(dòng)壓潤滑效應(yīng)。
[0004]不同于上述激光中提及的激光珩磨技術(shù)，缸孔激光織構(gòu)技術(shù)是在缸孔表面加工大量密度、分布和深度都精確可控的圓形微凹腔陣列。CN201310266008公開了一種缸孔加工方法，該方法包括前處理、表面織構(gòu)、后處理和檢測。該專利在缸孔表面進(jìn)行分區(qū)域的激光微織構(gòu)加工，然而，其微織構(gòu)形貌單一，并且為矩形陣列，表面微形貌的均勻性較差。
[0005]本發(fā)明根據(jù)缸孔-活塞環(huán)摩擦副的工作狀態(tài)，在缸孔表面進(jìn)行凹腔-短溝槽相復(fù)合的微形貌加工。所述凹腔和短槽的分布規(guī)則:凹腔為矩形陣列，即四個(gè)相鄰凹腔的重心連線呈矩形，在矩形陣列內(nèi)部，均有一個(gè)短槽，所述短槽的重心與所述矩形的中心重合。其中，凹腔發(fā)揮潤滑效應(yīng)，而短溝槽儲(chǔ)存潤滑油，兩者使得微形貌分布更加均勻，并且在缸孔-活塞環(huán)摩擦副工作過程中形成均勻、連續(xù)的潤滑油膜和動(dòng)壓潤滑效應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，而提供一種表面具有復(fù)合微形貌的發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔，解決發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔表面微凹腔陣列減摩技術(shù)中，加工效率低、易于出現(xiàn)由于表面支撐率下降導(dǎo)致的磨損、排放性能差的問題。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種表面具有復(fù)合微形貌的發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔，所述缸孔表面具有復(fù)合微形貌陣列，所述復(fù)合微形貌包括凹腔A和凹腔B ;
[0008]四個(gè)臨近的所述凹腔A重心的連線呈矩形；
[0009]所述矩形內(nèi)部有一個(gè)所述凹腔B，所述凹腔B的重心與所述矩形的中心重合。
[0010]上述方案中，所述復(fù)合微形貌的分布密度e [5，25]%;
[0011 ] 所述分布密度=[凹腔A輪廓面積+凹腔B輪廓面積]/ [周向間距M*軸向間距
N] ο
[0012]上述方案中，所述凹腔A的輪廓為圓形，所述凹腔A的直徑e [10, 300] ym，所述凹腔A的深度e [2，20] μπι ；
[0013]所述凹腔B的輪廓也為圓形，所述凹腔B的直徑與所述凹腔A的直徑相同，所述凹腔B的深度為所述凹腔A深度的1-4倍。
[0014]上述方案中，所述凹腔A的輪廓為圓形，所述凹腔A的直徑e [10, 300] ym，所述凹腔A的深度e [2，20] ym;所述凹腔B的輪廓為短槽，所述短槽由多個(gè)圓形凹腔重疊加工獲得，所述凹腔B的長度L e [50，1000] μ m，所述凹腔B的寬度W與所述凹腔A的直徑相等。
[0015]上述方案中，所述凹腔A的輪廓為短槽，所述凹腔A的長度W e [50，300] μπι，所述凹腔A的深度e [2，10] y m，所述凹腔A的寬度L與所述凹腔B的直徑相等；
[0016]所述凹腔B的輪廓為圓形，所述凹腔B的直徑e [10，100] μ m，所述凹腔B的深度e [6，20] μπι。
[0017]進(jìn)一步的，形成所述短槽的多個(gè)圓形凹腔中，后一個(gè)圓形凹腔與前一個(gè)圓形凹腔具有重疊區(qū)域；
[0018]所述重疊區(qū)域面積與后一個(gè)圓形凹腔的輪廓面積的比值為重復(fù)系數(shù)，所述重復(fù)系數(shù) e [0.5,0.9] ο
[0019]上述方案中，所述凹腔A和所述凹腔B由高能激光束在所述缸孔表面加工獲得；
[0020]所述高能激光束為脈沖激光，單脈沖能量為0.5-10mJ。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0022]1、通過高能激光束，在缸孔表面加工規(guī)則分布的所述凹腔A和所述凹腔B微形貌，所述凹腔A和所述凹腔B的輪廓為圓形或者短槽；具有復(fù)合微形貌的缸孔表面潤滑性能更優(yōu)，這是由于短槽具有更大的潤滑油儲(chǔ)存空間，在摩擦副表面相當(dāng)于節(jié)點(diǎn)，更利于形成連續(xù)的潤滑油膜，進(jìn)而發(fā)揮周圍凹腔的微動(dòng)壓潤滑效應(yīng)。
[0023]2、短槽的槽向與缸孔-活塞環(huán)摩擦副相對運(yùn)動(dòng)方向垂直，也能形成動(dòng)壓潤滑效應(yīng)。
[0024]3、由于存在中心短槽的增益效果，在缸孔表面加工的空體體積進(jìn)一步減少，從而缸孔表面的機(jī)油蒸發(fā)減少，最終提升發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)排放性能。
[0025]4、缸孔表面空體體積的減少，使其表面支撐率大幅上升，減少缸孔表面和活塞環(huán)接觸面的壓強(qiáng)，從而降低缸孔磨損。
[0026]5、短槽是多個(gè)圓形凹腔重疊加工形成的，因此兩者采用了相同的加工方法，即不需要切換工藝和激光光源，對加工效率影響甚微。
[0027]6、本發(fā)明顯著改善了缸孔-活塞環(huán)摩擦副的摩擦學(xué)性能，提高了缸孔表面耐磨性，對于發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)而言，燃油耗降低4?5%左右，機(jī)油耗降低30?50%左右。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的缸孔表面局部不意圖。
[0029]圖2是本發(fā)明實(shí)施例二的缸孔表面局部示意圖。
[0030]圖3是本發(fā)明實(shí)施例三的缸孔表面局部不意圖。
[0031]圖4是本發(fā)明中短槽加工原理示意圖。
[0032]圖中，1、缸孔周向；2、缸孔軸向；3、凹腔A ;4、凹腔B ;5、重疊區(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0034]本發(fā)明采用高能激光束在發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔表面加工規(guī)則均勻分布的復(fù)合微形貌陣列，所述復(fù)合微形貌陣列包括凹腔A3和凹腔B4兩種形貌。
[0035]所述凹腔