氣缸套內表面激光造型珩磨加工

田曉光

摘要：隨著現代化技術以及信息化手段的飛速發展，社會已經全面進入到了科技時代當中，而氣缸套作為發動機當中至關重要的組成部分，其對于發動機的經濟性、排放性以及機動性方面有著重要影響，但由于氣缸套所處的工作環境過于惡劣，這就會在潛移默化之間對整體發動機的可靠性產生不良影響，所以，這就需要在氣缸套內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構分析加以明確;其次，對激光造型設計的基本原則展開深入分析;在此基礎上，提出氣缸套內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.

關鍵詞：氣缸套內表面;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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0049-02

0? 引言

氣缸套內壁表面當中的基本儲油結構，其對于發動機的燃油消耗、排放指標以及機械效率等方面都有著十分重要的影響。因此，這也使得當前社會環境當中的各大氣缸套生產商，都在深入研究平臺珩磨以及激光造型等全新技術手段，通過科學合理的設計方式來建立起良好的微觀儲油結構，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，獲取最低的摩擦系數，從而在最大程度上提升整體機械效率。同時，在氣缸套內表面激光造型珩磨加工的過程中，能夠根據不同的技術要求以及加工對象來明確激光造型的基本形貌參數，建立起符合實際情況的微觀儲油結構。

1? 氣缸套的表面結構分析

為了充分降低活塞環與氣缸套之間所產生的摩擦，就應當適當引入流體動態潤滑方式，而在整體流體動態潤滑系統當中，所用潤滑劑的基本質量以及氣缸套內表面形狀結構起到了十分重要的作用，而對氣缸套內表面展開造型以及加工的主要目的，就是為了進一步創造出一種特定的物體表面結構，使得運動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定性以及持久性[1]。而在不斷實踐的過程中可以看出，不能僅僅只通過氣缸套內表面的粗糙程度來判斷負荷得到表面質量，氣缸套內表面的基本形狀結構同樣有著關鍵作用，在氣缸套內表面當中，其擁有著兩個不同的特性功能，第一種是氣缸套內表面所具備的支撐性，使得物體能夠有著一個更加光滑的平臺表面，全面提升動態滑動性能;第二種則是氣缸套內表面所具備的儲油性，兩個不同運動物體之間所具備的潤滑油層，是引發流體潤滑的主要條件，這就需要通過良好的儲油結構以及氣缸套內表面形成結構加以保證。而氣缸套內表面的形狀結構，同時也是決定潤滑油數量的關鍵因素，在摩擦副當中如果潤滑油的整體用量相對較少，就會因摩擦的持續加劇而提升機械損失，但摩擦副當中的潤滑油過多，則會在潛移默化之間提高內燃機的排放量，而摩擦副中潤滑油的基本數量，主要就是根據氣缸套內表面的形狀參數所決定的，比如油槽結構、油槽寬度以及油槽密度等因素。并且內燃機的機械負荷、潤滑油參數以及轉速等參數都處在一種不同的狀態中，無論是零件運動條件、潤滑油還是工作溫度等方面都存在著較為明顯的差異，氣缸體內表面的形狀參數也并不相同。通常情況下，氣缸套內表面的油槽結構形式，可以將其詳細劃分為封閉儲油槽結構以及流動儲油槽結構這兩種類型，但基本油槽的寬度、長短以及密度等因素，都需要根據內燃機的機械負荷、熱負荷以及基本轉速所決定[2]。

2? 激光造型設計的基本原理

無論何種摩擦系統當中，都是由潤滑介質、施載體以及承載體所構成，站在整體摩擦系統的角度上來看，潤滑介質主要就是以潤滑油膜這種方式存在于摩擦面當中，而潤滑介質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。而在實際運轉過程中，決定潤滑功能的因素不僅在于潤滑介質特性，比如粘結程度、耐壓程度等，還取決于整體系統當中存在的其他因素，比如溫度、摩擦材料、時間以及運動方式等，為了能夠在最大程度上發揮出潤滑介質自身所具備的潤滑特性，就應當確保潤滑介質可以更加均勻的覆蓋整個摩擦表面，進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內容，而所有的優化摩擦系統，就是在摩擦件長時間的運轉過程中，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態全潤滑，在這種狀態下，液態潤滑油就可以將摩擦副當中的承載體以及施載體之間進行分離處理，而如果無法實現較為全面的液體摩擦，就會形成一種混合摩擦的狀態，簡單來說，就是摩擦副當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，摩擦體系當中的基本摩擦狀態并非一成不變，通過相應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，會隨著相對運動速度的轉變而產生變化，并且摩擦系數與潤滑膜厚度之間同樣有著十分緊密的聯系，潤滑油膜厚度同時也是兩個摩擦表面間距之間存在的基本特征值。而為了全面實現全潤滑，就應當具備以下幾點基本前提，首先是兩個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的潤滑介質。而潤滑介質當中存在的各類因素，比如添加劑以及粘度等方面，與摩擦表面的儲油槽形狀結構之間起到了決定性作用，如果無法達到全潤滑狀態，就會出現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，就能夠對這一問題進行優化，使得摩擦表面結構當中擁有著適當的潤滑介質，使得摩擦體系能夠有效轉變為全潤滑狀態[4]。

3? 氣缸套內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，主要就是通過先進的噴油系統來進一步降低廢氣排放，而通過噴油系統還可以進一步提升噴油的整體壓力，在優化基本噴油方式的同時來對燃料內部的混合比進行優化處理，以此來穩步降低燃料所產生的消耗量，確保燃油能夠實現全面燃燒，降低廢氣的總體排放量。然而，盡管燃料降低也同時降低了顆粒物以及乙炔的排放量，但在機油燃燒過程中，其內部有害氣體的排放量卻呈現出一種逐步提升的狀態，而為了有效滿足當前社會環境中逐步提升的排放要求，就必須要降低機油所產生的消耗。因此，這就需要將工作重點轉移至發動機的核心位置，也就是由活塞、活塞環、氣缸蓋以及氣缸套所構成的燃燒室，通過膨脹、壓縮、進氣以及燃燒等方式，將熱能有效轉變為機械能，確保最大負載可以得到穩步提升。由此可以看出，這些部件的基本質量，特別是降低氣缸套與活塞環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行加工處理。而站在摩擦學的角度上來看，通過氣缸套以及活塞環所構成的摩擦系統很容易受到外界客觀因素所產生的影響，尤其是動態變化的負載以及速度，其所產生的影響更為嚴重。舉例說明，在四沖程發動機當中，其內部活塞的具體運行速度以及曲柄運動角度之間存在著一種相對關系，在活塞相對速度較高的前提下，能夠在氣缸套與活塞環的摩擦副之間提供出充足的潤滑劑，產生一種流體動態壓力。而針對那些活塞速度相對較慢的區域，比如活塞的死點部位，活塞的運動速度為零，但卻還要進行點火做功，這就使得摩擦副需要承擔大量負荷，這也是氣缸套內壁磨損問題最為嚴重的位置。因此，這就需要在氣缸套內表面通過激光造型珩磨技術來設計出儲油性能較為優異的表面結構，保證摩擦副在相對運動的過程中，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量[5]。

3.2 氣缸套激光造型的珩磨加工? 在氣缸套內表面展開激光造型珩磨加工的主要目的，就是要在氣缸套內表面部位展開相應的輪廓加工，從而獲取一個可控性較高的表面儲油結構，確保機油在氣缸套當中擁有著較長的駐留時間，以及優異的動態流體壓力。同時，通過在氣缸套表面部位加工出規則均勻儲油槽結構的方式，就可以在最大程度上降低氣缸套與活塞環之間的具體摩擦系數，避免機油進入到燃燒室當中燃燒，使得機油能夠在氣缸套內表面形態結構當中駐留一段時間，形成較大的動態流體壓力。而在理想的情況下，受載體、施載體以及機油之間由于存在著較大的黏著力，并不會出現相對運動等現象，使得相對運動只能夠存在于潤滑層當中，不會對零件產生磨損，在發動機的運轉過程中，大部分情況下氣缸套承載表面，其都存在著一個不斷變化的運動方向，這就要求氣缸套內表面的儲油結構，必須要及時適應變化狀態中的運動方向，因此，大部分所采用的都是杯狀儲油結構以及袋狀儲油結構，并根據實際情況來設置儲油結構的尺寸規格以及疏密程度。而激光造型氣缸套的內控加工珩磨工序，可以詳細劃分為三種主要的工序內容，分別是粗珩、激光造型以及傳統精珩，其中傳統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，還可以獲取到交錯斷續或是按需分布的微觀優質槽結構，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，并不會產生流失等現象，在形成均勻油膜的同時，確保摩擦副能夠處在流體潤滑的狀態當中，不僅能夠得到相應的潤滑，還可以避免那些多余的潤滑油進入到燃燒室當中進行燃燒，在分散應力的同時，防止其產生斷裂等較為嚴重的問題，在最大程度上對氣缸套內表面的摩擦性能加以優化。除此之外，通過激光造型珩磨加工過后的氣缸套內表面，能夠確保活塞環在缸壁死點部位受到高負荷時，能夠得到足夠的潤滑，在根本上提升發動機壽命，而在激光造型加工過后所形成的表面形態結構當中，能夠降低磨損，這是由于在氣缸套上部位當中整體負載較大的區域當中，通過激光加工的方式改變了氣缸套內表面的形態結構，在優化整體潤滑效果的同時，避免其中產生傳統珩磨工藝中出現的混合摩擦問題[6]。

4? 結論

在近年來的發展進程中，各種現代化科學技術都得到了較為完善的發展優化，而激光加工技術作為一種先進的技術手段，其對于發動機工作的各項基本性能方面都起到了明顯的提升作用，不僅能夠進一步降低潤滑油的排放量以及消耗量，還可以減少所產生的摩擦力，在提升基本功率比的同時，降低內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表面中科學合理的應用激光造型珩磨技術，有效減低承載部位的粗糙程度，并優化內部儲油結構的基本形態以及尺寸。

參考文獻：

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

[2]湯海彥.尺寸鏈在氣缸套加工中的應用[J].內燃機與配件，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構的研發[J].科技經濟導刊，2019，27（25）：68.

[4]張競.氣缸套高效激光加工及檢測關鍵技術的開發與應用.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，殷術貴，梁興雨.缸套內表面網紋對活塞環潤滑性能影響研究[J].機床與液壓，2020，48（23）：155-159.

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