气缸套内表面激光造型珩磨加工

田晓光

摘要：随着现代化技術以及信息化手段的飞速发展，社会已经全面进入到了科技时代当中，而气缸套作为发动机当中至关重要的组成部分，其对于发动机的经济性、排放性以及机动性方面有着重要影响，但由于气缸套所处的工作环境过于恶劣，这就会在潜移默化之间对整体发动机的可靠性产生不良影响，所以，这就需要在气缸套内表面采用激光造型珩磨工艺。因此，文章首先对气缸套的表面结构分析加以明确;其次，对激光造型设计的基本原则展开深入分析;在此基础上，提出气缸套内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.

关键词：气缸套内表面;激光造型;珩磨加工

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

中图分类号：S219.031                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）18-0049-02

0  引言

气缸套内壁表面当中的基本储油结构，其对于发动机的燃油消耗、排放指标以及机械效率等方面都有着十分重要的影响。因此，这也使得当前社会环境当中的各大气缸套生产商，都在深入研究平台珩磨以及激光造型等全新技术手段，通过科学合理的设计方式来建立起良好的微观储油结构，通过少量的润滑油来充分润滑气缸套的工作模，在降低摩擦功损失的同时，获取最低的摩擦系数，从而在最大程度上提升整体机械效率。同时，在气缸套内表面激光造型珩磨加工的过程中，能够根据不同的技术要求以及加工对象来明确激光造型的基本形貌参数，建立起符合实际情况的微观储油结构。

1  气缸套的表面结构分析

为了充分降低活塞环与气缸套之间所产生的摩擦，就应当适当引入流体动态润滑方式，而在整体流体动态润滑系统当中，所用润滑剂的基本质量以及气缸套内表面形状结构起到了十分重要的作用，而对气缸套内表面展开造型以及加工的主要目的，就是为了进一步创造出一种特定的物体表面结构，使得运动物体的表面能够拥有适量的润滑油，并有效提高润滑油供给的稳定性以及持久性[1]。而在不断实践的过程中可以看出，不能仅仅只通过气缸套内表面的粗糙程度来判断负荷得到表面质量，气缸套内表面的基本形状结构同样有着关键作用，在气缸套内表面当中，其拥有着两个不同的特性功能，第一种是气缸套内表面所具备的支撑性，使得物体能够有着一个更加光滑的平台表面，全面提升动态滑动性能;第二种则是气缸套内表面所具备的储油性，两个不同运动物体之间所具备的润滑油层，是引发流体润滑的主要条件，这就需要通过良好的储油结构以及气缸套内表面形成结构加以保证。而气缸套内表面的形状结构，同时也是决定润滑油数量的关键因素，在摩擦副当中如果润滑油的整体用量相对较少，就会因摩擦的持续加剧而提升机械损失，但摩擦副当中的润滑油过多，则会在潜移默化之间提高内燃机的排放量，而摩擦副中润滑油的基本数量，主要就是根据气缸套内表面的形状参数所决定的，比如油槽结构、油槽宽度以及油槽密度等因素。并且内燃机的机械负荷、润滑油参数以及转速等参数都处在一种不同的状态中，无论是零件运动条件、润滑油还是工作温度等方面都存在着较为明显的差异，气缸体内表面的形状参数也并不相同。通常情况下，气缸套内表面的油槽结构形式，可以将其详细划分为封闭储油槽结构以及流动储油槽结构这两种类型，但基本油槽的宽度、长短以及密度等因素，都需要根据内燃机的机械负荷、热负荷以及基本转速所决定[2]。

2  激光造型设计的基本原理

無论何种摩擦系统当中，都是由润滑介质、施载体以及承载体所构成，站在整体摩擦系统的角度上来看，润滑介质主要就是以润滑油膜这种方式存在于摩擦面当中，而润滑介质起到的作用就在于全方位降低不同零件之间存在的摩擦力。而在实际运转过程中，决定润滑功能的因素不仅在于润滑介质特性，比如粘结程度、耐压程度等，还取决于整体系统当中存在的其他因素，比如温度、摩擦材料、时间以及运动方式等，为了能够在最大程度上发挥出润滑介质自身所具备的润滑特性，就应当确保润滑介质可以更加均匀的覆盖整个摩擦表面，进一步形成一种具备着均匀性的润滑油膜[3]。通常情况下，摩擦主要有着以下几种形式，分别是液体摩擦、极限摩擦、固体摩擦、气体摩擦以及混合摩擦这五点内容，而所有的优化摩擦系统，就是在摩擦件长时间的运转过程中，采用液体摩擦的方式，而这种液体摩擦也可以将其称之为流体动态全润滑，在这种状态下，液态润滑油就可以将摩擦副当中的承载体以及施载体之间进行分离处理，而如果无法实现较为全面的液体摩擦，就会形成一种混合摩擦的状态，简单来说，就是摩擦副当中所涉及到的承载体以及施载体，其表面部位的微观尖峰互相接触。然而，摩擦体系当中的基本摩擦状态并非一成不变，通过相应的斯氏曲线可以明显看出，不同摩擦面之间的具体摩擦系数，会随着相对运动速度的转变而产生变化，并且摩擦系数与润滑膜厚度之间同样有着十分紧密的联系，润滑油膜厚度同时也是两个摩擦表面间距之间存在的基本特征值。而为了全面实现全润滑，就应当具备以下几点基本前提，首先是两个摩擦表面之间的间距比较狭窄;其次则要保证润滑膜厚度高于表面的粗糙程度;最后是切向相对速度以及与之对应的润滑介质。而润滑介质当中存在的各类因素，比如添加剂以及粘度等方面，与摩擦表面的储油槽形状结构之间起到了决定性作用，如果无法达到全润滑状态，就会出现磨损或是黏着等问题，而通过在物体表面采用合适储油槽的方式，就能够对这一问题进行优化，使得摩擦表面结构当中拥有着适当的润滑介质，使得摩擦体系能够有效转变为全润滑状态[4]。

3  气缸套内表面的激光造型珩磨加工

3.1 明确激光造型珩磨加工的主要原因  为了更好的降低整体废气排放量，主要就是通过先进的喷油系统来进一步降低废气排放，而通过喷油系统还可以进一步提升喷油的整体压力，在优化基本喷油方式的同时来对燃料内部的混合比进行优化处理，以此来稳步降低燃料所产生的消耗量，确保燃油能够实现全面燃烧，降低废气的总体排放量。然而，尽管燃料降低也同时降低了颗粒物以及乙炔的排放量，但在机油燃烧过程中，其内部有害气体的排放量却呈现出一种逐步提升的状态，而为了有效满足当前社会环境中逐步提升的排放要求，就必须要降低机油所产生的消耗。因此，这就需要将工作重点转移至发动机的核心位置，也就是由活塞、活塞环、气缸盖以及气缸套所构成的燃烧室，通过膨胀、压缩、进气以及燃烧等方式，将热能有效转变为机械能，确保最大负载可以得到稳步提升。由此可以看出，这些部件的基本质量，特别是降低气缸套与活塞环之间的摩擦副有着十分重要的作用，必须要通过激光造型珩磨的方式进行加工处理。而站在摩擦学的角度上来看，通过气缸套以及活塞环所构成的摩擦系统很容易受到外界客观因素所产生的影响，尤其是动态变化的负载以及速度，其所产生的影响更为严重。举例说明，在四冲程发动机当中，其内部活塞的具体运行速度以及曲柄运动角度之间存在着一种相对关系，在活塞相对速度较高的前提下，能够在气缸套与活塞环的摩擦副之间提供出充足的润滑剂，产生一种流体动态压力。而针对那些活塞速度相对较慢的区域，比如活塞的死点部位，活塞的运动速度为零，但却还要进行点火做功，这就使得摩擦副需要承担大量负荷，这也是气缸套内壁磨损问题最为严重的位置。因此，这就需要在气缸套内表面通过激光造型珩磨技术来设计出储油性能较为优异的表面结构，保证摩擦副在相对运动的过程中，能够具备着充足的润滑油，保证其拥有着足够的润滑程度，防止因加工不到位而影响到气缸套的工作效率以及工作质量[5]。

3.2 气缸套激光造型的珩磨加工  在气缸套内表面展开激光造型珩磨加工的主要目的，就是要在气缸套内表面部位展开相应的轮廓加工，从而获取一个可控性较高的表面储油结构，确保机油在气缸套当中拥有着较长的驻留时间，以及优异的动态流体压力。同时，通过在气缸套表面部位加工出规则均匀储油槽结构的方式，就可以在最大程度上降低气缸套与活塞环之间的具体摩擦系数，避免机油进入到燃烧室当中燃烧，使得机油能够在气缸套内表面形态结构当中驻留一段时间，形成较大的动态流体压力。而在理想的情况下，受载体、施载体以及机油之间由于存在着较大的黏着力，并不会出现相对运动等现象，使得相对运动只能够存在于润滑层当中，不会对零件产生磨损，在发动机的运转过程中，大部分情况下气缸套承载表面，其都存在着一个不断变化的运动方向，这就要求气缸套内表面的储油结构，必须要及时适应变化状态中的运动方向，因此，大部分所采用的都是杯状储油结构以及袋状储油结构，并根据实际情况来设置储油结构的尺寸规格以及疏密程度。而激光造型气缸套的内控加工珩磨工序，可以详细划分为三种主要的工序内容，分别是粗珩、激光造型以及传统精珩，其中传统精珩所起到的主要作用，就是为了将造型周边存留的氧化残余物以及融化残余物进行清除处理，保证表面的光洁程度不受影响，而通过激光造型机，还可以获取到交错断续或是按需分布的微观优质槽结构，其中不连通并且无交叉，使得润滑油能够更好的储存在其中，并不会产生流失等现象，在形成均匀油膜的同时，确保摩擦副能够处在流体润滑的状态当中，不仅能够得到相应的润滑，还可以避免那些多余的润滑油进入到燃烧室当中进行燃烧，在分散应力的同时，防止其产生断裂等较为严重的问题，在最大程度上对气缸套内表面的摩擦性能加以优化。除此之外，通过激光造型珩磨加工过后的气缸套内表面，能够确保活塞环在缸壁死点部位受到高负荷时，能够得到足够的润滑，在根本上提升发动机寿命，而在激光造型加工过后所形成的表面形态结构当中，能够降低磨损，这是由于在气缸套上部位当中整体负载较大的区域当中，通过激光加工的方式改变了气缸套内表面的形态结构，在优化整体润滑效果的同时，避免其中产生传统珩磨工艺中出现的混合摩擦问题[6]。

4  结论

在近年来的发展进程中，各种现代化科学技术都得到了较为完善的发展优化，而激光加工技术作为一种先进的技术手段，其对于发动机工作的各项基本性能方面都起到了明显的提升作用，不仅能够进一步降低润滑油的排放量以及消耗量，还可以减少所产生的摩擦力，在提升基本功率比的同时，降低内部燃料的整体消耗量，以此来提升三元催化器的使用寿命。因此，这就需要在气缸套内表面中科学合理的应用激光造型珩磨技术，有效减低承载部位的粗糙程度，并优化内部储油结构的基本形态以及尺寸。

参考文献：

[1]邓春华.大型柴油机气缸套内孔油槽的加工[J].内燃机与配件，2021（08）：104-105.

[2]汤海彦.尺寸链在气缸套加工中的应用[J].内燃机与配件，2020（05）：118-119.

[3]赵立刚，黄洪岭，赵娜.一种新型气缸套仿形探伤机构的研发[J].科技经济导刊，2019，27（25）：68.

[4]张竞.气缸套高效激光加工及检测关键技术的开发与应用.河南省，河南省中原华工激光工程有限公司，2018-11-30.

[5]吴后吉，郭伟科，殷术贵，梁兴雨.缸套内表面网纹对活塞环润滑性能影响研究[J].机床与液压，2020，48（23）：155-159.

[6]王勇，杨广宁，张红菊.气缸套内孔表面珩磨质量评估[J].内燃机与配件，2018（07）：122-123.