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表面织构“分区异化”设计与激光精微加工技术及装备

摩擦功耗和磨损失效对机械装备可靠性、使用寿命和节能减排等影响巨大。在机械系统的运动副表面，存在与其工作性能要求优化匹配的表面微结构形貌。然而，传统机加工方法所形成的表面微结构形貌，具有随机、无序和不可控的特点。因此，为解决表面微观形貌的主动设计与制造问题，提出机械零件表面“分区异化”织构主动设计方法，建立考虑零件表面区域摩擦学特性时空差异效应的摩擦学理论模型，运用自主开发的数值计算模拟软件，结合关键摩擦学性能验证试验，确定表面织构主动设计准则和优化设计方案，并形成相应的设计专家库系统。提出“单脉冲同点间隔多次”激光精微加工新工艺，能最大程度地减小热效应的负面影响，实现高效、优质、可控的织构形貌精微加工；发明“激光诱导冲击映射表面微成形技术”，获得无损、凸凹复合和强化耐磨的表面形貌，实现对表层材料改形和改性的双重效果。研制了柔性激光精微加工装备，实现缸套、凸轮轴和机械密封等零件表面激光微织构加工；研制了四缸发动机缸体激光微织构生产设备，攻克激光控制系统与 CNC 数控系统兼容难题，满足产业化效率和稳定性需求；研制了镜面与精饰双功能机械珩磨专机，实现主轴旋转往复运动、速度、张力的在线检测反馈伺服控制，满足缸孔表面加工要求。形成了发动机低摩擦技术、模具复合织构技术和零泄漏非接触机械密封技术。