激光表面微造型

發(fā)動(dòng)機(jī)是摩托車(chē)的核心部件，研究表明：因摩擦造成的發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失占摩托車(chē)機(jī)械功率損失的 80%，其中潤(rùn)滑部件的摩擦損失占整個(gè)摩擦功率損失的 50%～60%. 缸套-活塞環(huán)是摩托車(chē)最主要的摩擦副，它的潤(rùn)滑問(wèn)題，一直是學(xué)者研究的熱點(diǎn)。 近 30 年來(lái)，人們發(fā)明了各種減少缸套-活塞系統(tǒng)摩擦損失的工藝，其中，激光表面微造型因速度快、無(wú)污染、可控性好，能顯著減少摩擦、磨損而成為一種比較有前景的加工手段。

五邑大學(xué)研究了分布均勻的拋物面形的激光微造型的摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸套的內(nèi)表面摩擦狀況，并建立相應(yīng)的潤(rùn)滑理論模型；運(yùn)用流體潤(rùn)滑理論對(duì) 4×4 微造型單元進(jìn)行分析，研究活塞環(huán)與缸套間的流體動(dòng)壓和油膜厚度分布規(guī)律，驗(yàn)證激光微造型在潤(rùn)滑減磨方面的功效，并為摩托車(chē)缸套-活塞環(huán)摩擦面微造型優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 圖1為五邑大學(xué)開(kāi)發(fā)的激光表面微造型設(shè)備。

圖1 激光表面微造型設(shè)備

激光表面微造型不僅可以減少缸套-活塞系統(tǒng)摩擦損失，調(diào)整合適的激光參數(shù)，也可以增加摩擦效果。在實(shí)際應(yīng)用中，滑動(dòng)摩擦副有兩種不同的關(guān)系，即配合關(guān)系摩擦副與非配合關(guān)系摩擦副!對(duì)于配合關(guān)系的摩擦副( 如活塞與氣缸之間的摩擦) 而言，研究的主要目的是減少相互之間的摩擦作用以提高使用壽命。對(duì)于非配合關(guān)系的摩擦副( 諸如拉伸模具與軋輥等表面接觸條件) 而言，其摩擦在一定的條件下起到促進(jìn)工作的作用，比如在拉伸模具中，凸模與工件內(nèi)壁之間的摩擦"凸模圓角與工件之間間的摩擦使毛坯緊壓在凸模上，使拉伸變得更容易，屬于有益摩擦力，再如軋制設(shè)備中的軋輥表面與板之間的作用也有類似的作用。對(duì)這個(gè)問(wèn)題的研究目前主要以激光毛化加工的形式進(jìn)行，但對(duì)利用激光微造型增摩的研究還處于起步階段。五邑大學(xué)利用激光微造型技術(shù)處理加工工件表面，以激光技術(shù)在工件表面加工出改善表面摩擦特性的微細(xì)結(jié)構(gòu)，研究激光造型對(duì)摩擦作用的影響。試驗(yàn)表明，該方法對(duì)改善運(yùn)動(dòng)表面摩擦性能有顯著成效。

激光切割技術(shù)

激光切割（Laser Cutting）技術(shù)應(yīng)用極為廣泛，在激光材料加工所占比例超過(guò)50%。而相對(duì)于CO2激光器的加工，切割比例高達(dá)80%，與傳統(tǒng)的沖裁和其他切割方法相比，激光切割有以下優(yōu)越性：1）與CAD/CAM相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)高效自動(dòng)化切割生產(chǎn)，并可整張排料，節(jié)約材料；2）當(dāng)切割件形狀發(fā)生變化時(shí)，激光切割不要象沖裁工藝那樣需重新制造或更換模具，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，在批量小于5000件時(shí)，用激光切割代替沖裁具有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)效益；3）可切割一般方法難以切割的各種高硬度、高熔點(diǎn)的金屬、非金屬以及硬質(zhì)、脆性、粘性材料和薄壁曲面；4）激光切割較其他傳統(tǒng)切割方法具有切口窄（一般為0.15mm左右）、速度快（每分鐘可達(dá)幾米甚至10多米）、切割面光潔（粗糙度達(dá)Ra10m級(jí)）、熱影響區(qū)小、熱變形很小、能實(shí)現(xiàn)精細(xì)切割（尺寸精度可達(dá)mm）。激光切割厚度由激光器功率和所切割的材料性質(zhì)等因素決定，當(dāng)使用2KW的CO2激光器切割碳鋼時(shí)，最大厚度可達(dá)22mm。

早在1974年美國(guó)福特公司采用了一臺(tái)400W激光切割機(jī)，將過(guò)去用剪切沖裁方法每小時(shí)只能生產(chǎn)10個(gè)的零件提高到每小時(shí)生產(chǎn)120件。1978年美國(guó)一公司用2.5KW激光切割器加工燃?xì)廨啓C(jī)上一零件取得成功，而這一零件原需精密落料沖床，所需模具每套價(jià)格達(dá)10萬(wàn)美元（1978年價(jià)格）。美國(guó)通用汽車(chē)公司生產(chǎn)的汽車(chē)底盤(pán)上有89個(gè)不同的孔位，用常規(guī)方法很復(fù)雜，采用激光加工可一次切割出全部孔，即簡(jiǎn)化工藝又節(jié)省了模具費(fèi)用。歐州Citroen使用光纖把350W的YAG激光器與6軸機(jī)器人聯(lián)成一系統(tǒng)，可以很方便地進(jìn)行任意三維空間的材料切割。80年代后期，用5軸聯(lián)動(dòng)的激光切割機(jī)對(duì)沖壓拉延件進(jìn)行修邊處理，將手工修邊需12~14小時(shí)才能完成的工作減少到12分鐘完成，而且質(zhì)量好、無(wú)毛刺[15]。汽車(chē)的外殼、車(chē)門(mén)及其他形狀的金屬板件也可用激光一次切割出外廓和各種形狀的孔。特別是在車(chē)型不斷變化的小批量生產(chǎn)中，更有其優(yōu)越性。我國(guó)第一汽車(chē)廠已采用該技術(shù)對(duì)汽車(chē)大型拉延成形件進(jìn)行激光切割和修邊處理。

摩托車(chē)板式車(chē)架是由左、右側(cè)板焊接而成，材料為1.4mm的08AL薄鋼板。目前所采用的工藝順序?yàn)槁淞稀⒗?、切片一沖孔、修邊一沖孔、卷邊一翻孔。如采用激光切割技術(shù)可以取代落料工序，并可將切邊一沖孔和修邊一沖孔合為一道工序完成。此外摩托車(chē)前后檔泥板、油箱、鏈盒、左右護(hù)蓋等零件均可采用激光技術(shù)進(jìn)行落料和拉延成型后的修邊處理。摩托車(chē)坐墊所使用的是人造革如采用激光切割下料，效率極高。特別是在新款式摩托車(chē)外設(shè)計(jì)試制時(shí)，激光切割技術(shù)有極廣闊的應(yīng)用前景。