[发明专利]一种表面具有复合微形貌的发动机缸孔

说明书

技术领域

本发明属于内燃机领域，具体涉及一种表面具有复合微形貌的发动机缸孔。

背景技术

缸孔-活塞环摩擦副是发动机中典型的摩擦副之一，决定了发动机的使用性能和寿命，而缸孔表面的纹理结构又与发动机排放性能息息相关。以往，发动机缸孔加工普遍采用机械珩磨工艺，通过降低缸孔粗糙度，形成交叉平台网纹，改善缸孔-活塞环摩擦副间的润滑状况。近年来，随着特种加工，特别是高能激光加工技术的进步，出现了缸孔激光织构技术。它具有节能减排、高效加工、无刀具损耗和环境友好等优点，得到产业界关注。

CN200510116292公开了一种在工件承受摩擦负载面加工微槽结构的激光珩磨工具。该专利未提出加工前缸孔的表面要求，而事实上是非常关键的，且该专利激光加工位置的选取并没有考虑缸孔表面的磨损分布，针对性不足。此外，该专利中的微槽结构尺寸过大，无法形成微动压润滑效应。

不同于上述激光中提及的激光珩磨技术，缸孔激光织构技术是在缸孔表面加工大量密度、分布和深度都精确可控的圆形微凹腔阵列。CN201310266008公开了一种缸孔加工方法，该方法包括前处理、表面织构、后处理和检测。该专利在缸孔表面进行分区域的激光微织构加工，然而，其微织构形貌单一，并且为矩形阵列，表面微形貌的均匀性较差。

本发明根据缸孔-活塞环摩擦副的工作状态，在缸孔表面进行凹腔-短沟槽相复合的微形貌加工。所述凹腔和短槽的分布规则：凹腔为矩形阵列，即四个相邻凹腔的重心连线呈矩形，在矩形阵列内部，均有一个短槽，所述短槽的重心与所述矩形的中心重合。其中，凹腔发挥润滑效应，而短沟槽储存润滑油，两者使得微形貌分布更加均匀，并且在缸孔-活塞环摩擦副工作过程中形成均匀、连续的润滑油膜和动压润滑效应。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，而提供一种表面具有复合微形貌的发动机缸孔，解决发动机缸孔表面微凹腔阵列减摩技术中，加工效率低、易于出现由于表面支撑率下降导致的磨损、排放性能差的问题。

本发明的技术方案是：一种表面具有复合微形貌的发动机缸孔，所述缸孔表面具有复合微形貌阵列，所述复合微形貌包括凹腔A和凹腔B；

四个临近的所述凹腔A重心的连线呈矩形；

所述矩形内部有一个所述凹腔B，所述凹腔B的重心与所述矩形的中心重合。

上述方案中，所述复合微形貌的分布密度∈[5,25]％；

所述分布密度＝[凹腔A轮廓面积+凹腔B轮廓面积]/[周向间距M*轴向间距N]。

上述方案中，所述凹腔A的轮廓为圆形，所述凹腔A的直径∈[10,300]μm，所述凹腔A的深度∈[2,20]μm；

所述凹腔B的轮廓也为圆形，所述凹腔B的直径与所述凹腔A的直径相同，所述凹腔B的深度为所述凹腔A深度的1-4倍。

上述方案中，所述凹腔A的轮廓为圆形，所述凹腔A的直径∈[10,300]μm，所述凹腔A的深度∈[2,20]μm；所述凹腔B的轮廓为短槽，所述短槽由多个圆形凹腔重叠加工获得，所述凹腔B的长度L∈[50,1000]μm，所述凹腔B的宽度W与所述凹腔A的直径相等。

上述方案中，所述凹腔A的轮廓为短槽，所述凹腔A的长度W∈[50,300]μm，所述凹腔A的深度∈[2,10]μm，所述凹腔A的宽度L与所述凹腔B的直径相等；

所述凹腔B的轮廓为圆形，所述凹腔B的直径∈[10,100]μm，所述凹腔B的深度∈[6,20]μm。

进一步的，形成所述短槽的多个圆形凹腔中，后一个圆形凹腔与前一个圆形凹腔具有重叠区域；

所述重叠区域面积与后一个圆形凹腔的轮廓面积的比值为重复系数，所述重复系数∈[0.5,0.9]。

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获得；

所述高能激光束为脉冲激光，单脉冲能量为0.5-10mJ。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、通过高能激光束，在缸孔表面加工规则分布的所述凹腔A和所述凹腔B微形貌，所述凹腔A和所述凹腔B的轮廓为圆形或者短槽；具有复合微形貌的缸孔表面润滑性能更优，这是由于短槽具有更大的润滑油储存空间，在摩擦副表面相当于节点，更利于形成连续的润滑油膜，进而发挥周围凹腔的微动压润滑效应。

2、短槽的槽向与缸孔-活塞环摩擦副相对运动方向垂直，也能形成动压润滑效应。

3、由于存在中心短槽的增益效果，在缸孔表面加工的空体体积进一步减少，从而缸孔表面的机油蒸发减少，最终提升发动机整机排放性能。