摘要: 在内燃机能量转化和传递过程中，由运动件之间摩擦造成的功耗占内燃机机械损失的60％以上，并且随着现代内燃机转速和扭矩的不断提高，摩擦功耗给内燃机性能带来的影响变得越来越严重。现代研究表明，高能量密度激光在摩擦副表面加工一些非光滑的凹凸... 展开 在内燃机能量转化和传递过程中，由运动件之间摩擦造成的功耗占内燃机机械损失的60％以上，并且随着现代内燃机转速和扭矩的不断提高，摩擦功耗给内燃机性能带来的影响变得越来越严重。现代研究表明，高能量密度激光在摩擦副表面加工一些非光滑的凹凸微观形貌可以有效减小摩擦系数，其加工质量和精度远远高于传统的机械珩磨技术，已经成为国内外学者研究的焦点。因此，通过激光微造型技术在缸套-活塞环摩擦副表面加工具有润滑减磨作用的微观形貌对降低内燃机机械损失有重要的意义。 本文首先采用自主研发的JDWZX-002新型激光表面加工装置，以45#钢作为加工材料，对较为复杂的微沟槽形貌进行工艺试验，通过比较VEECO轮廓仪测得的试验结果，得出了激光功率和扫描速度对微沟槽形貌尺寸（半径和深度）和加工质量的影响规律。在实验研究的基础上，采用ANSYS软件建立了激光与物质作用的有限元模型，提出一套全新的激光微造型数值模拟流程，实现了激光烧蚀过程中材料的去除过程和计算域的更新。边界条件采用试验实测的激光功率、能量分布以及加工工艺参数，模拟得出了激光功率、脉冲重复次数和扫描速度对加工材料温度场和加工形貌（微凹腔和微沟槽）的影响规律。对比试验和模拟结果，发现数值模拟得到的微观形貌的尺寸与试验值相差10％以内，从而说明了计算方法的正确性和准确性。最后，综合比较不同工艺参数下的加工结果，选出较为理想的一组作为内燃机缸套微凹腔加工参数，通过单缸柴油机速度特性试验，对比了原机和激光加工后内燃机的工作性能，发现激光加工后的内燃机的燃油消耗率、排气温度和烟度均低于原机各项值，由此得出，激光微凹腔加工技术可以降低内燃机机械损失。 收起