激光表面微造型

發(fā)動(dòng)機(jī)是摩托車的核心部件，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)通用汽車公司生產(chǎn)的汽車底盤上有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]。汽車的外殼、車門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)第一汽車廠已采用該技術(shù)對(duì)汽車大型拉延成形件進(jìn)行激光切割和修邊處理。

摩托車板式車架是由左、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?、拉延、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。