车辆光束定型的定理和在构架细作业时的践行

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激光造型的基本原理及在缸孔精加工中的应用激光造型作为一种新工艺，直到21世纪初才在其诞生地汽车工业强国德国的少数企业得到实际应用，但在用于发动机汽缸体缸孔和连杆大头孔精加工等关键工序的实践中，通过改善配合面的工艺性能、有效提升产品的质量和可靠性，已经充分显示了这种先进技术的很大优越性。近年来，这一先进的制造技术在欧洲汽车发动机业界的应用日益增多，并自2009年开始，进入了国内的主流汽车发动机生产企业，展现了它十分广阔的市场前景。

简单地说，这项新技术就是利用激光头所发出的数控激光束在被加工表面制作出符合事先设定要求的表面微观结构的一种工艺方法。在实施表面造型的加工过程中，高能量的光束将有部分被工件表面反射，部分则被吸收，被吸收的光束能在瞬间将材料加热并使之达到气化状态。这种“激光刀”产生的光束的切削能力取决于脉冲频率、功率、开关时间和进给速度等。由于温度升高是瞬间产生的，并且具有很高的能量聚集密度，因此光束只在一个有限的局部做瞬间切削，工件材质的特大众动力总成（上海）有限公司（201805）朱正德激光造型用于工件精加工的新工艺缸壁摩擦副表面的“平台结构”

在中，利用自最高峰顶向下1μm的截线c分别与a和b表面微观结构相交后的情况，可以清晰地看到，后者的耐磨性要高得多，且同时具有相当充分的储油能力。此构造保证有足够的润滑剂在摩擦副表面贮存，润滑剂能将两个摩擦副表面完全的分离，以及做到在任何运行状态下磨损最小。其机理是润滑油由于特殊的工件表面微观形态结构将能在表面驻留很长时间，并形成流体动态压力。理想状态下，在润滑剂和施载体、性不会由此而产生变化。另外，粘结在工件表面上的切削液残余物将被蒸发或燃烧，也不会影响到激光束切削的质量。激光造型设备的数控系统能驱使用于缸孔精加工（见）的激光头做上下和旋转运动，并对激光束的开关时间和能量进行相应的控制，从而可获得有着不同要求的工件内表面的微观结构。因此，用户利用这种先进的制造技术就能在工件表面产生可控的微观形貌。

缸孔造型设备激光头（左）及工作示意但对于缸孔精加工而言，在引入了这项新技术后，并未摒弃之前采用的珩磨工艺。事实上，此时的精加工将由三道工序组成：粗珩、激光造型和精珩。粗珩的目的是使孔的形状和尺寸达到一定的精度，以能满足进行下道工序的要求，这之后才执行激光造型。经过这一道新工艺精加工后，由于往往会使表面形成的沟槽两侧存在明显的熔堆，而为了去除这些衍生的粘接熔堆和氧化物，以获得一个较低表面粗糙度值的平台结构表面，这样就必须再有一道精珩加工，以能最终得到一个理想的表面构造。在缸孔内表面精加工中引入激光造型工艺的根本目的是为了得到一个可控的、适量而又充足的微观结构，以使机油有较长的驻留时间和良好的流体动态压力。为此，一般选择采用规整、均匀的沟槽方案，具有交错断续或交叉点坑的分布特征。是常选的三种沟槽构造形式：袋状a、杯状b和块状图3c.上述结构的一个共同点是无交叉、不连通，各沟槽相互之间没有任何联系，能有效存储润滑油而不易流失，便于形成均匀油膜，使摩擦副处于流体润滑状态。

由此，既保证了足够的润滑，又阻止了过多的机油窜入燃烧室，还可减少应力影响，对改善摩擦性能有很大好处。

（a）（b）（c）三种常选的沟槽造型结构示意相比之下，传统珩磨工艺在缸孔内表面形成的往往就是相互连通的网状沟槽结构，且表面粗糙度又“粗”，导致储油量偏多。而采取激光造型工艺的结果是使润滑油的消耗量会有较大幅度的减少，关系到环保的指标，如颗粒物排放和油粒排放则有明显降低。

是采用这项新颖工艺加工的缸孔的实况，从图中可见，真正实施激光造型的只是位于承受高负载的缸孔上止点附近进行的区域，以保证活塞环在该区域受到高负荷时的良好润滑。其实是汽车已运行十万多公里、再拆卸后的缸壁表面情况，在图中，无论是造型形成的规则沟槽，还是下部珩磨加工的网纹都清晰可见。这也说明了利用激光造型技术可使磨损大幅度降低，从而延长发动机的使用寿命。

连杆大头孔的激光造型加工不同于上述活塞环缸壁（缸孔内壁或缸套内壁）这组摩擦副，在发动机活塞连杆曲轴运动机构中，与曲轴中的连杆轴颈组成运动摩擦副，并非直接是连杆大头孔的内壁，而是一对（两半组成）轴瓦。因此，连杆大头孔不同于之前研究的缸孔，其内壁和轴瓦乃是紧紧地贴合在一起，两者之间不仅没有高频次的相对运动，而且还要求在传递高负荷的转矩时竭力避免出现滑动，那怕是很小的错移，以免影响发动机的运行。

为此，长期以来在产品结构和工艺上，采取分别在两片轴瓦和分体的两半连杆体上加工止口的方法，以防止产生滑移现象。这已是很成熟的制造技术，沿用至今。

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