发动机缸孔珩磨工艺与表面形貌及摩擦性能的关联规律研究

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汽车发动机最关键的摩擦副是缸孔-活塞环,其摩擦性能、运行状态显著影响发动机的质量、动力输出特性及维护周期。珩磨是缸孔最终精度形成的工序及缸孔工作表面最重要的精密制造技术。作为一种磨粒加工工艺,能够有效提高汽车发动机缸孔尺寸与几何形状精度以及表面质量。本文以提高汽车发动机缸孔在微量润滑条件下的摩擦性能为目的,通过仿真建模和实验研究,探究发动机缸孔精加工过程中珩磨工艺参数与缸孔表面纹理形貌、缸孔表面的润滑油浸润状态、缸孔-活塞滑动摩擦性能之间的关联关系。论文的主要工作和研究结果如下:基于油石尺寸-磨粒分布状态-珩磨工艺参数的缸孔表面珩磨纹理织构仿真分析,建立了油石运动学模型,用以进行油石长宽尺寸、珩磨头圆周方向上的油石数量、油石单个上下冲程转过的角度三者之间的参数匹配,同时保证缸孔珩磨加工的表面既不出现遗漏区域(保障完整性),又不出现重复加工区域(避免重复性),防止珩磨加工过程对缸孔形状精度产生不利影响。此外,基于油石颗粒几何与分布特征以及缸孔珩磨法向载荷,对磨粒切深进行了预测计算。为珩磨工艺参数的选择与规划提供理论依据。基于响应面法建立了缸孔珩磨表面粗糙度与珩磨工艺参数的关联模型,实现了表面粗糙度要求的珩磨工艺参数规划。设计了专用缸体夹具,采用SUNNEN SV-2410型立式珩磨机进行了铸铁材料的四缸发动机缸孔珩磨加工工艺实验。采用基于轮廓支撑长度比率的Abbott-Firestone曲线特性参数(Rpk,Rk,Rvk,Mr1,Mr2)表征缸孔表面的几何特性。通过方差分析检验表面几何特性的各表征参数关于珩磨参数回归模型的显著性,进而筛选模型。利用预测模型,根据缸孔表面加工要求,反求出珩磨加工参数,形成“工艺实验-预测模型-工艺规划”的珩磨加工工艺参数规划方法。基于多元统计分析的缸孔表面几何特性与摩擦性能关联规律研究。实验研究了发动机缸孔珩磨表面的润滑油浸润扩散性能;设计了缸孔-活塞在边界润滑条件下的摩擦性能实验装置。通过相关系数,研究表面几何参数对缸孔表面摩擦性能的影响。采用多元线性回归模型,拟合了缸孔表面几何特征与摩擦性能实验数据。基于相对权重法确定表面几何参数对缸孔表面摩擦性能的相对重要性。结果表明,对缸孔表面润滑油浸润性影响最为显著的表面几何特性参数,为反映缸孔正常磨损段的支撑高度参数Rk;对缸孔与活塞滑动摩擦系数影响最为显著的表面几何特性参数,是反映缸孔表面磨损后期的存油波谷参数Rvk;缸孔表面的润滑油浸润性和摩擦系数与反映缸孔表面形貌中波谷和支撑面比例关系的Mr2皆成正相关。研究结果为发动机缸孔表面基于润滑与摩擦性能的粗糙度参数控制提供了技术指导。本文进行了汽车发动机缸孔珩磨加工工艺实验与表面几何特性测试表征以及缸孔珩磨表面的润滑油浸润实验,设计并进行了缸孔表面与活塞柱面的边界润滑摩擦实验;通过基于响应面法的缸孔珩磨表面粗糙度与珩磨工艺参数的关联关系建模,基于多元统计分析的缸孔表面几何特性与摩擦性能关联规律研究,为面向摩擦学性能控制的珩磨工艺规划提供了系统性的技术方法。
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