發(fā)動(dòng)機(jī)、泵以及密封系統(tǒng)的使用壽命和性能受其負(fù)荷的影響很大。工業(yè)機(jī)器設(shè)備的運(yùn)動(dòng)零部件表面自始至終都處于摩擦狀態(tài)，磨損很快。而潤(rùn)滑劑只能延緩磨損的過(guò)程，但無(wú)法安全阻止。目前，位于德國(guó)亞琛的Fraunhofer生產(chǎn)技術(shù)研究所（IPT）和7個(gè)合作伙伴，共同研究一種減少高負(fù)荷條件下工作零部件表面摩擦的方法。

批量處理零部件表面結(jié)構(gòu)

　　該方法便是用激光將微結(jié)構(gòu)置入泵和密封件的運(yùn)動(dòng)接觸表面。這樣，運(yùn)動(dòng)的零部件表面光滑，相互摩擦減少。此外，潤(rùn)滑劑的分布將更加均勻。這樣，不僅降低了高負(fù)荷條件下工作零部件的磨損，并且提高了工作效率，降低了能源消耗。這個(gè)研究項(xiàng)目共有6個(gè)企業(yè)和兩個(gè)研究機(jī)構(gòu)參與，目標(biāo)是使高負(fù)荷條件下工作零部件的3D表面激光微結(jié)構(gòu)化方法能夠在零部件批量的生產(chǎn)中得到應(yīng)用。

　　德國(guó)IPT是該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)單位，其工業(yè)合作伙伴是德國(guó)激光生產(chǎn)廠家Edge Wave公司和零部件表面處理技術(shù)專(zhuān)家Helltec公司。

激光處理使工件表面結(jié)構(gòu)微量化

　　該項(xiàng)目的合作伙伴中6家生產(chǎn)廠家共同試驗(yàn)激光處理，使工件的表面結(jié)構(gòu)微量化，以改善高負(fù)荷條件下工作零部件的表面性能。西班牙工藝技術(shù)中心負(fù)責(zé)研究開(kāi)發(fā)出一個(gè)模擬的高負(fù)荷工作環(huán)境，以確定未經(jīng)激光處理的不同零部件表面的性能， 以便得出零部件進(jìn)行激光處理后表面結(jié)構(gòu)微量化的計(jì)算定律。如果能夠?qū)Ω哓?fù)荷條件下工作的零部件表面進(jìn)行激光處理實(shí)現(xiàn)批量作業(yè)，不僅僅是泵、發(fā)動(dòng)機(jī)和密封件生產(chǎn)廠家從中獲益，而且，該技術(shù)還可用于汽車(chē)、模型制作、食品、制藥、化工以及能源等工業(yè)領(lǐng)域。IPT提供了兩臺(tái)設(shè)備用于工件表面結(jié)構(gòu)微量化的研究，該設(shè)備帶有3D、短脈沖和超短脈沖激光機(jī)。

　　這兩臺(tái)設(shè)備是在5軸加工機(jī)床的基礎(chǔ)上研發(fā)的。為了對(duì)原有的5軸加工機(jī)床進(jìn)行改造， IPT與機(jī)床設(shè)備生產(chǎn)廠家密切合作。IPT在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)為5軸加工機(jī)床加裝激光源，以確定激光照射的形狀與導(dǎo)向。為進(jìn)行3D處理， IPT自行研發(fā)出了CAD/CAM試驗(yàn)環(huán)境。根據(jù)之前得到的幾何形狀數(shù)據(jù)，該軟件能夠計(jì)算出進(jìn)入加工機(jī)床的激光束軌跡，激光束軌跡的數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)的控制器接收。

　　為了使高負(fù)荷工作條件下零部件的摩擦機(jī)理達(dá)到最佳化，這種激光處理技術(shù)將會(huì)得到越來(lái)越普遍的運(yùn)用。如在內(nèi)燃機(jī)上便達(dá)到了減少零部件磨損和降低能耗的良好效果。該研究項(xiàng)目在液壓領(lǐng)域的研究工作也得以推進(jìn)，降低了對(duì)高負(fù)荷工作條件下的液壓零部件表面的磨損。在以往研究工作中，激光處理使工件表面結(jié)構(gòu)微量化的成果已得以顯現(xiàn)。

 激光處理技術(shù)減少內(nèi)燃機(jī)和泵的零部件磨損

　　IPT研發(fā)的激光處理技術(shù)可以改善各種材質(zhì)零部件的磨擦情況，后續(xù)的研究證明，激光處理技術(shù)可提高泵的潛在生產(chǎn)效率。IPT與其工業(yè)合作伙伴對(duì)泵的高負(fù)荷零部件表面進(jìn)行了激光處理，在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)裝置上進(jìn)行試驗(yàn)，如在軸向活塞表面置入微量結(jié)構(gòu)，以測(cè)試激光結(jié)構(gòu)微量化處理技術(shù)能否降低活塞與軸襯之間的摩擦。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)研究所(DIN)已將激光結(jié)構(gòu)微量化處理技術(shù)列入了“激光束熱摩擦”的標(biāo)準(zhǔn)章節(jié)。在這個(gè)程序中只使用脈沖激光束。采用激光結(jié)構(gòu)微量化處理技術(shù)時(shí)，脈沖持續(xù)時(shí)間小于100ps，處理后的零部件表面質(zhì)量?jī)?yōu)于脈沖持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的處理效果。

　　而每次脈沖對(duì)零部件表面磨損性能的改善較微弱，因此，需要最大的激光能量時(shí)，人們便采用超短脈沖激光機(jī)，激光能量范圍在100μJ以?xún)?nèi)。而現(xiàn)有的激光束源通常脈沖持續(xù)時(shí)間以毫微計(jì)算，激光能量為幾百毫焦耳。每次脈沖改善結(jié)構(gòu)件表面的磨損率通常會(huì)在一定程度上受較高的脈沖頻率的影響。研究結(jié)果表明，對(duì)鋼質(zhì)工件進(jìn)行激光結(jié)構(gòu)微量化處理時(shí)，宜使用持續(xù)時(shí)間以ps為單位的激光源，以毫微微秒為單位的激光源目前還在工業(yè)中應(yīng)用。