[01276133]机械零件表面微织构的主动设计制造关键技术及装备

本项目属于机械制造工艺与设备领域，涉及激光表面制造技术。

摩擦损失和磨损失效是严重影响机械零部件长周期安全运行的关键因素，而摩擦磨损性能与零部件表面微观几何形貌密切相关。理论研究和工程应用均表明：合理设置表面形貌，是提升零部件工作性能的重要手段。

目前，零部件表面主要是传统机加工方法所形成的自然表面，其表面微形貌具有随机、无序和不可控的特点。因此，近年来主动设计、制造与表面性能要求优化匹配的表面微形貌，成为表面工程领域孜孜以求的目标。

因激光加工技术具有加工精度高、可控性强等独特优势，业已成为备受推崇的表面微加工主流技术。纵然如此，表面微加工仍面临三大共性技术的挑战：一是如何设计优化的表面微观几何形貌;二是如何精确可控地加工出预设的表面微结构;三是相关激光精微加工成套设备研制。

围绕上述三大共性技术，自世纪之交，本项目组在国家自科基金、国家重大科技成果转化项目、863计划和江苏省科技计划项目等资助下，遵循“理论→设计→加工→性能→装备→工程应用”研究思路，围绕表面形貌设计、精微加工工艺、装备研制与工程应用中涉及的重大理论与关键技术问题，进行了近20年艰苦探索和技术攻关，取得如下创新成果。

主要技术创新

关键共性技术： （1）分区异化织构主动设计方法：优化设计表面微形貌及分布，匹配机械系统综合性能要求; （2）“单脉冲同点间隔多次”激光精微加工工艺：实现高效、优质、可控的织构形貌精微加工; （3）激光冲击映射诱导表面微成形技术：获得无损、凸凹复合、强化的表面微形貌; （4）织构化表面的表征与测量：构建科学的织构表面表征参量体系，并提出简易快捷的测量方法。

成套系列装备：（1）柔性激光精微加工装备：实现缸套、凸轮轴、机械密封等零件表面激光微织构加工; （2）四缸发动机缸体激光微织构生产设备：攻克激光控制系统与CNC数控系统兼容难题，满足产业化效率和稳定性需求; （3）镜面与精饰双功能珩磨专机：实现主轴旋转和往复运动、速度、涨力的在线检测反馈伺服控制，满足缸孔表面加工特殊质量要求。

典型工程应用：（1）发动机：改善润滑、降低摩擦、减少机/燃油耗、降低排放; （2）模具：有效改善成形性能和提高模具使用寿命; （3）机械密封：解决苛刻工况机械密封功耗大、温升高和易泄露等问题; （4）切削刀具：切屑脱粘、抑制切削瘤、减摩、抗磨，提高切削质量、效率和刀具使用寿命。

项目成效

项目申请专利40件，其中授权发明专利20件，授权实用新型专利4件，获软件著作权1件，专利实施许可5件，专利许可费用共计430万元。

发表学术论文130多篇。项目成果在长安汽车、玉柴机器、一汽、常柴股份、扬州五亭桥、华青流体科技、永伟精密工具等多家企业得到推广应用。

据部分应用企业统计，近三年新增利润12210.06万元，新增税收12089.28万元。取得了良好的经济、社会效益，促进了机械加工技术的进步，推动相关制造产品向精细高端化发展。

相关工作应邀在《中国表面工程》封面进行了推广介绍。