發(fā)動機、泵以及密封系統(tǒng)的使用壽命和性能受其負荷的影響很大。工業(yè)機器設備的運動零部件表面自始至終都處于摩擦狀態(tài)，磨損很快。而潤滑劑只能延緩磨損的過程，但無法安全阻止。目前，位于德國亞琛的Fraunhofer生產(chǎn)技術研究所（IPT）和7個合作伙伴，共同研究一種減少高負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構

　　該方法便是用激光將微結構置入泵和密封件的運動接觸表面。這樣，運動的零部件表面光滑，相互摩擦減少。此外，潤滑劑的分布將更加均勻。這樣，不僅降低了高負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。這個研究項目共有6個企業(yè)和兩個研究機構參與，目標是使高負荷條件下工作零部件的3D表面激光微結構化方法能夠在零部件批量的生產(chǎn)中得到應用。

　　德國IPT是該項目的負責單位，其工業(yè)合作伙伴是德國激光生產(chǎn)廠家Edge Wave公司和零部件表面處理技術專家Helltec公司。

激光處理使工件表面結構微量化

　　該項目的合作伙伴中6家生產(chǎn)廠家共同試驗激光處理，使工件的表面結構微量化，以改善高負荷條件下工作零部件的表面性能。西班牙工藝技術中心負責研究開發(fā)出一個模擬的高負荷工作環(huán)境，以確定未經(jīng)激光處理的不同零部件表面的性能， 以便得出零部件進行激光處理后表面結構微量化的計算定律。如果能夠對高負荷條件下工作的零部件表面進行激光處理實現(xiàn)批量作業(yè)，不僅僅是泵、發(fā)動機和密封件生產(chǎn)廠家從中獲益，而且，該技術還可用于汽車、模型制作、食品、制藥、化工以及能源等工業(yè)領域。IPT提供了兩臺設備用于工件表面結構微量化的研究，該設備帶有3D、短脈沖和超短脈沖激光機。

　　這兩臺設備是在5軸加工機床的基礎上研發(fā)的。為了對原有的5軸加工機床進行改造， IPT與機床設備生產(chǎn)廠家密切合作。IPT在試驗現(xiàn)場為5軸加工機床加裝激光源，以確定激光照射的形狀與導向。為進行3D處理， IPT自行研發(fā)出了CAD/CAM試驗環(huán)境。根據(jù)之前得到的幾何形狀數(shù)據(jù)，該軟件能夠計算出進入加工機床的激光束軌跡，激光束軌跡的數(shù)據(jù)由計算機的控制器接收。

　　為了使高負荷工作條件下零部件的摩擦機理達到最佳化，這種激光處理技術將會得到越來越普遍的運用。如在內(nèi)燃機上便達到了減少零部件磨損和降低能耗的良好效果。該研究項目在液壓領域的研究工作也得以推進，降低了對高負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構微量化的成果已得以顯現(xiàn)。

 激光處理技術減少內(nèi)燃機和泵的零部件磨損

　　IPT研發(fā)的激光處理技術可以改善各種材質(zhì)零部件的磨擦情況，后續(xù)的研究證明，激光處理技術可提高泵的潛在生產(chǎn)效率。IPT與其工業(yè)合作伙伴對泵的高負荷零部件表面進行了激光處理，在專門設計的檢驗裝置上進行試驗，如在軸向活塞表面置入微量結構，以測試激光結構微量化處理技術能否降低活塞與軸襯之間的摩擦。#p#分頁標題#e#

　　德國標準研究所(DIN)已將激光結構微量化處理技術列入了“激光束熱摩擦”的標準章節(jié)。在這個程序中只使用脈沖激光束。采用激光結構微量化處理技術時，脈沖持續(xù)時間小于100ps，處理后的零部件表面質(zhì)量優(yōu)于脈沖持續(xù)時間較長的處理效果。

　　而每次脈沖對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，人們便采用超短脈沖激光機，激光能量范圍在100μJ以內(nèi)。而現(xiàn)有的激光束源通常脈沖持續(xù)時間以毫微計算，激光能量為幾百毫焦耳。每次脈沖改善結構件表面的磨損率通常會在一定程度上受較高的脈沖頻率的影響。研究結果表明，對鋼質(zhì)工件進行激光結構微量化處理時，宜使用持續(xù)時間以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)中應用。