一種車身表面激光沖擊造型減阻的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車非光滑表面加工領(lǐng)域，具體涉及一種車身表面激光沖擊造型減阻的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)道路交通運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展和汽車的普及，汽車總數(shù)量在快速的增長(zhǎng)，能源消耗大幅增加，與此同時(shí)，環(huán)境問(wèn)題也日益嚴(yán)峻。據(jù)相關(guān)資料顯示，到2014年底，汽車用汽柴油消費(fèi)占全國(guó)汽柴油消費(fèi)的比例已經(jīng)達(dá)到55%左右。當(dāng)汽車車速超過(guò)60km/h，用于克服空氣阻力的功率和燃油消耗占行駛總功率和燃油消耗30%?40%。因此，降低汽車行駛過(guò)程中的空氣阻力是降低成本，增加燃料利用率的重要方法。
[0003]傳統(tǒng)的汽車減阻主要是采用流線型車身設(shè)計(jì)、加裝導(dǎo)流裝置、加裝噴射裝置、降低車身迎風(fēng)面積等方法。通過(guò)流線型車身設(shè)計(jì)達(dá)到減阻是人們較早采用的方法，一直沿用至今。后來(lái)又有提出加裝導(dǎo)流裝置通過(guò)用光滑底板、前阻風(fēng)板和輪軸以及凹窩等局部細(xì)化，在前端偏下部位預(yù)置前阻風(fēng)板、在尾部加裝繞流條，來(lái)達(dá)到改善汽車氣動(dòng)性能，減少氣動(dòng)阻力。加裝噴射裝置通過(guò)在車輛尾部使用均勻的氣流噴射裝置、在尾渦中心位置裝一個(gè)氣體噴射裝置來(lái)達(dá)到減阻的目的。目前關(guān)于這些方面的研究已經(jīng)很成熟了，甚至達(dá)到了研究瓶頸的階段。近年來(lái)，仿生技術(shù)得到了快速發(fā)展，研究表明利用生物體非光滑表面減阻的特性應(yīng)用于汽車車身的方法是可行的。國(guó)內(nèi)外對(duì)非光滑車身減阻的效果和原理的研究較多，而對(duì)車身非光滑表面的加工方法很少。中國(guó)專利“申請(qǐng)?zhí)?201320512969.8”報(bào)道了一種湍流減阻貼膜，將減阻膜覆蓋在汽車的表面，通過(guò)改變壓力差來(lái)降低氣動(dòng)阻力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種車身表面激光沖擊造型減阻的方法，以減小車身的摩擦阻力，達(dá)到減阻效果，改善汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種車身表面激光沖擊造型減阻的方法，利用激光沖擊技術(shù)在車身表面加工出半球形凹坑，通過(guò)凹坑改變氣流從而達(dá)到減阻效果O
[0006]一種車身表面激光沖擊造型減阻的方法，包括以下步驟:
[0007]I)首先，將汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)前罩蓋、車身頂蓋和后備箱蓋進(jìn)行拋光處理，然后清洗干凈并干燥，在其表面均勻噴涂黑漆作為能量吸收層，在能量吸收層上設(shè)有約束層；
[0008]2)其次，將待加工表面固定在工作臺(tái)上，設(shè)置激光器參數(shù)，激光器發(fā)出的激光束經(jīng)透鏡聚焦在車身表面；
[0009]3)然后，通過(guò)數(shù)控控制移動(dòng)工作平臺(tái)，利用激光器在汽車表面加工出一系列凹坑陣列。
[0010]4)最后，除去車身表面殘留的黑漆，清洗干凈并干燥。
[0011]作為優(yōu)選，步驟I)所述黑漆吸收層厚度為0.1mm的，約束層為3mm的流水。
[0012]作為優(yōu)選，步驟2)中激光器參數(shù)分別是，波長(zhǎng)為1064nm，能量O?12J，脈沖寬度為10ns，重復(fù)頻率I?5Hz，激光經(jīng)聚焦后在基材表面的光斑直徑為3?8mm ;
[0013]作為優(yōu)選，步驟3)中的凹坑直徑在0.6?3mm，凹坑深度0.1?1mm，相鄰的凹坑之間相距為2謹(jǐn)?ICtam0
[0014]有益效果:本發(fā)明的車身表面激光沖擊造型減阻的方法，利用高能量、短脈沖的強(qiáng)激光作用于汽車表面，覆蓋在表面上的吸收層吸收激光能量而汽化，汽化后的蒸汽急劇吸收激光能量形成等離子而發(fā)生爆炸，并產(chǎn)生動(dòng)量脈沖，在約束層的作用下向材料內(nèi)部傳播強(qiáng)沖擊波，利用沖擊波的沖擊力作為材料的塑性變形力，實(shí)現(xiàn)材料表面的塑性變形，可以在車身表面產(chǎn)生規(guī)則的凹坑造型。采用激光沖擊表面造型技術(shù)，不僅可以在表面產(chǎn)生有益的殘余壓應(yīng)力提高材料的強(qiáng)度，而且凹坑可以改善汽車表面氣流的流向。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的車身激光沖擊加工示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的凹坑陣列主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明的凹坑陣列俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0019]—種車身表面激光沖擊造型減阻的方法，所采用車身模型的是與實(shí)車模型按比例縮小的鋁合金板材，實(shí)施例以處理車身頂蓋5為例，其加工裝置如圖1所示，包含激光器I和聚焦透鏡3，激光器I發(fā)射的激光束2通過(guò)聚焦透鏡3照射在待處理的車身頂蓋5上，包括以下步驟:
[0020]I)首先，將汽車的車身頂蓋5進(jìn)行拋光處理，然后清洗干凈并干燥，在其表面均勻噴涂厚度約為0.1mm的黑漆作為能量吸收層，在能量吸收層上設(shè)有3_厚度的流水4作為約束層；
[0021]2)其次，將待加工車身頂蓋5固定在工作臺(tái)7上，設(shè)置激光器I參數(shù)，波長(zhǎng)為1064nm，能量O?12J，脈沖寬度為10ns，重復(fù)頻率I?5Hz，激光經(jīng)聚焦后照射在車身頂蓋5表面的光斑直徑為3?8mm ；
[0022]3)然后，通過(guò)數(shù)控控制移動(dòng)工作平臺(tái)7，利用激光器I在汽車表面加工出一系列凹坑陣列6。通過(guò)數(shù)控編程，設(shè)計(jì)微凹坑陣列分布情況，凹坑陣列分布為矩形分布，如圖2和圖3所示，每個(gè)凹坑間距L為2.5mm，微凹坑形狀為小半球形，凹坑直徑D為1.8?2mm，凹坑深度H為0.6?I謹(jǐn)；
[0023]4)最后，除去車身表面殘留的黑漆，清洗干凈并干燥。通過(guò)對(duì)光滑車身和非光滑車身進(jìn)行CFD分析和風(fēng)洞試驗(yàn)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)非光滑表面的凹坑會(huì)對(duì)氣流產(chǎn)生影響，減阻率達(dá)到5.
[0024]在步驟(3)中，首先加工一排凹坑后，再進(jìn)行下一排凹坑的加工，直到加工完成。
[0025]本發(fā)明利用激光沖擊技術(shù)在汽車車身表面進(jìn)行凹坑造型。激光沖擊后帶來(lái)的微觀組織強(qiáng)化、表面硬度的提高以及有益的殘余壓應(yīng)力分布，可以顯著提高車身材料表面的強(qiáng)度。而產(chǎn)生的凹坑型非光滑表面能夠改變近壁面氣流的流動(dòng)狀態(tài)，在凹坑底部形成類似于球形小渦，將氣一固表面滑動(dòng)摩擦阻力轉(zhuǎn)化為流層滾動(dòng)摩擦阻力，從而使得氣動(dòng)阻力減小。
[0026]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種車身表面激光沖擊造型減阻的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)前罩蓋、車身頂蓋和后備箱蓋進(jìn)行拋光處理，然后清洗干凈并干燥，在其表面均勻噴涂黑漆作為能量吸收層，在能量吸收層上設(shè)有約束層； 2)將待加工表面固定在工作臺(tái)上，設(shè)置激光器參數(shù)，激光器發(fā)出的激光束經(jīng)透鏡聚焦在車身表面； 3)通過(guò)數(shù)控控制移動(dòng)工作平臺(tái)，利用激光器在汽車表面加工出一系列凹坑陣列。 4)除去車身表面殘留的黑漆，清洗干凈并干燥。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車身表面激光沖擊造型減阻的方法，其特征在于:所述的步驟I)中，黑漆厚度為0.1mm,約束層為水，厚度為3mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車身表面激光沖擊造型減阻的方法，其特征在于:所述的步驟2)中，激光器為固態(tài)激光器，波長(zhǎng)為1064nm，能量O?12J，脈沖寬度為10ns，重復(fù)頻率I?5Hz，激光經(jīng)聚焦后在基材表面的光斑直徑為3?8_。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車身表面激光沖擊造型減阻的方法，其特征在于:所述的步驟3)中，單個(gè)凹坑形狀為小半球形，凹坑直徑在0.6?3mm，凹坑深度0.1?1mm，相鄰的凹坑之間相距為5_?10_。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種車身表面激光沖擊造型減阻的方法，具體步驟如下：首先對(duì)車身表面進(jìn)行拋光處理，然后在其表面均勻噴涂吸收層材料，流水作為約束層，激光器發(fā)出的激光束經(jīng)透鏡聚焦在車身表面，最終在車身表面加工出一系列凹坑陣列。本發(fā)明的車身表面激光沖擊造型減阻的方法，利用高能量、短脈沖的強(qiáng)激光作用于汽車表面，覆蓋在表面上的吸收層吸收激光能量而汽化，汽化后的蒸汽急劇吸收激光能量形成等離子而發(fā)生爆炸，并產(chǎn)生動(dòng)量脈沖，在約束層的作用下向材料內(nèi)部傳播強(qiáng)沖擊波，利用沖擊波的沖擊力作為材料的塑性變形力，實(shí)現(xiàn)材料表面的塑性變形，可以在車身表面產(chǎn)生規(guī)則的凹坑造型。
【IPC分類】B23K26/352, B23K26/18
【公開號(hào)】CN105108334
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510615557
【發(fā)明人】樊玉杰, 戴毅斌, 郭二彬, 崔鵬飛, 唐德業(yè)
【申請(qǐng)人】江蘇科技大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月24日