凹坑型微织构对不锈钢/皮质骨摩擦副摩擦性能的影响

采用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机研究了凹坑型微织构在微量润滑条件下对4cr13不锈钢/猪骨皮质骨摩擦副的滑动摩擦性能的影响.利用激光加工技术在4cr13不锈钢盘上加工出不同尺寸的凹坑型微织构.在相同载荷、转速情况下,分析有无微织构对摩擦副摩擦系数的影响,以及凹坑型微织构的直径、间距、深度对微织构减摩性能的影响.结果表明,在试验参数范围内,微织构参数中凹坑的间距对摩擦系数的影响最显著,深度次之,直径对摩擦系数影响最小.     

飞秒激光切割金属的表面粗糙度

为提高激光切割金属的表面质量,用不同工艺参数的飞秒激光单次切割厚度为100μm的铜箔,并采用弱激光表面修复加工方法,取单次切割后最低粗糙度约为694 nm的表面进行弱激光再扫描修复。研究结果表明:高能量飞秒激光切割金属存在热效应,扫描电镜显示表面有颗粒氧化物,实验得到再扫描修复加工的优化工艺参数为:再扫描进给深度为10μm,速度为100μm/s,单脉冲能量为50~100μJ。在最优条件下,再扫描1次的表面粗糙度达220~250 nm,再扫描3次的表面粗糙度小于130 nm。该方法能有效提高飞秒激光切割金属的表面质量。     

织构直径对45钢摩擦磨损性能的影响

用激光加工的方法在45钢表面加工4种直径分别为10μm、50μm、100μm、150μm的凹坑。以球-盘副在UMT-2型多功能摩擦磨损试验机上,考察凹坑直径在干摩擦和乏油条件下织构对45钢摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:在干摩擦条件下,平均摩擦因数随着凹坑直径的增大先增大后减小,在50μm时最大,为0.67;在乏油条件下,凹坑直径10μm时平均摩擦因数为0.15,明显小于其他试样。两种条件下织构面与未织构面相比均表现出更好的耐磨性。与无织构试样相比,织构化试样的磨损率均降低,干摩擦条件下凹坑直径越大磨损率降低越明显,乏油条件下凹坑直径对磨损率影响复杂。     

316L不锈钢表面微织构激光加工工艺参数

结合微织构对摩擦表面的减摩思想,基于套管电极的性能和材料,采用激光加工技术及正交实验法优化了纳秒激光对316 L医用不锈钢材料的加工工艺参数.将激光加工后的直线型沟槽的宽度和深度作为正交实验的2个指标,激光功率P、重复频率f、扫描速度v及扫描次数n作为正交实验的4种因素.实验结果表明:对于沟槽宽度,激光加工因素顺序为n...     

高电阻电极对微细电火花放电加工影响的研究

微细电火花放电加工过程中,由于单位脉冲放电的材料去除率(放电凹坑直径)决定了最小加工尺寸以及微细电火花加工的加工表面粗糙度,所以减少单位脉冲放电的材料去除率具有重要作用。为达到此目的,采用具有高电阻材料如单晶硅作为工具电极。分析结果显示,随着工具电极电阻提高,放电电流峰值逐渐降低,脉冲放电时间增加,放电能量减小。另外,研究并测试了硅电极加工不锈钢工件时电阻值对工件表面放电凹坑直径的影响。实验结果表明当硅工具电极电阻值提高时,放电凹坑直径逐渐降低;并达到最小值0.5μm;同时降低了工件表面粗糙度值0.03μm;提高了表面加工质量。     

飞秒激光在蓝宝石晶体表面加工微细结构的实验研究

由于蓝宝石晶体具有很高的硬度和耐磨蚀性,很难进行机械和化学腐蚀加工。笔者利用波长780 nm、频率1 kHz和脉冲宽度164 fs的飞秒脉冲激光在蓝宝石晶体表面进行了微细结构加工的实验研究。采用飞秒激光静态照射蓝宝石晶体表面,通过飞秒激光烧蚀孔的直径和脉冲能量的关系,计算了飞秒激光烧蚀蓝宝石晶体的两种烧蚀状态下的烧蚀阈值和有效烧蚀半径。通过直线扫描实验,在不同实验条件下在蓝宝石晶体表面加工微槽,获得微槽的宽度和深度与飞秒激光主要参数之间的关系。研究结果表明,微槽的加工表面可通过增加扫描次数而得到明显的提高,且扫描次数的增加对微槽的宽度和深度基本无影响。利用聚焦的飞秒激光束沿着轨迹扫描,在蓝宝石晶体表面加工出比较清洁的微小结构,可以为实现微结构的精密加工提供指导。     

织构化表面固体润滑性能试验

采用激光表面织构技术,在45#钢试样表面加工微凹坑形貌,将固体润滑剂MoS2压填至微凹坑内,利用UMT-2型多功能摩擦磨损试验机,考察其在不同载荷条件下,不同间距微凹坑试样的摩擦磨损特性,并通过扫描电镜与能量色散谱仪对磨损表面进行测试分析.结果表明:集成运用激光微织构技术与固体润滑技术,能有效提高表面润滑性能;与未织构光滑试样相比,激光表面织构试样摩擦系数显著降低;一定范围内,随着织构密度增加,表面摩擦系数减小,耐磨、抗擦伤性能明显提高,较佳的织构面积占有率为19.6%~30.0%;微凹坑中预埋的固体润滑剂在摩擦过程中能有效涂覆到试样接触表面,形成稳定可靠的固体润滑膜.     

硬质合金激光铣削工艺与机理研究

在分析脉冲激光铣削材料去除机理的基础上,系统研究了激光单脉冲能量、重复频率、激光束扫描速度和辅助吹气压力等工艺参数对硬质合金激光铣削量和质量的影响,观察不同工艺参数条件下激光铣削的表面微观形貌。通过激光铣削工艺分析,可利用较优的激光铣削工艺加工各种硬质合金试样。     

线接触副球墨铸铁表面激光织构对摩擦学特性的影响

为研究线接触情况下激光表面织构对球墨铸铁摩擦学特性的影响,采用调Q半导体泵浦YAG激光器,利用单脉冲同点间隔多次激光加工工艺,对球墨铸铁试样端面进行表面织构化处理.制备出4种不同深度、不同面积占有率的环形阵列分布微凹腔,并在滚滑复合运动的圆柱销与圆盘端面线接触式摩擦磨损试验机上,进行摩擦学试验.结果表明:在相同试验条件下,与光滑试样进行对比,微凹腔试样表面具有较好的减摩效果;对不同深度及面积占有率的微凹腔试样进行摩擦性能试验,结果显示:均存在优化设计值使得织构化表面的摩擦因数最小,并表现出良好的抗擦伤性能.     

激光冲压钛板小曲率成形技术研究

采用传统的工艺成形钛合金比较困难,因而探索钛合金板材成形的新工艺和新技术具有十分重要的意义。利用激光冲击波技术对钛合金板料进行了成形试验,所采用的激光波长为1.064μm,脉宽约23 ns,能量35 J左右,有效光斑直径为8 mm,脉冲的重复率为0.5 Hz。探讨了激光连续冲击条件下板料成形深度、成形轮廓与激光参数、约束边界条件和冲击路径之间的变化规律。研究结果表明,激光冲击路径不同,产生的最大变形量不同;受冲击区域表面光洁度有明显提高;随激光冲击次数的增加,板料塑性变形越大,成形深度越深。     

激光加工凹坑织构对赛龙表面润湿性的影响

为探究凹坑织构对表面润湿性的影响以及表面形貌与润湿性之间的关系,提高水润滑轴承材料表面的润湿性,以赛龙材料为研究对象,使用激光雕刻机在试样表面加工不同凹坑织构.使用接触角测量仪测量表面接触角,运用三维形貌仪和扫描电子显微镜对加工后表面形貌分别进行宏观和微观的测量及表征.选取ISO25178中部分三维参数分析表面形貌与润湿性之间的关系.建立凹坑织构几何模型,基于过渡理论分析凹坑形貌变化对表面接触角的影响机理.研究结果表明:合适的织构设计可以有效提高表面润湿性,减小接触角;织构直径和深度越大,材料表面的接触角越小;ISO25178三维参数体系中峭度、偏斜度与表面润湿性之间有较强的关联性,峭度越小,偏斜度越大,表面润湿性越好;表面接触角余弦值与粗糙度率的变化趋势一致,接触角随粗糙度率增加而降低;通过过渡模型建立了织构参数和接触角之间的函数方程,并通过拟合法对其进行了优化.     

脉冲态空化射流掩模电解加工试验研究

针对掩模电解加工金属表面微凹坑过程中存在的电解产物排出困难的技术问题,创新性地提出脉冲态空化射流掩模电解加工方法.为了研究该工艺的加工特性,设计了单个微凹坑和阵列微凹坑的加工工艺试验.研究了不同冲液类型、气液比例、气体脉冲频率对于微凹坑表面形貌的影响规律.试验结果表明,采用脉冲态空化射流式的冲液类型相比于传统的纯射流式更具优势,能加工出深径比更高的微凹坑结构;选择较高的气液比例和较低的气体脉冲频率有利于提高微凹坑的深径比;同时推论出脉冲态空化射流掩模电解加工的脉冲扰流与气蚀效应是电解产物及时排出的原因.该方法能够有效改善流场,是实现高效率、高均匀性的表面微凹坑结构的前提.     

渗氮处理对表面织构化钛在月壤介质中摩擦磨损性能的影响

为了提高钛在航天和航空等恶劣环境中的摩擦磨损性能和服役能力,利用激光表面加工技术在工业纯钛表面制备了不同点阵参数的微织构,采用低温离子渗氮技术对微织构进行渗氮处理,采用MS-T3000型摩擦磨损试验机评价了表面含微织构钛在模拟月壤介质中的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜和能谱仪分析钛的磨痕表面形貌及其元素含量.结果表明:渗氮处理能够大幅提高表面含微织构钛的减摩和抗磨性能,其摩擦系数的最大降幅为47.1%,磨损率的最大降幅达79.3%;表面微织构的点阵直径和点阵密度对未经渗氮处理钛的平均摩擦系数均有影响,而且点阵直径的影响更大;微织构的点阵参数对磨损率的影响不大;表面微织构的点阵密度对渗氮处理后钛的平均摩擦系数和磨损率的影响程度大于点阵直径和点阵深度.     

考虑粗糙度影响的表面织构最优参数设计模型

为考察表面粗糙度对织构表面摩擦学性能的影响,采用求解基于平均雷诺方程的表面织构润滑计算模型的方法,研究综合粗糙度和方向参数等对摩擦系数及最优织构参数的影响规律.结果表明:当织构表面具有横向粗糙条纹时具有较优的摩擦学性能表现;当综合粗糙度σ<0.5μm时,摩擦系数和最优织构深度不随综合粗糙度的变化而变化,当σ≥0.5μm时,摩擦系数和最优织构深度随粗糙度的增大而增大;最优织构直径随综合粗糙度的增大而增大,最优织构面积比与综合粗糙度之间不相关,最优织构参数不随方向参数的变化而变化.在仿真结果的基础上,建立考虑粗糙度影响时表面织构的最优参数设计模型,试验验证所建立的模型是合理的和正确的.     

分区异化织构缸孔表面形貌表征

针对激光分区异化织构缸孔技术缺少行之有效的表面表征方法的问题,提出基于分区域表征思想的表面表征体系.该体系表征参数分为4部分:织构区域参数表征分区异化织构方案,珩磨表面参数表征平台珩磨工艺形成的随机表面,形貌参数表征凹腔形貌的几何形态,直径相对误差参数和底部微观不平整度参数表征工艺质量.对上述表征参数进行推导计算,得到推衍参数,包括表征织构表面摩擦学性能的面积占有率参数、深径比参数和表征织构表面储油性能的空体体积参数.采用单脉冲同点间隔多次工艺制备分区异化织构的缸套试样,表征结果表明:上述参数能够准确客观地反映分区异化方案、表面摩擦学性能和织构工艺质量.     

轴向柱塞泵配流副低压区织构化试验研究

摘要为研究低压区织构化轴向柱塞泵配流副的摩擦磨损性能,设计了配流副的摩擦磨损试验机,对织构化配流副进行了试验研究,并与无织构配流副的摩擦磨损情况进行对比．研究结果表明：低压区织构化的配流副能够有效减小摩擦系数,最大减摩率可达29．11％;低压区织构化的配流副比无织构的平均磨损体积要小,且整个摩擦面磨损较为均匀,降低了配流副的偏磨．初步磨损试验表明：平均磨损体积量对表面织构面积率和直径较为敏感,最小平均磨损体积量出现在微凹坑直径100~200μm范围内．     

氧化锆陶瓷微尺度磨削表面质量试验研究

为提高氧化锆陶瓷零件微细加工过程中的加工表面质量,改善氧化锆陶瓷零件的使用寿命,采用0.9 mm磨头直径、500#磨粒的微磨棒对氧化锆陶瓷进行微尺度磨削三因素五水平正交试验.首先通过极差和方差分析,研究了磨削参数影响氧化锆陶瓷表面质量主次因素;其次优化出获得较低表面粗糙度值的工艺参数组合;最后通过单因素试验研究氧化锆陶瓷磨削表面粗糙度随磨削参数的变化规律.结果表明,磨削参数对表面粗糙度影响顺序依次为:磨削深度、进给速度、主轴转速;当主轴转速v_s=40 000 r/min,进给速度v_w=20μm/s,磨削深度a_p=3μm时,表面粗糙度最小;表面粗糙度随主轴转速增大呈先下降后上升的趋势,随进给速度和磨削深度的增大而增大.     

微凹坑形状对试件表面摩擦特性的影响

在试件表面分别加工圆形、正方形和椭圆形的微凹坑阵列,利用往复式摩擦试验法研究了微凹坑形状对试件表面摩擦特性的影响.结果表明:在固定的微凹坑面积及深度下,每种形状的微凹坑表面织构都存在一个最优的面积率,使得摩擦面具有最低的摩擦系数;通过比较各形状微凹坑最优面积率下的减摩效果,发现椭圆形微凹坑具有最好的减摩效果,在试验载荷...     

凹坑形非光滑表面的耐磨性分析及优化设计

利用两矩形块来模拟实际工程应用中的面-面摩擦副部件,基于ANSYS软件和APDL语言建立了具有正方形凹坑表面的参数化分析模型,采用单因素试验的方法,对凹坑边长、深度和间距对非光滑表面耐磨性的影响进行了有限元分析,为下一步磨损试验作指导。通过研究发现,凹坑表面在接触过程中产生更多的压应变能和弯应变能,从而缓释应力,提高表面耐磨性;随着凹坑边长和间距增大,凹坑表面耐磨性先增大后减小,随着凹坑深度增大,凹坑表面耐磨性逐渐增大;耐磨性最佳的形貌参数为:凹坑边长20μm,凹坑深度80μm,凹坑间距90μm.     

低速WEDM制备的微织构螺旋微铣刀的铣削实验研究

基于五轴低速走丝电火花线切割机床与回转机构相结合的加工方法，制备了后刀面具有微织构的螺旋微铣刀.建立了微织构螺旋微铣刀微刃单元的切削力理论模型，并开展微织构微铣刀与常规微铣刀的对比实验研究.结果表明:微织构螺旋微铣刀的切削力相对于常规刀具降低了30%~40%，相同加工条件下，微织构螺旋微铣刀所加工的表面粗糙度降低至0.745μm，而常规微铣刀所加工的表面粗糙度为1.130μm.