激光表面织构参数对乏油润滑下钢球-钢盘摩擦学性能影响

通过改变激光打标机的加工参数对微织构形貌进行优化改进，并利用可控气氛微型摩擦磨损实验仪研究乏油条件下表面微织构不同参数对其摩擦学性能的影响，用微机万能工具显微镜测试表面微织构形貌、磨斑直径、磨痕,并计算得到钢球磨损量。结果表明：当线间距取值0.01 mm，开光延时为-91 μs，关光延时为114 μs，结束延时为112 μs，拐角延时为97 μs时，加工的钢盘三角形微织构的形貌质量比默认参数时高；5个参数对表面微织构形貌〖JP2〗质量影响程度的先后顺序为：拐角延时＞开光延时＞关光延时＞线间距＞结束延时；在载荷8.82 N、转速400 r/min乏油润滑条件下，三角形织构摩擦因数和磨损量最小的参数组合为深度18~23 μm，尺寸150 μm，间距250 μm。表面微织构抗磨减摩机制是由流体动压效应、减小接触面积、提供“二次润滑”及收集并储存磨粒等多个机制共同作用的结果。     

微织构曲面的结合面的接触阻尼特性研究

研究微织构曲面结合面上的表面形貌参数对曲面结合面接触阻尼的影响。分析结合面阻尼来源,建立了结合面单个微凸体阻尼的数学模型。进一步的,以平面微凸体的分布密度函数为理论依据计算曲面接触微凸体的数量,并研究曲面结合面上织构密度、材料特性参数,以及施加的动态载荷的频率和幅值对接触阻尼的影响。经过研究及实例分析结果表明：织构密度越高,曲面结合面间的接触阻尼越小;随着材料特性参数的增大,法向接触阻尼越来越大;伴随振动频率加大,相同的载荷下接触阻尼逐渐减小;动态变形幅值越大,接触阻尼越大。     

织构化涂层刀具研究进展

表面织构和表面涂层都能有效改善刀具表面摩擦性能,若将表面织构和表面涂层相结合,利用表面织构的减摩特性与表面涂层的润滑特性以及两者之间可能存在的协同作用,有望进一步改善刀具切削性能。本文介绍了织构刀具、涂层刀具、织构化涂层刀具及其作用机制,并提出了有待进一步深入研究的问题。     

Koch雪花表面织构设计与高铁空气摩擦噪声分析

应用计算流体动力学理论和仿生设计方法,模仿雪花的分形结构,在高速列车车厢表面设计了Koch雪花表面织构,探求其对降低高速列车车体表面空气摩擦噪声的影响。采用非结构化混合网格和RNG k??模型求解可压缩N-S方程,基于宽频噪声源模型求解空气摩擦噪声分布。计算结果表明:在Koch雪花织构内部产生二次涡,大大降低了空气与高速列车表面的空气摩擦噪声。为了进一步探求表面织构对高速列车降噪的影响,设计了由两种不同尺度的Koch雪花基元交叉排列组成的确定性多尺度表面织构和由Koch雪花基元与圆坑基元交叉布置形成的确定性复合表面织构。结果表明,确定性多尺度表面织构的降噪效果要优于单一织构,而确定性复合表面织构的降噪效果不如单一表面织构中降噪效果较好的那种。     

冷轧2024铝合金织构的研究

２０２４铝合金是目前应用最广泛的宇航结构材料之一。本文利用反极图研究了退火铝合金冷轧过程中织构的变化。结果表明：退火铝合金具有｛１００｝和｛１１０｝织构，经冷轧后｛１００｝只构消失，只剩下｛１１０｝［１１２］织构，而且｛１１０｝［１１２］织构随进一步变形而加强。而且，随着组织的形成铝合金的显微硬度相应增加。     

织构排布方向对摩擦副摩擦性能的影响

织构具有减摩抗磨、提升油膜稳定性的作用,但常出现织构减摩作用不足的情况。这是由于织构定向润滑作用的存在,使得织构排布方向对减摩作用产生不同影响。采用仿真和试验方法,设计了混合摩擦条件下的摩擦磨损试验,以摩擦系数和磨损量作为评价标准,确定非对称织构的最佳排布方向。织构边缘与接触面摩擦方向夹角接近90°时减摩效率最高,比摩擦系数较夹角为0°时降低34%,磨损量降低78.43%。研究表明,在同参数同工况下,织构排布存在最优方向。丰富了织构化表面最优参数的设计体系,对织构的高效应用起到了理论指导作用。     

表面织构改善摩擦特性的研究进展

介绍了凸包形、凹坑形及凹痕形等表面织构形貌,并对表面织构的几种加工技术进行对比。通过分析表面织构在工业方面的应用实例,阐述了表面织构在不同润滑状态条件下的减摩理论:附加流体动压效应理论、二次润滑理论和俘获磨屑颗粒理论。重点讨论了织构形貌、面积密度、纹理尺寸和深径比及分布形式等参数对摩擦特性的影响。同时运行条件和润滑状态对摩擦特性也起主要作用,但并非所有的表面织构都可以改善摩擦学特性,只有具有合适参数的表面织构在合适的运行条件和润滑状态下才可以显著改善摩擦学特性。总结了表面织构与涂层技术相结合、混合表面织构两种未来表面织构的研究方向,指出表面织构还需进一步深入研究的方面。     

微织构刀具制备技术及加工性能研究新进展

近年来,随着可持续发展的兴起,国家对制造业提出了更高的要求,切削作为一种常用的加工手段,其刀具性能的提高也备受关注.在刀具表面制备织构是提高刀具性能的一项先进技术,该技术可以改善刀具的切削性能,从而提高基材的加工表面质量并延长刀具寿命.研究表明,刀具表面的织构通过减小刀具与切屑间的接触长度并改善摩擦条件,有助于降低切削力和切削温度;此外,织构还可以储存润滑剂,有助于实现微量润滑,从而使加工过程更加环保;因此,微织构刀具能有效缓解现有加工过程中存在的切削热过多和污染严重等问题.本文系统地综述了微织构刀具研究领域的最新进展,梳理了织构的制备技术,分析了微织构刀具的作用机理,总结了表面织构对刀具性能、切削性能和加工表面质量的影响以及微织构刀具的应用领域.最后指出了微织构刀具的发展趋势,希望能为微织构刀具领域后续开展深入研究工作提供参考.     

织构拉刀的拉削负载特性建模与验证

针对传统圆孔拉削加工负载建模过程不够清晰,负载特性预测误差较大的问题,将拉刀刀齿上的槽定义成一种表面织构槽,综合考虑刀齿上的织构槽参数、拉削面积圆孔效应和拉削过程多齿接触周期特性,建立了较详细的织构拉刀拉削负载计算模型。基于经典刀齿切削负载理论,提出了具有织构槽拉刀的单齿拉削负载模型;考虑工件圆弧孔形状对拉削面积的影响,进一步优化单齿拉削负载模型;考虑由工件长度引起的多齿接触周期特性,得到一般性的织构拉刀拉削负载计算模型。仿真与实验结果表明,提出的模型能较好地预测实际拉削负载。同时也指出,在拉刀刀齿上开设织构槽可以降低拉削负载,但是开设的织构槽数量并非越多越好,而是存在一个最优值。     

表面微织构改善摩擦性能的研究进展

机械表界面行为和摩擦学密切相关,利用先进手段对摩擦副的表界面进行改性、改形和调控是目前的研究热点。表面微织构方法可以显著改善接触对表面摩擦特性。本文基于微织构的研究背景,论述了表面微织构加工方法、几何参数及其对摩擦性能的影响规律,阐述了微织构的减摩机理和应用,提出了后续的发展方向。     

织构参数对刀具表面摩擦系数的影响研究

研究了前刀面具有圆形凹坑阵列微织构的YT15硬质合金刀片对45钢工件进行切削试验时,其微织构参数与刀—屑界面平均摩擦系数的关系。通过单因素试验,获得各织构参数分别和刀—屑界面平均摩擦系数的关系:当凹坑直径小于200μm时,直径越大摩擦系数越小;接触区面积占有率在70%-75%时,摩擦系数较大,接触区面积占有率大于75%,时则可保证刀—屑界面摩擦系数较小;织构凹坑深度为4μm时,可以获得最小平均摩擦系数。验证了织构凹坑直径、接触区面积占有率以及凹坑深度等织构参数对刀—屑摩擦系数的关系,得出了在刀具前刀面加工出合适参数的微织构可有效降低刀—屑界面摩擦系数的结论。     

微织构光固化填充h-BN的巴氏合金表面摩擦学性能

为了提高巴氏合金在油润滑条件下的摩擦学性能,在巴氏合金表面加工凹坑微织构并利用光固化填充方法填充六方氮化硼(h-BN)固体润滑剂,制备出h-BN与表面微织构相结合的复合润滑结构。研究复合润滑结构在油润滑条件下的摩擦学性能及其减摩润滑机制。结果表明：复合润滑结构的摩擦学性能远高于未织构面和纯织构面;当凹坑微织构直径较小时,织构密度为10%～20%时,复合润滑结构摩擦因数较小,而凹坑直径较大时,随着织构密度的增加,复合润滑结构摩擦因数逐渐减小;当织构密度小于20%时,凹坑直径较小的复合润滑结构摩擦因数小,当织构密度达到30%时,随着凹坑直径的增加,复合润滑结构摩擦因数减小。复合润滑结构能够改善巴氏合金表面摩擦学性能,是因为h-BN固体润滑剂的释放在巴氏合金表面形成了固体润滑薄膜,避免了润滑油膜较薄处的巴氏合金表面直接与45钢表面接触,且释放h-BN固体润滑剂后的微织构凹坑可以起到收集磨粒,储存润滑油的作用。     

考虑空化效应的表面微凸体织构摩擦副润滑性能研究

采用数值模拟方法，分析在不同速度和不同结构参数条件下微凸体织构的摩擦副润滑过程,研究在流体润滑条件下摩擦副表面的微凸体织构诱导空化效应的规律。结果表明：增加表面之间相对运动速度、微凸体织构的宽度或高度、微织构前段和后端的角度，均能导致空化区域面积增加，〖JP2〗使诱导空化现象更加明显；空化效应的出现抑制了微凸体后端负压区压力的降低，使得摩擦副的承载能力提高；空化效应可使界面之间由液体润滑转变为局部的气体润滑，使得界面之间摩擦因数的数值明显减小；考虑空化效应时，具有微凸体织构的摩擦副的承载力比不考虑空化效应时提高了35~74倍，摩擦因数降低了97.5%~98.7%。微凸体织构诱导产生的空化效应对提升承载力与降低摩擦因数的作用，明显大于微织构形成的流体动压作用，因此可以认为微织构诱导产生空化效应是微织构摩擦表面的一种重要承载机制。     

微织构刀具织构参数优化仿真研究

高温镍基合金在切削加工过程中,较大的切削力会产生较高的切削温度,造成刀具磨损严重、加工表面质量差等加工难题。在刀具前刀面加工区域,设计微观织构(微织构)可以改善切削加工中刀-屑接触面的摩擦润滑状态,从而改善刀具的切削性能。采用有限元仿真软件对正弦型微织构刀具进行切削镍基合金的仿真实验,通过正交实验研究正弦型微织构刀具的织构刃边距、织构宽度、织构间距、正弦曲线幅值和周期长度5个织构参数对刀具切削性能的影响,并优化了正弦型微织构刀具的织构参数。结果表明:正弦型微织构刀具的主切削力降低程度与织构参数密切相关,且织构参数对主切削力大小的影响程度依次为:织构刃边距织构间距织构宽度正弦曲线幅值周期长度。优化后得到的刀具切削力、切削温度和断屑能力优于优化前无微织构刀具。     

基于椭圆织构优化的间隙密封液压缸摩擦性能研究

考虑织构参数对零件表面性能影响的多变性和复杂性,以间隙密封液压缸为研究对象,在液压缸的缸筒内壁构造椭圆微织构形貌,采用循环迭代法研究椭圆织构的长短轴比、椭圆率以及面积占有率等多个椭圆形状参数同时变化对缸筒表面动压润滑和摩擦性能的影响;同时在获得最优椭圆织构参数后进一步分析了液压缸与活塞间隙以及活塞运动速度对织构表面摩擦特性的影响。结果表明此种方法可以得到最优椭圆织构参数即优势区间,即当椭圆织构的长、短轴尺寸分别为a∈［0.43,0.46］mm,b∈［0.29,0.32］mm,缸筒表面产生最大动压和最佳润滑特性,且存在一个最佳间隙值(2 μm)使得织构表面油膜承载力最大,而活塞运动速度对缸筒表面的摩擦性能影响较小。     

表面织构化对摩擦学性能影响的研究进展

表面织构技术是通过微细加工技术在材料表面加工出具有一定几何形貌与尺寸,且排列规律的图案,从而改善材料表面摩擦学性能的新型表面改性技术。表面织构因在改善材料摩擦学特性方面具有的突出优势而在机械摩擦配副中发挥着重要的作用。介绍了常见的表面织构加工技术,阐述了不同工况下表面织构的减磨机理,总结了表面织构形貌及其几何参数对耐磨性能的影响,并展望了表面织构技术的未来发展方向。     

TiAlN涂层耦合织构固体表面润湿性能研究

根据微米级表面织构的形貌参数对比分析2种润湿模型下接触角计算公式,采用飞秒激光系统在不锈钢表面加工4种形貌的表面织构,随后在织构化表面通过物理气相沉积TiAlN涂层沉积,得到“织构+TiAlN涂层”的表面。通过实验测量涂层沉积前后、表面织构加工前后固体表面接触角,确定适用于微米级尺度的润湿接触角计算模型,并分析不同测量条件下表面织构形貌参数影响织构化表面润湿性能的作用机制。结果表明：沉积的TiAlN涂层对不锈钢表面润湿性能的影响非常有限,表面织构形貌参数对润湿性能有一定的影响;在微米级尺度上,Wenzel接触状态下的接触角计算公式更适用,其计算结果也更接近织构化表面接触角的实际测量值;单个织构的方向性和多个织构间的排列方式对润湿性能影响较大,织构的投影长度越大,接触角越小,润湿性能也越差。     

内燃机缸套-活塞环微织构设计与研究进展

微织构作为一种良好的表面改性技术已经被广泛应用于改善发动机缸套-活塞环摩擦副的摩擦性能。以微织构的研究方向为依据,分析微织构改善缸套-活塞环表面润滑摩擦性能的作用机制,总结和阐述织构复合化、组合织构以及织构仿生化等方面的研究现状和进展,最后,指出表面织构研究中存在的不足和对下一步研究重点的展望。     

表面织构对椭球体-平面接触热弹流润滑的影响

基于椭球体-平面几何和数学模型,分别采用多重网格法和多重网格积分法求解光滑及带有表面织构(正方体微凹坑、圆柱形凹坑)椭球体的压力、膜厚分布及其表面的温度分布,分析不同滑滚比(1.0~2.0)下2种不同表面织构的最小膜厚和最高温度。结果表明:温度对表面织构的弹流润滑性能影响较大,不可忽略;2种织构表面的油膜厚度较光滑表面增大,且在圆柱体表面织构的底面半径跟正方体表面织构边长相同时,前者表面所形成的油膜厚度更大,整体温度更小;随着滑滚比的增大,2种织构表面的最小膜厚减小,最高温度增大,其中圆柱体表面织构具有更大的最小膜厚,更低的最高温度。