硬质合金刀具表面微结构的激光加工研究

硬质合金刀具常用来加工难加工材料,通过刀具表面织构化技术可以提高硬质合金刀具的耐磨性和加工性能。激光加工技术作为一种快速非接触自动化加工技术,可以在硬质合金刀具表面上加工出微结构。本文主要研究平均功率、扫描速度、脉冲频率、离焦量、扫描次数这五个工艺参数对硬质合金刀具微结构尺寸及形貌的影响,从而选定最优的激光加工工艺参数。实验结果表明:随着平均功率的增大,微沟槽的深度和宽度都在增加,但功率过大导致严重烧蚀使底侧面形貌不平整;扫描速度和脉冲频率的增加都会使得微沟槽的深度和宽度呈现减小的趋势,过大的扫描速度使得底面形貌不连续,随着脉冲频率和扫描次数的增加,沟槽底面形貌变得平整;离焦量从0mm变化到-1. 2mm时,微沟槽的宽度缓慢增大,深度则先增大后减小,底面形貌由连续变成稀疏的孔洞。通过优选出的激光加工硬质合金刀具工艺参数,制备出了良好的刀具表面单一型和混合型微结构。     

硬质合金表面正弦微织构对其摩擦磨损性能的影响研究

为了探讨微织构对硬质合金表面摩擦磨损性能的影响,利用激光技术在硬质合金表面制备了一种正弦状沟槽型微织构,并在UMT-2摩擦磨损试验机上进行直线往复式摩擦磨损试验。试验分别在不同载荷、滑动速度和润滑条件下,对微织构化硬质合金表面的摩擦磨损性能进行评价。研究表明:硬质合金表面加工微织构并添加固体润滑脂能够有效降低硬质合金表面的摩擦系数;在同等条件下,正弦型微沟槽表面比传统直线型微沟槽表面具有更好的减磨性能;在高载荷和高滑动速度并添加润滑脂的条件下,正弦型微织构试样表面的减磨性能最好。     

纳米流体与微织构耦合作用对刀具材料摩擦磨损性能的影响研究

合理的表面织构可有效改善摩擦副界面间的摩擦状态。为研究纳米流体与表面微织构耦合作用对硬质合金刀具材料摩擦性能的影响,采用“两步法”将纳米Fe3O4颗粒添加到水基切削液基础液,制备出质量分数为0.5%的Fe3O4纳米流体,并利用激光微加工技术在光滑的YG6X硬质合金样件表面制备出不同尺寸参数的沟槽型与凹坑型表面微织构。分析纳米流体与表面微织构耦合作用下硬质合金样件的摩擦磨损性能,整理摩擦系数、样件表面磨损形貌、磨球磨损率等数据发现,纳米流体能够有效改善基础液的润滑性能,在一定尺寸形状的织构样件相互作用下表现出优异的抗磨减摩性能,并且揭示了相应的减摩抗磨机理。     

仿生微织构对刀具切削性能影响的有限元分析

仿生摩擦学的相关研究表明,高性能的表面微织构具有良好的减摩抗磨性能.本文利用ABAQUS软件,对无微织构和有微织构硬质合金刀具的二维直角切削过程进行了有限元分析.仿真试验表明:一定尺寸的沟槽微织构可以有效改善刀—屑摩擦过程中的应力分布状况,减少应力集中现象,既提高了刀具的减磨性能,同时还可以降低20％左右的切削力.然后,采用激光加工方法在YG8硬质合金刀片的前刀面置入不同宽度的沟槽微织构,在一定载荷条件下进行摩擦磨损试验.试验发现:沟槽型微织构可以有效地降低硬质合金刀面的摩擦系数,并且不同宽度的沟槽其减摩效果是不一样的.     

仿生微织构对刀具切削性能影响的有限元分析

仿生摩擦学的相关研究表明,高性能的表面微织构具有良好的减摩抗磨性能。本文利用ABAQUS软件,对无微织构和有微织构硬质合金刀具的二维直角切削过程进行了有限元分析。仿真试验表明:一定尺寸的沟槽微织构可以有效改善刀—屑摩擦过程中的应力分布状况,减少应力集中现象,既提高了刀具的减磨性能,同时还可以降低20%左右的切削力。然后,采用激光加工方法在YG8硬质合金刀片的前刀面置入不同宽度的沟槽微织构,在一定载荷条件下进行摩擦磨损试验。试验发现:沟槽型微织构可以有效地降低硬质合金刀面的摩擦系数,并且不同宽度的沟槽其减摩效果是不一样的。     

织构参数对不锈钢与猪股骨间摩擦性能的影响

采用YLP-F20激光打标机在4Cr13不锈钢圆盘试件表面加工出不同尺寸的沟槽微织构试样;将织构试样与新鲜猪股骨制成的骨棒试样构成销-盘摩擦副,在立式万能摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验,研究微织构参数对不锈钢与猪股骨在生理盐水润滑下的摩擦特性的影响。结果表明:沟槽型的摩擦因数比无沟槽的要小,在文中研究的范围内摩擦因数随着沟槽宽度的增加而减小,随着沟槽间角度的增加而增加;对加工微织构后的表面进行处理对摩擦因数的影响很大。文中研究范围内宽度200μm、深度20μm、角度1.21°微织构组合,相比较于无微织构试件摩擦因数最大降低了36.4%。     

陶瓷刀具表面微织构激光刻蚀正交工艺实验研究

基于正交试验法优化陶瓷刀具表面微织构激光刻蚀工艺参数,使用极差分析法绘制了各因素与各指标之间的关系曲线图,得到各因素对微织构尺寸的影响程度,以此优化激光工艺参数。结果表明:影响微织构宽度的主次顺序为重复频率、激光功率、扫描次数、扫描速度;影响微织构深度的主次顺序为:扫描次数、重复频率、扫描速度、激光功率。激光功率过大、扫描速度过慢、重复频率过大、扫描次数过多,会使得陶瓷刀具表面微织构底产生裂纹。采用优化后的工艺参数进行实验,有效地抑制了微织构表面裂纹的产生,且微织构尺寸达到切削实验要求。     

刀具表面微织构激光加工方法研究与分析

在刀具的表面加工微织构,可显著提升刀具的切削性能,大幅提高刀具耐用度并延长刀具的使用寿命。本文利用脉冲激光在硬质合金(WC-Co,YG8)刀具的表面加工微织构,重点对激光功率、频率、脉冲个数和光斑直径对微坑织构的尺寸、形貌以及激光加工中产生微裂纹的影响进行了系列试验研究。采用波长λ=1064nm、激光功率W=90W、频率f=20Hz、脉冲个数n=20、光斑直径d=500μm的激光参数,在硬质合金刀片300℃预热处理后,用带有4个档位的超声振动辅助手段在刀具表面加工微坑织构。并选用原始激光加工后的硬质合金片和热处理超声振动辅助激光加工后的硬质合金刀片进行比较,试验结果表明,当刀具采用预热处理后,辅以超声振动进行激光加工的方法对控制刀具表面织构尺寸精度、刀具表面形貌的均一稳定和抑制表面微裂纹的产生具有重要意义。     

ZrO_2陶瓷生坯表面微织构制备工艺的研究

通过冷等静压技术制备Zr O_2陶瓷生坯,并利用脉冲激光在陶瓷生坯表面制备微织构沟槽。探究激光参数对表面微织构质量的影响,并研究烧蚀区域的热影响区和激光烧蚀表面的微观形态变化。实验结果表明:通过激光加工可以在Zr O_2陶瓷生坯表面加工出深度30-50μm、宽度15-50μm质量较好的微织构沟槽;激光参数对表面加工质量有较大的影响,激光频率低于40Hz、功率低于6W和扫描速度高于200mm/s能够获得较好的表面质量;当激光频率高于60Hz、功率高于10W和扫描速度低于150mm/s时,在激光烧蚀表面容易形成烧蚀层,分析得知烧蚀层是由于在激光高温照射下Zr O_2颗粒的熔化和再凝固形成的。     

发动机气缸内表面激光微织构工艺试验研究

应用激光表面微织构技术加工缸壁储油槽,可保证储油槽的形貌精度。激光微织构加工装置的工艺参数(激光器控制参数)主要有激光焦距、激光功率密度和脉冲重复次数等。建立了不同工艺参数下凹腔织构的三维形貌和二维剖面形貌图,分析了不同工艺参数对凹腔形貌参数的影响规律。实验结果表明,合适的激光焦距、激光功率密度和脉冲重复次数能使凹腔的表面织构形貌最佳。     

基于纳秒激光的316L不锈钢直写微细沟槽实验研究

针对在几十微米尺度下纳秒激光直写法制造微流道的问题,研究纳秒激光加工工艺参数与微流道宽度和深度的关系,利用光纤激光器在316L不锈钢上进行微流道直写实验研究,得到了激光功率、扫描速度、激光频率、激光重复次数与微流道尺寸形貌的关系。实验结果表明,当激光功率为16W,扫描速度200mm/s,频率为40kHz,脉冲宽度为30ns时,实验结果最好,该参数为最佳激光工艺参数范围。同时,验证了小能量激光表面浅熔机理对沟槽底部抛光的可行性。     

部分沟槽表面织构摩擦学性能研究

采用紫外激光在GCr15圆盘试样表面加工出具有不同参数的部分沟槽,在HT-1000高温摩擦磨损试验机上,研究边界润滑状态下,不同载荷和速度下沟槽部分织构率和面积率对摩擦因数的影响。结果表明：在轻载下,随着部分织构率的增加,摩擦因数呈现先减小后增大的趋势,随着面积率的增加,摩擦因数呈现先增大后减小的趋势;部分沟槽表面织构在低速轻载下具有较好的减摩效果,但在高速重载下有增摩的现象。     

沟槽微织构硬质合金刀具的摩擦仿真分析

在硬质合金刀具表面加工微织构已成为减摩抗磨最有效的技术之一.为了分析表面微织构的几何参数对硬质合金刀具表面的减摩机理,利用ABAQUS有限元软件对微织构刀具表面的摩擦磨损过程进行模拟仿真,研究不同宽度、深度和间距的微织构参数对刀具摩擦过程中应力分布的影响.仿真模拟表明,硬质合金刀具表面的微织构可通过改变应力分布来改善应...     

复合工艺制备的表面微凹坑织构的摩擦性能研究

在构建的激光电化学复合微加工系统上,采用皮秒脉冲激光辐照与电解刻蚀复合加工方法在7075铝合金表面制备出不同尺寸的阵列凹坑微织构。采用共聚焦显微镜观测复合加工织构试样表面形貌,采用MFT-5000型RTEC摩擦磨损试验机研究润滑条件下凹坑织构的摩擦学性能,并探讨直径、深度、面积密度对减摩性能的影响。结果表明:复合加工工艺制备的表面微织构具有良好的表面形貌;润滑条件下材料表面的凹坑型织构能显著改善其摩擦学性能,相比光滑表面最高可降低摩擦因数30%;在实验参数范围内,凹坑的直径与面积密度对材料表面摩擦性能影响较大,凹坑深度对摩擦性能影响较小。     

三维微坑织构刀具耐磨损性能研究

采用激光加工技术,在硬质合金刀具的前刀面制备出直径为35μm、30μm、25μm、20μm的微坑阵列,分析激光功率、打标速度、打标次数对微织构形貌和质量的影响;通过正交切削试验对比微坑阵列刀具和无织构刀具的耐磨损性能,从刀具磨损长度、宽度、工件表面粗糙度、切屑的黏刀量等进行评价。结果表面:通过合理的控制激光加工过程中激光功率、打标速度、打标次数来制备出符合要求的微织构形貌;微坑直径的大小对刀具的耐磨损性能有一定的影响,随着微坑直径的不断减小刀具的耐磨损性能有一定的提高,Ti6Al4V合金表面粗糙度不断减小;当直径小于25μm时,刀具的耐磨损性不断减弱,Ti6Al4V合金表面粗糙度不断增加;微坑织构对于刀-屑摩擦接触状态、抗黏附、耐磨减阻、存储切屑等方面有着积极的作用。     

微织构对钢制导轨表面摩擦性能的影响

利用激光加工技术在钢制导轨副上制备了4种不同的微织构,并通过优化加工功率、扫描速度等激光参数获取了质量良好的微织构。在油润滑的条件下,利用自制导轨摩擦试验机进行直线往复式摩擦实验。通过仿真软件分析微织构对导轨副接触面的接触应力的影响,结合微织构存储和供应润滑油的能力和产生额外的流体动压效应的能力等作用机理来分析实验结果,探究不同的微织构对导轨副摩擦性能的影响。研究表明:当扫描速度为150 mm/s、加工功率分别为8 W和5 W时,可以获得质量良好的沟槽和圆孔;所有的微织构都可以改善导轨副接触面的接触应力;在磨合阶段,微织构并不能减小导轨副的摩擦系数,而在稳定磨损阶段,所有的微织构都有一定的减摩能力,其中圆孔微织构减小了14.6%,与导轨运动方向平行的直线型微织构减小了2.4%,网格型微织构和与导轨运动方向垂直的直线型微织构分别减小了7.9%和5.5%。这是由不同的微织构其存储和供应润滑油的能力、产生额外流体动压效应的能力和改善接触面接触应力的能力不同所引起的。     

沟槽型织构摩擦学性能模拟及试验研究

为揭示沟槽型织构的摩擦学特性,以沟槽型表面织构化的止推圈式摩擦副为研究对象,基于雷诺方程和微凸体接触方程建立微沟槽织构混合润滑理论计算模型,模拟摩擦因数随沟槽面积占有率、角度和深宽比的变化规律,并由摩擦性能试验验证其准确性。在假设面积占有率和角度两个参数互不干涉的前提下,模拟两者共同作用下摩擦因数的变化情况。结果表明,经过表面沟槽织构后,摩擦副的摩擦学性能得到了明显改善;摩擦因数随沟槽面积占有率和深宽比的增加呈现先减小后增大,随角度的增加呈现先减小后增大再减小的趋势;当沟槽与运动方向夹角为65°～70°,宽度为30μm,深宽比为4/15,面积占有率接近8%时,摩擦副具有最佳摩擦性能,相对于未织构情况,摩擦因数可降低约55%。     

氧化锆陶瓷车削中刀具表面微织构参数对切削性能的影响

利用飞秒激光加工技术在硬质合金车刀后刀面加工出不同宽度和间距的沟槽型表面织构。通过氧化锆陶瓷材料干切削试验,研究织构化刀具磨损机理,分析织构参数对切削力和刀具磨损量的影响规律。实验结果表明：具有合理参数的后刀面织构化刀具能够明显降低切削力,减少刀具磨损。沟槽型织构通过储存切屑、稳定黏结物和对已加工表面上硬质点的二次切削作用,降低刀具后刀面的黏着磨损和磨粒磨损。织构的二次切削作用会导致切削力增大,与织构的减摩作用共同影响切削力。     

一种刀具表面阶梯型微织构的作用机理分析

为了探究阶梯状微织构在刀具表面存在的作用及其相关机理,并获取最优的织构参数,利用激光加工设备在硬质合金刀具表面加工出不同参数的凹坑织构,利用摩擦磨损试验机进行销盘式摩擦磨损实验,并通过车床进行了切削铝合金的实验.结果 表明,当刀具表面凹坑织构的直径为65μm、凹坑深度为15μm时,与无织构表面相比,具有凹坑织构表面的摩擦系数降低了43.5％,与硬质合金相对磨的铝合金销的磨损量减小了40.2％,在切削加工中具有织构纹理的刀具的主切削力降低了10.4％.从上述结果来看,刀具表面的阶梯状微织构能够有效起到减摩降磨的作用,同时改变切屑类型,大幅提升刀具的使用寿命.     

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。