回转体表面掩膜微细电解加工有限元分析及试验研究

针对在回转体零件表面加工微织构的难题,文中建立了回转体表面微细电解加工的多物理场耦合数学模型,利用COMSOL Multiphysics软件进行了仿真求解。设计了掩膜电解加工专用夹具和电解液系统,优化了电解液的流道结构,在较低加工电压和较短加工时间的条件下,开展了工艺试验。通过对比分析微坑深度的仿真值和测量值,验证了加工过程多物理场耦合仿真模型的准确性,得到了形状精度高、均匀排布的直径为φ200μm的微坑阵列,为在回转体表面加工微织构提供了一种合理有效的方法。     

钛合金疏水表面微坑阵列的掩膜电解加工仿真与分析

为改善钛合金疏水性能,获得较高的接触角,使用掩膜电解技术对钛合金进行了凹坑阵列表面微织构的加工。首先,建立微坑阵列掩膜电解加工的数学模型并进行多物理场耦合仿真;其次,分析掩膜电解加工参数对微坑阵列的作用,并借助润湿理论模型获得微坑阵列的固-液接触面积比;最后,以该面积比为因变量,以电解质质量分数、电解电压和掩膜尺寸为自变量,进行正交试验仿真和极差分析,获得最佳工艺参数组合。与仿真预测值相比,微坑阵列单元体直径、间距、深度、固-液接触面积比和表面接触角的测量值误差均小于8%,从而表明该方法在未经低表面能材料修饰的情况下,成功制备了接触角约为140°的微坑阵列。     

不同电解液及电解时间下表面形貌对45钢减磨性的影响

为提高材料表面耐磨性，探究不同电化学加工参数所生成的表面形貌对材料摩擦学性能的影响。对45钢试件进行电化学试验，研究试件在不同电解液中电解时间对凹坑形貌的影响，以及表面形貌对45钢试件在干摩擦和乏油润滑条件下摩擦性能的影响。结果表明：电解加工后试件表面变得较为光滑，且出现了随机分布的圆形凹坑，圆坑的分布密度随着电解加工时间的增加而增加；在2种摩擦条件下，试件的磨损体积变化趋势一致，均随着电解时间的增加先减小然后逐步增大；使用质量分数15%氯化铵为电解液时，表面凹坑半径随着电解时间的增加而增加，但试件过长的电解时间将导致表面质量变差。从试验得到的磨损体积与摩擦因数可知，凹坑直径范围在50～80μm、深度范围在5～10μm为最佳试验组，在干摩擦与乏油润滑条件下，相比未电解处理的45钢试件，磨损体积分别下降了13%和14%。在20%氯化钠与10%次氯酸钠的混合电解溶液下，电解时间180 s获得最优的45钢试件，相比未电解处理的45钢试件磨损体积降低了33%。     

摩擦副表面气膜屏蔽微细电解加工微织构及摩擦性能分析

采用气膜屏蔽微细电解加工方法在金属平面副、圆柱副表面加工不同阵列形貌微织构。通过试验将该方法与微细电解加工的微织构尺寸精度、表面质量、摩擦性能进行对比,研究结果表明,气膜屏蔽微细电解加工的微织构相比微细电解加工方法加工的微织构平面副及圆柱副凹槽深径比分别提高了约45.6%和25.8%,改善了加工的定域性,提高了加工精度。进一步的摩擦磨损试验结果表明,相较于微细电解加工方法,气膜屏蔽微细电解加工出的平面副及圆柱副微凹槽的表面摩擦因数分别减小了13.6%与16.2%,表面摩擦性能得到了提高。     

扫描射流掩膜电解加工微坑阵列试验研究

表面织构在摩擦学、热能交换以及生物医学等许多领域发挥重要作用,其中微坑阵列是常用的表面织构.为了能在金属表面制造出微坑织构,对掩膜电解加工微坑阵列的文献进行了研究与分析,在分析了射流掩膜电解加工技术的基础上,提出使用一种扫描射流掩膜电解加工的方法,利用光刻胶做掩膜,成功地在不锈钢上加工出海量微坑阵列.设计实验,探究了电...     

微坑阵列掩膜电解加工试验研究微坑阵列掩膜电解加工试验研究

为了解决机械零件表面织构的加工问题,并充分利用电解加工的优势,本文基于COMSOL Multiphisics软件进行了微坑阵列掩膜电解加工过程的仿真分析,开展了电解加工零件表面微织构的工艺试验研究,得到了具有微米级别直径与深度的表面阵列微坑,总结了普通直流加工电压与加工时间、脉冲电流加工频率与占空比、不同掩膜孔直径对微坑加工的工艺规律。试验结果表明:在加工时间12 s,脉冲电压12 V,占空比30%,脉冲频率3 000 Hz,掩膜孔径200μm的参数下,能得出表面质量最优的微坑。     

摩擦副工作表面微坑超声加工方法的研究

表面微坑超声加工方法在汽车、摩托车、拖拉机等产品生产中有广阔的应用前景。提出了摩擦副工作表面微坑超声加工方法，建立了表面微坑超声加工方法的数学模型，给出了储油量的计算公式，设计了表面微坑超声加工装置，对缸套工作表面进行了微坑超声加工实验。     

毛细管电极电液束加工微小凹坑试验研究

降低发动机的机械损失一直是研究热点。在摩擦副表面加工微坑,作为改善摩擦副表面摩擦学特性,提高润滑耐磨性能的方法已引起了研究者的重视。笔者提出了采用非金属毛细管作为管电极进行电液束加工微小凹坑的工艺方法。对加工过程的电流密度分布进行了有限元分析,并试验研究了电压、电解液浓度、加工时间、加工间隙和电解液压力对凹坑直径和深度的影响,对加工参数进行了优化选择,得到了形状规则、直径80μm,深度25μm左右的微小凹坑。并进行摩擦性能试验,结果表明采用该工艺在摩擦副表面加工微坑阵列可有效提高其耐磨性。     

电解加工过程多物理场耦合仿真及试验研究

针对电解加工过程中复杂、难以预测的问题,建立小孔内扩孔电解加工过程多物理场耦合的数学模型,利用COMSOLMultiphisics软件进行仿真分析,得到加工间隙内的流速分布、电流密度分布和温度分布,并分析了不同加工时间和电压对温度分布的影响。选择合适的工艺参数进行试验,得到了小孔内壁轮廓曲线的实测值,并与耦合多物理场仿真的理论值、未耦合多物理场(仅电场)仿真的理论值进行对比。结果表明,耦合多物理场仿真的理论值与实测值更接近,误差更小,可以准确地模拟实际电解加工过程。     

掩膜电解加工气缸套微造型摩擦性能研究

优化电解参数对气缸套进行掩膜电解加工,同时采用数控铣床对缸套试件加工出相同或相近尺寸微坑,然后对不同加工方式的缸套进行往复摩擦磨损实验。结果表明:在富油工况下,掩膜电解加工微造型缸套摩擦系数比机械珩磨缸套试样减小了11.35%、比机械加工微造型减小了6.41%,磨损量比机械珩磨缸套试样减小了32.75%、比机械加工微造型缸套试样减小了4.56%;在贫油工况下,掩膜电解加工微造型缸套比机械珩磨缸套试样抗黏着磨损时间延长了48.52%,比机械加工微造型缸套试样延长了9.57%;通过对试样磨损前后表面形貌进行微观检测分析,微造型形貌和电化学协同作用造就了其优异的抗磨减摩性能。     

基于MATLAB的微坑缸套润滑模型分析及参数计算

用超声波加工缸套内表面微坑，提出相应的微坑缸套-活塞环摩擦副润滑理论模型，运用流体润滑理论微坑单元进行分析，并运用MATLAB求解了该数学模型，得出了单个微坑内外的油膜压力、微坑承载力和摩擦力等相关参数。     

基于电场分析的钛合金电解加工圆孔成形研究

以钛合金电解加工圆孔为对象,充分考虑加工中电场与移动网格相互关系建立了圆孔加工理论模型,采用数值计算方法得到了电解加工圆孔电位分布、电流密度分布、成形过程和材料变化,探讨了不同加工参数（脉冲平均电压、电导率和进给速度）对电解加工圆孔成形的影响,并开展了电解加工圆孔实验,得到了圆孔形貌,在相同加工参数下,理论计算和实验得到的圆孔深度分别1.07mm和1.157 14mm,两者能够较好地吻合,可为电解加工圆孔提供理论依据。     

颗粒润滑界面的流态和润滑特性

研究了在剪切平行板间（上平行板固定,下平行板定速滑动）颗粒流润滑的流态和摩擦因数变化问题。应用三体摩擦体系物理模型和二元碰撞假设理论建立了动量控制方程、滑移边值条件以及伪能量守恒控制方程、伪温度边值条件。根据建立的方程,应用数值方法详细分析了三体参数对剪切平行板间颗粒流润滑的伪温度、固体体积分数以及摩擦因数的影响。研究结果表明：颗粒在剪切平行板间的波动速度是伪温度、固体体积分数和摩擦因数曲线发生变化的直接因素。三体参数的改变会直接影响颗粒波动速度,从而使伪温度、固体体积分数和摩擦因数曲线发生改变。     

微织构对硬质合金表面摩擦性能的影响

微织构是一种有效地改进表面摩擦性能和提高表面承载能力的措施.为了研究微织构在刀具减磨技术方面的应用,本文在WC-Co硬质合金材料表面制作出微坑阵列,与Ti6Al4V构成摩擦副,在微量润滑(MQL)条件下进行摩擦磨损试验.研究发现:红MQL条件下,微织构对WC-Co/Ti6Al4V摩擦副具有一定的减磨效果,低速高载和高速...     

无偏差最小二乘法伺服控制系统参数辨识

为准确辨识伺服控制系统参数,针对高性能运动控制算法的要求,在分析典型伺服控制系统结构模型基础上,基于“库仑摩擦+黏性摩擦”模型,设计了无偏差最小二乘方法,研究其在“工控机+运动控制卡”数控系统平台上的实现方法。实时采集电机角速度数据,利用设计的方法估算伺服系统转动惯量、黏性摩擦和库仑转矩,通过角速度重构,对比理论计算和实际测量角速度,验证参数辨识的有效性和准确性。理论分析和实验结果表明,所设计的参数辨识方法能够准确辨识系统参数。     

磁性颗粒含量对磁性液体润滑性能的影响

利用分子动力学模拟的方法研究磁性颗粒含量对磁性液体固液界面润滑性能的影响,建立体积分数为5％、9.6％和14.7％的Fe3O4的磁性液体模型,构建磁性液体固液界面润滑模型,并对润滑模型进行结构优化与退火处理,对优化后的模型进行模拟.模拟结果显示:随着磁性颗粒含量的增大,会使摩擦因数降低,从而提高磁性液体的润滑性能;其中...     

空气含量对双盘配流式径向柱塞泵织构化配流副动压润滑效应的影响

为研究油液中不同空气含量对双盘配流式径向柱塞泵织构化配流副动压润滑效应的影响,建立单个二维表面织构微凹坑计算模型,采用CFD数值模拟的方法,分别从不考虑空化效应和考虑空化效应两种情况分析计算油液中不同空气体积分数对动压力大小产生的影响。研究结果表明:油液中空气含量越低,微织构产生的动压力越大、动压润滑效应越明显;不考虑空化效应时油液中空气体积分数的大小只改变动压力的大小,不改变动压力的变化规律;考虑空化效应时,油液中空气体积分数的大小不仅改变动压力的大小,动压力曲线斜率也发生变化。在相同空气含量下考虑空化效应时微织构产生的动压力更大、润滑性能更好。     

Improving the Anti-seizure Ability of SiC Seal in Water with RIE Texturing

The demand for higher pressure and higher speed of sealing systems is currently increasing due to stricter standards for permissible emissions. Silicon carbide (SiC) is thought to be a promising material for sealing systems operating in water, since the combination of SiC and water is both environmentally friendly and energy saving. The purpose of this study is to improve the anti-seizure ability of SiC seals working in water by means of surface texturing. The texture pattern of micro-pits evenly distributed in a square array is formed on one of the contact surfaces by reactive ion etching (RIE). Experiments which simulate the working condition of mechanical seals were carried out to evaluate the effect of micro-pits on the critical seizure load. It is found that micro-pit texturing is an effective way to stabilize friction, to reduce the friction coefficient, and to expand the low-friction range ( < 0.05) of SiC seals working in water.     

表面微点蚀对渐开线直齿圆柱齿轮弹流润滑的影响

以渐开线直齿圆柱齿轮为研究对象,建立考虑表面微点蚀的润滑模型,给出相应的膜厚方程。通过改变微点蚀坑的弧度及坑深得到不同形貌的凹坑,利用多重网格法求得各微坑的热弹流润滑数值解,并与光滑解进行对比分析。结果表明:微坑的弧度一定时,坑深或外径的增大会使油膜的中心压力减小,中心膜厚增大;微坑的深度一定时,弧度的增大会使接触区中心处各啮合点的油膜压力随之减小,膜厚随之增大;微坑的边缘是非光滑的,这一区域的数值解波动很大。     

缸套旋转抛物面形微坑织构参数优化研究

在缸套表面制备旋转抛物面形微坑织构,在经典雷诺方程的基础上对微坑-缸套-活塞环系统进行研究,建立微坑动压分布函数。采用Matlab软件分析微坑深度、坑口半径对旋转抛物面形微坑润滑性能的影响。结果表明,随着微坑深度、坑口半径增大,平均油膜承载力呈现先增大后减小趋势,活塞环所受平均剪切应力呈现逐渐减小并趋于稳定,这是因为活塞相对缸套运动过程中,微坑区域内的楔形效应、空化效应导致了平均油膜承载力和平均剪切应力的波动。通过研究得到了旋转抛物面形微坑优化参数。