不同冷却润滑方式对切削SiCP/Al复合材料刀具磨损的影响

为探究不同冷却润滑方式对切削SiC_P/Al复合材料刀具磨损的影响,进行了干切削（Dry）、微量润滑（MQL）、液氮（LN₂）、切削油（Oil）和乳化液（Emulsion）共五种冷却润滑条件下的车削实验,分析了冷却润滑方式对刀具边界磨损、刀具破损和后刀面磨损的影响。结果表明:MQL和LN₂有更佳的流体冲刷效果,可以将脱落的SiC颗粒及时带离切削区,减少边界磨损; Oil和Emulsion冲刷效果较差,会加剧边界磨损。LN₂的使用会增加刀具受到的热应力和机械冲击,积屑瘤发生完全脱落,造成切削过程不平稳,当切削距离达到1 100 m时,刀具发生破损; Oil切削时,严重的边界磨损导致刀尖部位尺寸减小,强度降低,当切削距离达到825 m时发生了刀具破损。MQL良好的润滑渗透性和LN₂有效的冷却效果可以减少后刀面磨损。因此,MQL兼具冷却、润滑和流体冲刷效果,更加适合作为切削SiC_P/Al复合材料的冷却润滑方式。      

WC硬质合金表面涂层摩擦磨损特性及其铣削性能研究

为了研究WC硬质合金表面氮化物涂层的摩擦磨损特性及其对刀具铣削性能的影响,采用物理气相沉积法(PVD)在WC硬质合金表面分别沉积了TiN、CrN和TiAlN 3种氮化物涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验机分析了WC硬质合金及3种氮化物涂层的组织和摩擦磨损性能。以45钢为被铣削材料,研究了WC硬质合金及3种氮化物涂层刀具的铣削性能。结果表明：氮化物涂层能有效提高WC硬质合金的表面硬度和耐磨性能,3种氮化物涂层中,TiAlN涂层的硬度最高,相比WC基体提高了26.5%,TiAlN涂层能显著提高WC硬质合金的耐磨性能,其磨损特征为较小的磨粒磨损和轻微氧化磨损。TiAlN涂层的高硬度和高耐磨性能更有利于铣削45钢,铣削过程中产生的氧化膜易覆盖在刀尖表面,起到保护刀具表面的作用,进而显著提高刀具的铣削性能。同时相比其他涂层,TiAlN涂层刀具后刀面的磨屑的黏附少,表现出较强的排屑能力,这对于提高刀具的铣削性能具有重要意义。     

Al2O3f+Cf/ZL109混杂复合材料钻削加工性的研究

利用挤压铸造法制备了Al₂O_3f+C_f/ZL109短纤维混杂金属基复合材料,并进行了钻削加工试验研究。考察了Al₂O₃短纤维和C短纤维含量、纤维位向、钻削速度及进给量对钻削力、刀具磨损和钻削精度的影响,并进行了分析。结果表明:以刀具磨损作为衡量标准,该混杂复合材料的钻削加工性次于基体合金。      

镍基高温合金铣削刀具磨损预测

搭建镍基高温合金铣削实验测试平台，分析刀具磨损变化规律，提出了一种基于堆叠稀疏自动编码器和多传感器特征融合的新型深度学习方法，用于铣削刀具磨损预测。在时域、频域和时频域中提取信号特征，并通过相关性分析确定最优的多传感器特征，输入堆叠稀疏自动编码器进行深度特征学习。利用双向长短时记忆网络建立刀具磨损预测模型，应用不同的铣削磨损实验数据集来验证训练模型的预测性能。预测结果表明，所提模型均方根误差与传统模型相比至少减小了9.6%,证明了多传感器特征融合和深度学习方法的结合可以提高预测性能。     

石墨烯负载纳米Fe3O4复合材料的摩擦学性能

采用液相超声直接剥离法制备了石墨烯负载纳米Fe₃O₄复合材料, 用SEM、TEM对其形貌进行了表征, 利用多功能往复摩擦磨损试验仪考察了石墨烯负载纳米Fe₃O₄复合材料在纯水中的摩擦磨损性能。通过SEM、XPS分别分析了磨痕表面的形貌、典型元素的化学状态, 初步探讨了石墨烯负载纳米Fe₃O₄复合材料在纯水中的润滑机理。结果表明: 纳米Fe₃O₄均匀分布于多层石墨烯片层表面和层间, 粒径为20~90 nm; 其作为纯水添加剂具有良好的减摩抗磨性能, 如试验载荷为10 N, 浓度为0.01wt%的石墨烯负载纳米Fe₃O₄复合材料水分散体系润滑时比纯水润滑的摩擦系数和磨损体积分别下降26.7%和35.4%, 这主要是由于复合材料在磨损表面形成了吸附膜、含石墨烯和纳米Fe₃O₄的边界润滑膜, 抑制了Fe的氧化, 减轻了摩擦表面的磨损。     

小波分析在K24铣削力研究中的应用

通过正交试验对镍基铸造高温合金K24的铣削力进行了研究,将小波分析运用于铣削力的信号处理。运用小波分析对铣削力进行去噪处理,并且对刀具不同磨损状态下的铣削力信号进行了小波分解,能量检测。结果证明,随着刀具磨损量的增加,各尺度频段的信号振动加剧,而且能量也对应地增加。     

温度交变对翅片管换热器性能影响的实验研究

试验研究了温度交变对铜管-铜翅片蒸发器和铜管-铝翅片蒸发器空气侧压降和换热性能的影响.实验结果表明,全新铜管-铜翅片蒸发器空气侧压降比全新铜管-铝翅片蒸发器空气侧压降大,但温度交变后两者空气侧压降几乎一致,具有相同的长效压降特性;温度交变会导致铜管-铜翅片蒸发器和铜管-铝翅片蒸发器换热性能下降,在风量为400m3/h时减少的最多,铝翅片蒸发器减少1091.5W,铜翅片蒸发器减少704.8W;与温度交变前相比,铜翅片蒸发器换热系数下降8.1％～25.2％,铝翅片蒸发器换热系数下降10.6％～40.7％,铜管-铜翅片蒸发器具有更好的长效特性.     

高温合金GH4169铣削力试验

高温合金是材料加工中典型的难加工材料,在加工过程中,铣削力大,刀具破损严重,给加工生产造成很大影响。本次试验主要针对高温合金GH4169的铣削力进行研究,对正交试验所得数据进行线性回归分析,得到了适用于本次试验设备条件的铣削力经验公式;对试验结果进行极差分析,结果表明:各向铣削力随切深和进给量的增加而增大,随切削速度的增加而减小,并且在铣削参数组合为v=400m/min,ap=0.9mm,fz=0.05mm/z时,各向铣削力取得最小值。     

基于尺寸效应的微径铣刀磨损预测模型的建立与实验研究

刀具磨损是影响微细铣削加工的重要因素之一,将材料的本构模型与Usui刀具磨损模型相结合,并考虑到微细加工中存在的尺寸效应,提出一种新的刀具磨损预测模型,采用有限元仿真和物理实验的方法确定硬质合金刀具铣削碳钢时刀具磨损预测模型中的相关参数,并进行了实验验证。为了更直观的观察、预测刀具磨损情况,将该模型应用于微细铣削仿真过程中,可求得任意时刻刀具的磨损及几何轮廓。为微细铣削中刀具磨损的研究提供了新的方法。     

基于PVD-TiN和TiSiN涂层的Al2O3/TiCN陶瓷刀具及其切削性能研究

采用物理气相沉积(Physical vapor deposition, PVD)工艺在Al₂O₃/TiCN陶瓷刀具表面分别沉积了TiN和TiSiN涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)观察涂层微观结构, 采用显微硬度计和划痕仪分别表征涂层硬度和测量涂层与基体的结合强度。通过对涂层刀具进行连续干切削灰铸铁实验, 研究TiN和TiSiN涂层对刀具磨损特征的影响并探讨其磨损机理, 同时研究了涂层对工件加工表面质量的影响。结果表明: PVD涂层可显著提高Al₂O₃/TiCN陶瓷的刀具硬度。TiN涂层和TiSiN涂层可分别提高刀具表面硬度25%和65%, 从而增加刀具耐磨性。两种涂层刀具在连续切削灰铸铁实验中主要的失效机理均是挤压变形下的磨粒磨损, 其中TiN涂层刀具还伴随有粘结磨损; 刀具上的PVD-TiN和TiSiN涂层可以有效保护Al₂O₃/TiCN陶瓷刀具基体, 防止崩刃, 进而改善工件表面加工质量。     

类金刚石薄膜在干摩擦、油和脂润滑条件下的摩擦学性能分析

通过钢/类金刚石(DLC)薄膜摩擦副在干摩擦4、122油和L252脂润滑条件下的球-盘摩擦学试验,对比分析润滑条件、载荷、速度对DLC膜摩擦系数的影响,利用原子力显微镜分析膜层磨损性能,研究润滑条件对膜层磨损寿命的影响。结果表明:油、脂润滑下DLC膜最大静摩擦系数分别减小了17%和38%;从0～2000 r/min转速范围内,DLC膜摩擦系数随转速增加而减小,油润滑下相比干摩擦DLC膜摩擦系数小15%～48%,脂润滑下相比干摩擦DLC膜摩擦系数在0～500 r/min转速范围小,超过500 r/min后干摩擦DLC膜摩擦系数小;油和脂润滑条件下,DLC膜层的磨损程度明显降低,磨损率相比干摩擦条件下分别减小了7.4倍和15.5倍。     

钛合金镀镍在航空航天工业中应用的可行性研究

研究了钛合金Ti6Al4V经过镀镍处理后作为航空航天材料的可行性。当钛合金经去油、活化等预处理后电镀镍,性能发生较大改变,比较了钛合金镀镍前后表面力学性能和摩擦学性能的变化,并将镀镍层摩擦学性能与氮化钢的摩擦学性能进行比较。研究表明,镀镍层与钛合金基体的结合强度达到了232 MPa,有足够高的结合力抵抗外界冲击,符合作为航空航天材料的要求;镀镍层的表面硬度达到527 Hv0.1,提高了钛合金表面的抗咬合、抗划伤能力,可以提高材料抗划伤切割的性能;在相同的干摩擦条件下,镀镍层磨损量仅为钛合金基体磨损量的1/47;而在水润滑条件下,镀镍层的磨损量则为钛合金基体磨损量的1/42,镀镍可以大大提高基体的抗滑动磨损性能;镀镍层和钛合金的抗磨粒磨损测试结果表明:在相同的试验条件下,镀镍层的磨损量为5.4mg/kr,钛合金的磨损量为28.9mg/kr,远大于镀镍层的磨粒磨损量,镀镍后钛合金抗磨粒磨损的性能得到极大提高。总之,钛合金施镀镍层不但具有良好的结合力,而且能极大提高钛合金的表面性能,与钛合金本身固有的高比强度和优良的耐蚀性相结合,将促进钛合金在航空航天工业中发挥重要作用。     

Graphene/SiO2纳米复合材料作为水基润滑添加剂的摩擦学性能

以石墨烯和正硅酸乙酯为原料用溶胶-凝胶法制备了Graphene/SiO₂纳米复合材料，用球盘式摩擦磨损试验机评价其作为水基润滑添加剂在不同载荷和浓度下的摩擦学性能。用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了摩擦副的表面形貌和元素特征。结果表明：在15N载荷工况下，Graphene/SiO₂纳米复合材料作为添加剂在超纯水中含量为0.2%(质量分数)时具有最佳的摩擦学性能，比超纯水的摩擦系数降低了17.9%，钢球磨损率降低了61.7%。基于磨损表面分析提出的润滑机制为：在摩擦过程中，Graphene/SiO₂纳米复合材料在磨损表面生成的物理吸附膜、Graphene的层状剪切作用以及SiO₂在磨损表面的修复作用和滚珠轴承作用，使超纯水的摩擦学性能提高。     

铣削GH4169高温合金用刀具的磨损机理

采用肯纳KYHS10陶瓷刀具对高温合金GH4169进行了高速铣削加工试验,结合Dino显微镜和扫描电镜观察了陶瓷刀具在高速铣削加工后的磨损形貌,并分析了在不同的切削参数下的刀具磨损机理。试验结果表明:陶瓷刀具的磨损形貌主要表现为沟槽磨损、前刀面月牙洼磨损、后刀面磨损、微崩刃和剥落等,主要的磨损机理为黏结磨损、扩散磨损、磨料磨损等,并且在不同的切削参数下磨损机理不同。黏结磨损随切削速度的提高逐渐加剧,磨粒磨损随切削速度的提高而下降。     

VN-Ag-MoO3复合材料的制备及宽温域摩擦学行为

利用真空热压烧结技术制备了VN-Ag-MoO₃复合材料,研究了Ag₂MoO₄对VN基复合材料组织结构及宽温域摩擦磨损性能的影响。结果表明:VN-Ag-MoO₃复合材料组织较致密,主要由VN、MoO₃和Ag组成,其中均匀分布于VN基体的MoO₃和Ag由Ag₂MoO₄经高温分解形成。宽温域摩擦磨损测试表明,Ag₂MoO₄的添加有效改善了室温(RT)~700℃温域范围VN陶瓷的摩擦磨损性能。其中,700℃时Ag₂MoO₄含量为10wt%的VN-10Ag-MoO₃的摩擦系数(0.285)和磨损率(1.37×10?5 mm3/(N·m))分别较VN降低了23%和72%,这归因于磨损表面的氧化钒、钒酸银和钼酸银等高温润滑相起到了优异的润滑及减磨作用。      

考虑后刀面磨损及过缝冲击的拼接模具铣削力建模与实验研究

针对拼接模具铣削过程中刀具易磨损引起铣削力变化的问题,对拼接模具铣削加工过程,提出了一种考虑球头刀后刀面磨损的铣削力建模方法。根据材料硬度的不同,把每一切削周期的切削厚度建成有关切削角度的函数关系,得到不同切削角度下的剪切力模型;同时将后刀面的摩擦效应力与后刀面磨损量建立函数关系,进而得到了不同切削角度下的摩擦效应力模型;最后通过引入单自由度斜体碰撞模型,采用等效弹簧阻尼法和霍普金森实验得到了冲击力模型。结合剪切力模型、摩擦效应力模型与冲击力模型得到了考虑后刀面磨损的拼接过缝处铣削力模型,最后对多硬度淬硬钢进行了铣削力实验。实验结果表明预测的铣削力幅值和变化趋势与实验值具有很好的一致性,验证了该铣削力建模方法的有效性,对拼接模具铣削加工工艺优化具有一定的理论指导意义。     

石墨烯/纳米Al2O3增韧Ti(C,N)基金属陶瓷的力学及摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了石墨烯(GNPs)和纳米Al₂O₃增韧的Ti(C,N)基金属陶瓷复合刀具材料(TAG)。研究了GNPs和纳米Al₂O₃对复合陶瓷材料微观结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。研究表明,GNPs和纳米Al₂O₃的添加对复合陶瓷材料的力学性能有明显的提高,当GNPs和纳米Al₂O₃含量(质量分数)为1%和5%时,复合刀具陶瓷材料(TA5G1)综合力学性能最优,其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为21.50 GPa、810.80 MPa和10.51 MPa·m^1/2。研究了复合刀具材料的摩擦磨损性能和磨损机理,研究结果表明,在TAG复合刀具材料中,TA5G1的摩擦磨损性能最优,其摩擦系数和磨损率分别为0.338和4.921×10^-6 mm³/(N·m),复合刀具材料的主要磨损形式为磨粒磨损和黏着磨损。     

石墨和MoS2对AerMet100基复合材料摩擦学性能的影响

为了提高AerMet100钢的摩擦学性能,以AerMet100钢粉为基体,添加MoS₂和石墨为固体润滑剂,采用粉末冶金工艺制备石墨/MoS₂/AerMet100复合材料;使用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、能谱仪（EDS）分析试样的微观形貌、相组成和元素含量,使用HT1000高温摩擦磨损试验机测试复合材料的摩擦学性能;研究了MoS₂和石墨含量对AerMet100基复合材料力学性能和摩擦学性能的影响,探讨了其减摩耐磨机理。结果表明：随着石墨含量的增加,复合材料的力学性能和摩擦学性能下降。当添加质量分数6.0%MoS₂和2.0%石墨时,AerMet100基复合材料的摩擦学性能最优,这主要归因于硬质相碳化物和润滑相硫化物的生成。     

钛合金表面阳极氧化着色及摩擦学特性研究

为了改善钛合金(TC4)的表面处理工艺,在钛合金表面获得均匀、绚丽的色光效果,提高钛合金的耐磨性,增进钛合金的功能性和色彩美。利用直流脉冲稳压电源对钛合金在0.15 mol/LH₃PO₄+0.1 mol/LH₂O₂混合溶液中进行阳极氧化着色处理,分析了电解电压及前后处理对着色氧钛薄膜颜色和性能的影响。采用光学显微镜和扫描电镜、维氏显微硬度计和球盘摩擦磨损试验机等分析了氧化膜的颜色、表面形貌、氧化膜的显微硬度和摩擦磨损性能。研究结果表明:表面预处理影响钛合金阳极氧化着色效果;封孔后处理可以有效提高氧化膜的抗污染能力。电压是决定氧化膜颜色最主要的因素,氧化膜颜色随电解电压呈规律性的变化;在电压为50 V时,钛合金阳极氧化膜具有最优异的力学性能和耐摩擦磨损性能。在钛合金表面通过阳极氧化制备一层光滑且致密的氧化钛膜,可显著提高钛合金的显微硬度和耐磨损性能,同时使之具有不同的颜色增加其装饰效果和艺术价值,不但节约着色成本,还可以扩大其应用范围,具有重要的经济意义。     

牛血清环境下等离子喷涂ZrO_2增强羟基磷灰石涂层的摩擦磨损性能

为了研究ZrO_2增强羟基磷灰石(HA)复合涂层在牛血清润滑环境下的摩擦磨损性能,首先,采用等离子喷涂技术在钛合金基体上制备了ZrO_2含量分别为0、15wt%和30wt%的HA生物陶瓷涂层;然后,分析了ZrO_2/HA复合涂层的物相成分和结合强度;最后,采用UMT-3销盘摩擦试验机研究了ZrO_2/HA复合涂层在牛血清润滑环境下的摩擦磨损性能,观察涂层磨损表面微观形貌并分析了磨损机制。结果表明:HA涂层的主要物相为HA,15wt%ZrO_2/HA复合涂层和30wt%ZrO_2/HA复合涂层中的ZrO_2以立方相形式存在,并且衍射峰强度高于HA的。随着ZrO_2含量增大,涂层的结合强度明显增大。ZrO_2/HA复合涂层与纯HA涂层相比,有更好的耐磨性和更低的摩擦系数。纯HA涂层的磨损机制以犁沟效应和磨粒磨损为主,而15wt%ZrO_2/HA复合涂层和30wt%ZrO_2/HA复合涂层的磨损机制为脆性剥落磨损。