高压静密封表面微织构设计及其密封性能的有限元分析

目的 提升金属高压密封环的静密封性能,保证HPD柴油机油泵体的密封效果.方法 基于逾渗理论与静密封原理,采用有限元仿真分析,研究密封环接触区微织构结构及分布特征对密封性能的影响规律,进而设计出在特定工况下密封环微织构的分布特征与几何尺寸.结果 在给定的工况下,确定在泵盖表面构造5处环状圆弧截面微织构.分别为:处于密封环上端面中心位置处,深度为30μm、宽度为200μm微织构;距密封环上端面中心位置0.3 mm左右两端,深度为15μm、宽度为220μm微织构;距离密封环上端面中心位置0.7 mm左右两端,深度为3μm、宽度为260μm微织构.所设计的微织构在不减少有效接触宽度的前提下,显著提升了局部接触压强值,从而提升了高压接触区密封性能.结论 微织构的存在会显著提升微织构两侧的接触压强峰值,且不影响其他接触区的接触压强分布.弧形截面的微织构相较于其他形状截面,性能最优.随着微织构深度的增加,接触压强峰值增加,但接触压强变化幅度越大,接触状态越不稳定;随着宽度的增加,接触压强峰值减小,但接触压强变化幅度越小,接触状态越稳定.多个微织构的密封环相比于单个微织构,接触状态有一定程度的改善.     

MoS2/Zr复合涂层高速钢刀具的切削性能研究

综合考虑了工件表面原子的微观状态,利用纳米颗粒特殊的高比表面能和高吸附特性,提出了一种可实现工件表面原子级去除的纳米胶体射流抛光方法。利用碱性胶体中纳米颗粒与工件的表面反应,设计了可实现超精密表面加工的纳米胶体射流抛光系统,并利用该系统对K9玻璃进行抛光。试验结果表明,纳米胶体射流抛光可实现超精密光学表面的抛光,抛光后表面粗糙度Ra小于1nm。      

硬质合金刀具车削Cr12Mn5Ni4Mo3Al不锈钢的试验研究

使用硬质合金刀具YW2进行Cr12Mn5Ni4Mo3Al不锈钢的干车削试验。分析了切削速度对车削力及表面粗糙度的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)观察刀具的磨损形貌。研究结果表明:使用硬质合金刀具YW2干车削Cr12Mn5Ni4Mo3Al不锈钢时,在小进给量和小背吃刀量切削的条件下,车削三向力的大小顺序为:径向力轴向力切向力;受积屑瘤的影响,表面粗糙度呈现出随车削速度的变化先减小后增大的变化趋势;硬质合金刀具后刀面磨损较轻微,而沿刀尖周围出现了较严重的粘结现象,前刀面上出现了较严重的划痕现象,低速时,前刀面还出现了贝壳状的剥落现象。     

TiAlN涂层刀具的抗高温特性研究

对生产中使用较多的多弧离子镀Ti0.45Al0.55N涂层进行了高温特性研究。采用SEM、EDS、XRD等方法考察了高温后的涂层表面并分析了涂层的失效机理,最后考察了温度对硬度的影响。结果表明:TiAlN涂层的最高抗氧化温度可达800℃;氧化及涂层与基体的热涨适配是涂层失效的主要原因;并得知TiAlN涂层刀具在高温下仍能保持高硬度。     

涂层刀具摩擦磨损特性的研究进展

总结了涂层摩擦学研究进展,对常见涂层摩擦磨损特性的研究现状进行了介绍,分析了各种涂层在摩擦过程中的磨损破损机制,并简要介绍了应用于摩擦学领域涂层的发展趋势.     

沉积时间对ZrTiN涂层微观结构及性能的影响

采用多弧离子镀膜法,在YT15及YG8硬质合金基体上沉积ZrTiN硬质涂层,并分析涂层微观形貌、物相组成、涂层的厚度、硬度及结合力等性能参数随沉积时间的变化。结果表明:沉积时间不会影响ZrTiN涂层的晶面指数,涂层中只有单一面心立方结构相形成,且晶面指数始终为(111);涂层的晶粒尺寸约为10nm且随沉积时间变化不大。沉积时间为120min时,涂层的显微硬度和结合力明显下降。     

WS2软涂层刀具的材料优选及涂层制备

运用有限元软件分析了不同基体材料和过渡层的基体表面WS2软涂层的残余热应力。结果表明弹性模量和热膨胀系数等参数是影响涂层残余热应力大小的主要因素。采用中频磁控溅射、多弧离子镀外加离子束辅助沉积工艺制备了4种WS2软涂层刀具并对其性能进行了测试,分析结果符合有限元计算的结论,发现残余热应力对WS2软涂层刀具的性能产生很大的影响,并发现Zr过渡层能有效促进WS2Ⅱ型织构的生长。     

机器人行星复合铣削技术验证实验

为提高大型铝合金构件的机器人铣削加工效率而不降低加工质量,开展机器人铣削对比实验研究,探索行星复合铣削方法在机器人切削加工领域应用的可能.提出一种机器人行星复合铣削工具系统,介绍其基本结构与运行原理,并通过建立刀尖运动轨迹模型比较机器人行星复合铣削与机器人端铣刀尖运动轨迹特征.开展Al-2024单因素机器人铣削试验,对比研究机器人行星复合铣削与沿X或Y方向进给的机器人端铣在加工效率、表面粗糙度和切削力等方面的差异.结果表明:相对于机器人端铣,机器人行星复合铣削的加工效率至少提升21.34%,表面粗糙度至少降低33.33%,同时其最大切削力分量和轴向切削力均优于机器人端铣.机器人行星复合铣削相当于多个间隔固定相位角的摆线铣削的有序组合;在相同机器人系统配置与加工参数组合的条件下,机器人行星复合铣削的加工性能优于机器人端铣.研究结果为实现大型铝合金构件高效机器人铣削提供了新方案.     

清洁切削高温合金涂层刀具切削性能及加工表面完整性

针对高温合金高速干切削刀具磨损严重、加工表面质量差等突出问题,基于清洁切削技术,采用硬质合金涂层刀具进行高速铣削高温合金GH2132试验,研究干式切削、液氮不同喷射温度对涂层刀具切削性能以及加工表面完整性的影响规律,探究运用清洁切削高温合金来延长涂层刀具寿命和提高加工表面质量的可行性。研究表明：液氮低温切削GH2132时的切削合力随喷射温度的降低而增大,切削区温度在-150～-190℃喷射时已完全处于低温状态;随着液氮喷射温度的降低,刀具涂层剥落面积明显减小,且降低了黏结磨损和氧化磨损,在-150℃喷射条件下可获得较长的刀具寿命;加工表面粗糙度S_a在-30～-150℃喷射条件下获得较小值,随喷射温度的降低,加工硬化和残余拉应力分别增大和减小;与干式切削相比,液氮切削喷射温度在-150～-190℃下可显著延长涂层刀具寿命并提高加工表面质量。     

镁合金低温切削性能及工艺参数优化

为改善镁合金的切削加工性能及加工表面完整性,优化切削加工工艺参数,基于拟水平法设计了四因素四水平正交车削试验,研究切削三要素以及切削介质（常温干切、液态二氧化碳和液氮）对ZK61M镁合金车削加工表面完整性的影响规律。实验结果表明：切削深度对切削力的影响最显著,进给量次之,切削速度的影响较小,低温切削能降低切削力,但对切削力的影响不显著;进给量对表面粗糙度和残余应力具有显著影响,随着进给量增大,表面粗糙度增大,并引入表面残余拉应力;冷却介质对表面粗糙度和表面残余应力具有次显著影响,相比于常温切削,采用低温切削能有效降低加工表面粗糙度,细化表层晶粒,增大表面残余压应力,同时,采用液态二氧化碳作为冷却介质的效果优于液氮。基于灰色关联分析得到ZK61M镁合金低温切削的最优工艺参数：v_c=100 m/min,f=0.05 mm/r,a_p=0.4 mm,采用液态二氧化碳作为冷却介质。用关联分析结果建立了工艺参数与加工质量间的响应预测模型,平均误差为7.93%。