發(fā)布時(shí)間：2020-04-26 22:21

【摘要】：隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展,制造業(yè)高精度、高效率、高柔性化發(fā)展的趨勢(shì)日益凸顯。機(jī)床作為裝備制造業(yè)的核心組成部分,其產(chǎn)品性能、精度、壽命等要求也越來(lái)越高。然而,在低速、重載等工況條件下,機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)給系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)爬行跳動(dòng)現(xiàn)象,影響機(jī)床定位精度和靈敏度,降低其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性,進(jìn)而對(duì)產(chǎn)品加工質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。因此提出一種有效抑制機(jī)床導(dǎo)軌爬行現(xiàn)象,減小摩擦磨損,提高使用壽命的表面處理方法具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文以機(jī)床導(dǎo)軌摩擦副為研究對(duì)象,系統(tǒng)開(kāi)展了激光表面復(fù)合織構(gòu)相關(guān)理論與試驗(yàn)研究。首先,開(kāi)展了激光表面復(fù)合織構(gòu)工藝試驗(yàn),采用SPI光纖脈沖激光器對(duì)GCr15軸承鋼表面進(jìn)行激光微織構(gòu)加工,考察激光功率、脈沖寬度、重復(fù)次數(shù)等激光參數(shù)對(duì)織構(gòu)點(diǎn)形貌的影響,探究不同織構(gòu)形貌的形成機(jī)理。其次,建立機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型,推導(dǎo)出機(jī)床爬行臨界速度的計(jì)算模型,并模擬分析動(dòng)靜摩擦系數(shù)差對(duì)機(jī)床爬行振動(dòng)情況的影響。再次,在RETC摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)中模擬實(shí)際導(dǎo)軌接觸情況,進(jìn)行銷-盤摩擦磨損試驗(yàn),模擬機(jī)床起始工況,探究不同織構(gòu)形貌對(duì)爬行現(xiàn)象的抑制效果。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)毛化織構(gòu)形貌開(kāi)展系統(tǒng)研究,探究激光毛化作用對(duì)導(dǎo)軌材料試樣表面金相組織、硬度、殘余應(yīng)力等性能的影響,同時(shí),針對(duì)不同密度的毛化織構(gòu)試樣進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn),考察毛化織構(gòu)對(duì)試樣表面摩擦磨損性能的影響。最后,為進(jìn)一步改善導(dǎo)軌表面潤(rùn)滑狀態(tài),進(jìn)行了銷-塊往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn),考察固體潤(rùn)滑添加劑與微織構(gòu)表面結(jié)合對(duì)表面潤(rùn)滑狀態(tài)的影響。得到了以下主要結(jié)論:(1)采用SPI納秒光纖激光器,單次激光作用時(shí),在不同的功率條件下,脈寬較小(1000μs)時(shí)可加工出毛化凸起形貌,增大脈寬到一定值,凸起形貌消失,凹坑形貌逐漸形成。在功率脈寬一定時(shí),增大重復(fù)次數(shù)到一定范圍,會(huì)形成較光整的凹坑形貌,但重復(fù)次數(shù)過(guò)大,則會(huì)導(dǎo)致熱效應(yīng)累積,形成大量熔渣堆積。(2)推導(dǎo)出機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)爬行臨界速度數(shù)學(xué)模型,結(jié)果表明爬行臨界速度主要受動(dòng)靜摩擦系數(shù)差、系統(tǒng)剛度、阻尼、工作臺(tái)質(zhì)量等因素影響。其中,動(dòng)靜摩擦系數(shù)差影響最大,ADAMS軟件中的模擬結(jié)果也驗(yàn)證了這一結(jié)論。(3)在光滑試樣表面加工出不同的表面織構(gòu)形貌對(duì)爬行現(xiàn)象均有較為明顯的抑制效果,毛化織構(gòu)爬行抑制效果顯著優(yōu)于凹坑織構(gòu)和網(wǎng)紋織構(gòu);凹坑四周存在熔渣凸起結(jié)構(gòu)的表面對(duì)爬行現(xiàn)象的抑制效果優(yōu)于凹坑四周光滑的表面;潤(rùn)滑油量對(duì)于凹坑織構(gòu)和網(wǎng)紋織構(gòu)的爬行抑制效果有一定的影響,而對(duì)于凸起織構(gòu)表面爬行抑制效果無(wú)明顯影響;織構(gòu)密度過(guò)大或過(guò)小都不利于爬行現(xiàn)象的抑制,28.2%織構(gòu)密度的毛化形貌抑制爬行的效果最佳。(4)激光毛化作用后,毛化熔凝區(qū)晶粒細(xì)化,毛化點(diǎn)最大硬度較基材區(qū)增大約4倍,毛化作用區(qū)表現(xiàn)出一定的殘余拉應(yīng)力;不同織構(gòu)密度的毛化試樣在油潤(rùn)滑條件下,摩擦系數(shù)均小于未織構(gòu)試樣,摩擦系數(shù)隨織構(gòu)密度的增大而減小;毛化試樣在油潤(rùn)滑介質(zhì)中表現(xiàn)出較好的耐磨性,相同條件下,毛化織構(gòu)試樣最大磨痕深度遠(yuǎn)低于未織構(gòu)試樣。(5)對(duì)于光滑表面和織構(gòu)表面而言,在潤(rùn)滑油中添加一定含量的納米固體潤(rùn)滑添加劑均有一定的減摩效果,且含納米MoS_2添加劑的潤(rùn)滑油潤(rùn)滑效果優(yōu)于含納米Gr添加劑的潤(rùn)滑油;納米固體潤(rùn)滑添加劑與微織構(gòu)表面結(jié)合,有較佳潤(rùn)滑抗磨效果;控制載荷一定,往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率越大,微織構(gòu)表面與納米固體潤(rùn)滑添加劑復(fù)合減摩效果越顯著;在往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率一定的條件下,載荷越大,微織構(gòu)表面與納米固體潤(rùn)滑添加劑耦合潤(rùn)滑減摩效果相對(duì)越好。
【圖文】：

圖 1.1Stribeck 曲線Fig.1.1 Stribeck curveck 曲線，兩個(gè)相互接觸的表面之間的潤(rùn)滑狀態(tài)隨速靜摩擦狀態(tài)（圖中 I 階段）相對(duì)運(yùn)動(dòng)開(kāi)始之前，摩擦力為靜摩擦力，摩擦力主的作用下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生能量損失，兩物體之間只運(yùn)動(dòng)。邊界潤(rùn)滑狀態(tài)（圖中 II 階段）剛開(kāi)始階段，速度較低，兩表面還未完全分離，接觸小油膜，稱為邊界膜，此時(shí)所形成的摩擦稱為邊界界潤(rùn)滑狀態(tài)。此階段摩擦力的運(yùn)動(dòng)特性取決于固態(tài)性不穩(wěn)定，在此階段較容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。

（a）球冠狀形貌 （b）火山口狀形貌 （c）W 狀形貌圖 1.2 三種典型的激光毛化形貌Fig.1.2 Threetypicalmicrostructuresoflaser texturing在此之后，大量國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)毛化形貌的形成機(jī)理做了大量的理論和試驗(yàn)工作，萬(wàn)大平[31]等利用有限元法，對(duì)脈沖激光毛化過(guò)程中的應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、液動(dòng)狀態(tài)等進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。D.DU[32]、劉瑩[33]等利用 YAG 激光器在軋輥表工出球冠狀毛化形貌，并分析了不同工藝參數(shù)對(duì)形貌尺寸的影響規(guī)律。S.C.CD.Bennett 等[34-35]分析了球冠狀、火山口狀和 W 狀毛化形貌的各自形成機(jī)理。激光毛化技術(shù)由于其良好的技術(shù)效果，在工程上得到了良好的應(yīng)用。首先，型是由于材料受激光作用熔凝形成，在此過(guò)程中材料發(fā)生局部重熔，溶化和凝極快，熔池內(nèi)部金屬凝固后獲得比較致密的顯微組織，表面機(jī)械力學(xué)性能大大。其次，毛化形貌具有微凸起的結(jié)構(gòu)特征，，可以改變兩個(gè)接觸表面的摩擦特性可以分開(kāi)兩接觸表面，降低材料之間的粘著與吸附。目前，激光毛化技術(shù)已在
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG665;TN249

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2641954