【摘要】：目的研究超聲振動(dòng)輔助銑削加工鈦合金表面形貌及摩擦磨損性能的優(yōu)勢(shì)。方法將0、6、12μm的超聲振動(dòng)振幅分別施加到銑削加工的進(jìn)給方向加工TC4鈦合金,得到不同加工參數(shù)條件下的表面形貌。用多功能掃描電子顯微鏡觀察不同條件下的微觀表面形貌,并且對(duì)不同表面的摩擦磨損性能進(jìn)行了測(cè)試,分析了超聲振動(dòng)對(duì)表面摩擦磨損性能的影響。結(jié)果施加超聲振動(dòng)后,表面微觀形貌與傳統(tǒng)銑削加工存在較大區(qū)別。表面微觀形貌不僅存在因進(jìn)給速度產(chǎn)生的進(jìn)給劃痕,還存在一定規(guī)律的微觀織構(gòu)。摩擦磨損試驗(yàn)分析了干摩擦與潤(rùn)滑脂摩擦兩種情況。干摩擦條件下,超聲振動(dòng)對(duì)摩擦系數(shù)的影響較明顯,振幅為6μm時(shí),摩擦系數(shù)有所減小;振幅為12μm時(shí),摩擦系數(shù)有所增大。脂潤(rùn)滑條件下,摩擦系數(shù)變化較小。結(jié)論通過超聲振動(dòng)輔助銑削可以加工出具有一定微觀形貌的表面織構(gòu),這些微織構(gòu)的存在影響了加工表面的摩擦磨損性能,對(duì)于研究表面抗磨減阻性能有一定的作用。
【圖文】：

第46卷第8期馬超等：超聲振動(dòng)輔助銑削加工鈦合金表面摩擦磨損性能研究·117·似于魚鱗的表面排布。每齒進(jìn)給量與振幅的不同組合，會(huì)形成突起物以及凹坑等微觀織構(gòu)。從圖1可以看出，超聲振幅輔助銑削加工形成的表面微觀形貌，主要由進(jìn)給劃痕、刀具結(jié)構(gòu)尺寸引起的微小劃痕、突起物和凹坑組成。同時(shí)可以看出，在加工表面上會(huì)形成熔融球狀物。傳統(tǒng)的銑削加工機(jī)制是刀具切削金屬材料，在這個(gè)過程中，材料的彈塑性變形去除機(jī)制是構(gòu)成加工表面的主要原因。超聲振動(dòng)的引入改變了這種單一的切削機(jī)制。超聲振動(dòng)使得刀具以高頻率、小振幅的形式撞擊金屬材料，因此所加工出來的表面是在彈塑性變形去除和超聲撞擊的共同作用下形成的，可以通過該方法對(duì)一些難加工材料進(jìn)行切削加工。圖1不同振幅下的加工表面形貌（vc=47.10m/min，fz=8m）Fig.1Surfacetopographyatdifferentamplitudes（vc=47.10m/min，fz=8m）為了進(jìn)一步研究這種切削方式對(duì)加工表面的影響，在白光干涉儀下對(duì)表面粗糙度進(jìn)行分析。圖2是不同振幅下表面粗糙度和每齒進(jìn)給量的關(guān)系，可以看出，每齒進(jìn)給量較小時(shí)，表面粗糙度隨振動(dòng)幅度的增加而增大；每齒進(jìn)給量較大時(shí)，表面粗糙度隨振幅的增加而減校由此可以看出，每齒進(jìn)給量較小時(shí)，超聲撞擊機(jī)制起主導(dǎo)作用，振幅越大，表面越粗糙；每齒進(jìn)給量較大時(shí)，彈塑性切削機(jī)制起主導(dǎo)作用。兩種機(jī)制共同作用形成加工表面的最終形貌。圖2不同條件下的表面粗糙度Fig.2Surfaceroughnessindifferentconditions2.2摩擦磨損分析摩擦磨損試驗(yàn)主要研究超聲振動(dòng)輔助銑削加工表面微觀織構(gòu)對(duì)表面摩擦磨損性能的影響以及摩擦磨損的類型。摩擦過程中，微凸?fàn)畋砻嫦认嗷ソ佑|，表面織構(gòu)會(huì)發(fā)生劇烈的破壞和塑性變形，在這個(gè)過程中，表面微

在這個(gè)過程中，材料的彈塑性變形去除機(jī)制是構(gòu)成加工表面的主要原因。超聲振動(dòng)的引入改變了這種單一的切削機(jī)制。超聲振動(dòng)使得刀具以高頻率、小振幅的形式撞擊金屬材料，因此所加工出來的表面是在彈塑性變形去除和超聲撞擊的共同作用下形成的，可以通過該方法對(duì)一些難加工材料進(jìn)行切削加工。圖1不同振幅下的加工表面形貌（vc=47.10m/min，fz=8m）Fig.1Surfacetopographyatdifferentamplitudes（vc=47.10m/min，fz=8m）為了進(jìn)一步研究這種切削方式對(duì)加工表面的影響，在白光干涉儀下對(duì)表面粗糙度進(jìn)行分析。圖2是不同振幅下表面粗糙度和每齒進(jìn)給量的關(guān)系，可以看出，每齒進(jìn)給量較小時(shí)，表面粗糙度隨振動(dòng)幅度的增加而增大；每齒進(jìn)給量較大時(shí)，表面粗糙度隨振幅的增加而減校由此可以看出，每齒進(jìn)給量較小時(shí)，超聲撞擊機(jī)制起主導(dǎo)作用，振幅越大，表面越粗糙；每齒進(jìn)給量較大時(shí)，彈塑性切削機(jī)制起主導(dǎo)作用。兩種機(jī)制共同作用形成加工表面的最終形貌。圖2不同條件下的表面粗糙度Fig.2Surfaceroughnessindifferentconditions2.2摩擦磨損分析摩擦磨損試驗(yàn)主要研究超聲振動(dòng)輔助銑削加工表面微觀織構(gòu)對(duì)表面摩擦磨損性能的影響以及摩擦磨損的類型。摩擦過程中，微凸?fàn)畋砻嫦认嗷ソ佑|，表面織構(gòu)會(huì)發(fā)生劇烈的破壞和塑性變形，在這個(gè)過程中，，表面微觀形貌是主要的影響因素。摩擦磨損后的表面如圖3所示，破損表面會(huì)形成一層氧化層。圖3a和d為傳統(tǒng)的銑削加工方式，其產(chǎn)生的溝槽劃痕較深，破損延伸到較深的表面。破損表面主要為片狀粘附物、犁削劃痕以及凹坑，從表面形貌的特點(diǎn)可以看出，其磨損機(jī)理是典型的粘附磨損。而施加超聲振動(dòng)使摩擦磨損表面的溝槽劃痕變淺，表面犁削劃痕也變得很有規(guī)律，說明表面形貌改善了加工表面的抗?
【作者單位】： 山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院高效潔凈機(jī)械制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(51475275)~~
【分類號(hào)】：TG54;TG663

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本文編號(hào)：2519259