基于仿生表面織構(gòu)改善摩擦學(xué)性能的顯著效果,如何將優(yōu)選潤滑減磨性能較好的凹槽型織構(gòu)合理地布置于牙輪鉆頭滑動軸承軸頸表面是目前亟待解決的難題之一。本文通過納秒激光微加工和非接觸式三維光學(xué)表征方法,開展納秒激光功率、掃描次數(shù)和掃描速度對鉆頭滑動軸承軸頸表面燒蝕凹槽織構(gòu)幾何尺寸和加工精度影響規(guī)律的實驗研究,結(jié)果表明,納秒激光燒蝕工況下,凹槽織構(gòu)深度隨激光掃描次數(shù)增加逐漸增加,而凹槽寬度基本保持不變;凹槽織構(gòu)寬度隨掃描速度的增加逐漸減小。寬度為478μm,深度為30μm凹槽織構(gòu)初步優(yōu)選的激光燒蝕參數(shù)為:功率35 W,掃面次數(shù)3次,掃描速度100 mm/s。該研究為優(yōu)選凹槽織構(gòu)布置于牙輪鉆頭軸承摩擦副表面提供了納秒激光加工工藝與表征方法,其將推動仿生表面織構(gòu)納秒激光微加工技術(shù)在鉆頭滑動軸承減磨抗摩領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用。 

【文章來源】：激光與紅外. 2020,50(12)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

環(huán)試件結(jié)構(gòu)示意圖

采用HM50激光燒蝕設(shè)備將凹槽型織構(gòu)均與布置于環(huán)試件表面,設(shè)備主要參數(shù):最大激光功率50 W,重復(fù)頻率1～1000 kHz,波長1064 nm,加工范圍100 mm×100 mm,深度≤1.2 mm,定位精度±3 μm,速度≤7000 mm/s,工作溫度環(huán)境:15～35 ℃。納秒激光加工系統(tǒng)的示意圖如圖2所示,由納秒激光器發(fā)出的入射光束依次經(jīng)過掃瞄鏡X、振鏡電機X、掃瞄鏡Y、振鏡電機Y,然后通過場鏡聚焦到待打標(biāo)工件表面。然后采用布魯克公司生產(chǎn)的非接觸式三維光學(xué)輪廓儀對已加工的織構(gòu)化試件進(jìn)行表面加工質(zhì)量的測量,采用白光干涉儀對織構(gòu)三維形貌及表面特征進(jìn)行觀察。3 激光參數(shù)對凹槽型織構(gòu)幾何參數(shù)的影響

圖3為激光功率為25 W、30 W、35 W、40 W,掃描速度為100 mm/s時,掃描次數(shù)對凹槽深度和寬度的影響曲線圖。結(jié)果表明,同一激光功率的條件下,隨著掃描次數(shù)的增加,凹槽織構(gòu)的深度逐漸增加而凹槽寬度基本保持不變;掃描次數(shù)一定時,凹槽深度和寬度均隨著激光功率的增加而呈遞增趨勢。激光功率增加,單個脈沖光斑上所聚集的能量越多,對材料燒蝕能力增大,因此凹槽寬度和深度越大。其中激光功率為40 W時,凹槽深度為50 μm,凹槽的寬度最大為487 μm。為了研究掃描次數(shù)對凹槽幾何形貌的影響,使用白光干涉儀對激光功率35 W、掃描速度為300 mm/s的凹槽織構(gòu)進(jìn)行三維掃描,具體見圖4。當(dāng)掃描次數(shù)為2次時,凹槽內(nèi)壁粗糙,激光脈沖對材料的去除不完全,凹槽深度較淺;當(dāng)掃描次數(shù)為3次時,如圖4(b)所示,凹槽的深度增加且內(nèi)壁較為光滑整潔,加工質(zhì)量理想;當(dāng)掃描次數(shù)增加到4次時,凹槽織構(gòu)深度最深,但凹槽邊緣有少量的金屬堆積物。因此,對于不同激光加工功率,選擇合適的掃描次數(shù)對凹槽織構(gòu)的幾何尺寸和加工質(zhì)量顯得尤為必要。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3483794