检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：周驰驰苏州大学

学位级别：硕士

切削加工在机械制造行业中发挥着举足轻重的作用,被广泛应用于航空航天、汽车以及模具制造等领域,不断促进机械制造业的发展。但在加工钛合金此类难加工材料时,刀具快速磨损失效仍是切削加工中亟待解决的问题。近些年,随着表面微织构技... 详细信息

切削加工在机械制造行业中发挥着举足轻重的作用,被广泛应用于航空航天、汽车以及模具制造等领域,不断促进机械制造业的发展。但在加工钛合金此类难加工材料时,刀具快速磨损失效仍是切削加工中亟待解决的问题。近些年,随着表面微织构技术的不断发展,在刀具表面置入合理的表面微织构已被证实具有改善刀具切削性能的作用。此外,研究学者发现,添加了纳米颗粒的润滑液能够进一步提高润滑液的润滑性能,该种方法为润滑领域的推广提供新的思路。因此,结合表面微织构技术和纳米流体润滑技术,最大化发挥刀具的切削性能,得到研究学者越来越多的关注。本文基于以上两个领域的研究热点,把改善刀具的切削性能作为目标,提出在刀具前刀面上制备出沟槽型表面微织构,并结合纳米流体润滑技术,研究探索纳米流体与表面微织构耦合作用下对刀具切削性能的影响规律。主要研究工作如下:首先,运用“两步法”,通过将纳米Fe304颗粒添加到水基切削液基础液（CC）中,通过油酸（OA）修饰,并添加丙三醇加速分散,同时采用磁力搅拌以及超声振动处理。最终,制备出了质量分数为0.5%的Fe3O4纳米流体（NC）。利用沉淀法对纳米流体的稳定性进行了评估,结果表明,制备出的Fe3O4纳米流体稳定性较好,无明显沉淀现象。同时,利用激光加工技术在光滑的YG6X硬质合金样件表面制备出了不同尺寸参数的沟槽型与凹坑型表面微织构。其次,分析了纳米流体与表面微织构耦合作用下对硬质合金样件的摩擦磨损性能。通过整理分析摩擦系数、样件表面磨损形貌、磨球磨损率,研究发现.:纳米流体能够有效改善基础液的润滑性能,与一定尺寸形状的织构样件相互作用下能够表现出优异的抗磨减摩性能。并揭示了相应的减摩抗磨机理。再次,选择摩擦磨损试验中抗磨减摩性能最优的织构参数,进行了 YG6X硬质合金立铣刀织构刀具的制备（TP）,同时以无织构刀具（NT）作为对比。通过进行切削钛合金试验,探索纳米流体与表面微织构耦合作用下对刀具切削性能的影响,并揭示耦合作用机理。通过总结分析切削力、刀具使用寿命、加工工件表面粗糙度、刀具磨损形貌以及刀具磨损率的试验结果,研究发现:纳米流体与表面微织构耦合作用下能够有效提高刀具的切削性能。最终,分析了纳米流体与表面微织构的耦合作用机理。纳米流体与表面微织构的组合不仅仅是简单的叠加作用,而是发生了相互耦合作用。分析认为,在切削加工过程中,表面微织构的存在能够有利于切削液渗入到刀-屑接触区。而纳米流体在织构刀具表面良好的润湿性能,能够迅速覆盖并铺展在刀具表面,提供更大的润滑区域。同时,纳米粒子良好的延展性,在加工过程中,能够在刀-屑接触区被挤压变形并延展形成物理保护膜。同时,嵌入在润滑膜中的纳米粒子,展现出的“微滚珠”作用,能够使得摩擦副间的摩擦状况从滑动摩擦转变为滚动摩擦,从而能够降低摩擦,改善刀-屑接触区的润滑状况。除此之外,润滑膜的存在能够避免表面微织构被过快磨损失效,有利于最大程度发挥表面微织构的作用。因此,在纳米流体与表面微织构耦合作用机制下,刀具能够表现出优异的切削性能。

关键词：硬质合金刀具钛合金表面微织构纳米流体切削性能耦合作用

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超硬材料表面微织构成形用超精密切割工具与工艺

超硬材料表面微织构成形用超精密切割工具与工艺

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作者：郑治国沈阳工业大学

学位级别：硕士

超硬材料主要是指硬质合金类、氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、立方氮化硼CBN、聚晶金刚石PCD等,超硬材料具有高硬度、高耐磨性,已经广泛应用航空航天、军工、电子工业、机械工业、医疗器材、石材建材、清洁能源等领域。据国内外研究表明表面... 详细信息

超硬材料主要是指硬质合金类、氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、立方氮化硼CBN、聚晶金刚石PCD等,超硬材料具有高硬度、高耐磨性,已经广泛应用航空航天、军工、电子工业、机械工业、医疗器材、石材建材、清洁能源等领域。据国内外研究表明表面织构能够有效地减小工件磨损,提高加工精度以及表面光洁度。针对传统切削方法直接制备超硬材料表面微织构存在生产效率低、表面形貌较差等问题,本文提出采用超薄金刚石砂轮切割片对YG20硬质合金、氧化铝陶瓷及其表面微织构进行高速精密切割加工。研究不同工艺参数对其加工质量的影响,这为超硬材料的加工提供了新的加工方法和基础的试验参数。本文主要研究工作如下:（1）首先结合超硬材料表面去除的强度理论分析其表面去除机理,其次分析单颗磨粒划切超硬材料切割机理,确定其划切运动轨迹为抛物线。最后对刀具性能进行表征,得知金属结合剂除碳元素外铜锡元素比例为5:1,金属基划片微观形貌清晰,并且单颗金刚石磨粒完整。（2）以YG20硬质合金为研究对象,通过不同类型结合剂刀具和不同工艺参数,首先对硬质合金板进行切割,正交切割试验得出最佳工艺参数组合为主轴转速25000r/min,切割深度0.1mm,进给速度6mm/s。其次进行YG20表面织构的切割研究,依据最佳工艺参数组合研究单因素改变的情况下精密划片机主轴电机最大电流值、切割温度、刀具损耗、表面粗糙度等来探究对切割表面质量的影响,其中保持冷却水流量不变。（3）以氧化铝陶瓷为研究对象,结合金属基、树脂基划片和不同工艺参数,首先对氧化铝陶瓷板进行切割,通过正交试验和验证试验分析得到最佳工艺参数组合为主轴转速25000r/min,切割深度0.2mm,进给速度8mm/s。其次对氧化铝陶瓷表面织构进行切割,以氧化铝陶瓷板优方案为基础,研究单因素变化时不同工艺参数对氧化铝陶瓷表面织构切割质量的影响。（4）对硬质合金和氧化铝陶瓷进行单颗金刚石磨粒仿真,可以得出接触表面的残余应力以及切割力随着磨粒顶锥角和切割深度的变化有所不同,氧化铝陶瓷仿真残余应力、切割力较高;同一状态下切割力的变化规律与单刀分度切割时主轴电机电流值的变化相仿,符合实验规律。（5）对切割后金属结合剂切割片磨粒表面出刃情况进行系统分析,得知表面出刃情况良好,金刚石磨粒把持力大,磨削过程中极少数出现脱落现象,发挥了其切削的优良性能,磨削过程稳定。

关键词：超硬材料表面微织构高速切割超薄金刚石砂轮

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陶瓷刀具表面微织构的激光加工工艺基础及刀具磨损机理研究

陶瓷刀具表面微织构的激光加工工艺基础及刀具磨损机理研究

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作者：华显刚广东工业大学

学位级别：硕士

陶瓷刀具的快速磨损是制约淬硬钢等难加工材料高速切削加工的关键问题,高性能的表面微织构具有良好的减磨性能,该技术应用于陶瓷刀具表面将会极大的提高陶瓷刀具的切削性能。因此,本文针对激光参数对陶瓷刀具表面微织构制备的影响规律,... 详细信息

陶瓷刀具的快速磨损是制约淬硬钢等难加工材料高速切削加工的关键问题,高性能的表面微织构具有良好的减磨性能,该技术应用于陶瓷刀具表面将会极大的提高陶瓷刀具的切削性能。因此,本文针对激光参数对陶瓷刀具表面微织构制备的影响规律,以及表面微织构不同参数对陶瓷刀具切削性能的影响规律这两大核心问题开展了研究,具体工作如下：(1)采用ANSYS对355nm紫外激光加工陶瓷刀具过程进行仿真研究,分析了不同激光能量密度与扫描速度下,355nm紫外激光对陶瓷刀具材料去除的影响规律,与实验研究的结果作对比,同时为实验研究提供合适的参数选择范围。(2)采用单因素实验研究方法分析了不同激光参数对微织构制备的影响规律,结果表明：355nm紫外激光加工陶瓷刀具表面微织构的过程中,随着激光能量密度的增加,微织构的宽度逐渐增加,最终趋于25μm,微织构的深度也线性增大；激光扫描速度影响到材料在单位时间内接受到激光脉冲的个数,随着激光扫描速度的增加,微织构的宽度基本不变,微织构的深度逐渐减小；随着激光扫描次数的增加,微织构的宽度有所波动,整体呈现逐渐减小的趋势,微织构的深度线性增大；激光重复频率不仅影响光斑的重合度,还会改变单脉冲能量的大小,当频率在10kHz～30kHz之间时,随着频率的增加,微织构的宽度逐渐减小,微织构的深度逐渐增大；当频率在30kHz～ 40kHz之间时,随着频率的增加微织构的宽度和深度都急速减小；当频率在40kHz～ 50kHz之间时,随着频率的增加微织构的宽度和深度逐渐增加。最终选取了合理制备陶瓷刀具表面微织构的激光加工工艺参数。(3)采用ABAQUS有限元仿真软件对陶瓷刀具切削淬火钢的过程进行仿真研究,分析了微织构的置入对刀具切削温度和刀具应力分布的影响规律。根据仿真结果,选取不同的微织构形貌参数进行切削实验,并为刀具磨损机理的研究奠定理论基础。(4)采用单因素实验研究方法分析了不同激光参数对微织构制备的影响规律,结果表明：不同形貌微织构陶瓷刀具切削淬火钢后,横向微织构陶瓷刀具前刀面的磨损区域最小、磨损中心到切削刃的距离最远、磨损深度最小,并且横向微织构陶瓷刀具后刀面的磨损量最小；随着微织构深度的增加,刀具前刀面磨损区域逐渐增大、磨损中心到切削刃的距离越来越近、磨损深度逐渐增加,刀具后刀面的磨损量逐渐增大：随着微织构间距的增加,刀具前刀面磨损区域逐渐增大、磨损中心到切削刃的距离先增加后减小、磨损深度逐渐增加,刀具后刀面的磨损量逐渐增大；随着微织构宽度的增加,刀具前刀面磨损区域逐渐增大、磨损中心到切削刃的距离越来越近、磨损深度逐渐增加,刀具后刀面的磨损量逐渐增大。(5)采用SEM精细化的观察分析了刀具前、后刀面的磨损状况,研究了表面微织构陶瓷刀具的磨损机理。结果表明：微织构深度过大时,切削过程中刀具强度降低进而导致刀具破损；微织构间距过大时,切削过程中有效作用的微织构数量减少将会导致刀具磨损增加；微织构宽度过大时,切削过程中二次切削将会导致刀具磨损增加；横向微织构可以有效减少刀具与切屑的摩擦作用,减少刀具磨损。

关键词：激光加工陶瓷刀具表面微织构磨损机理工艺规律

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航空关节轴承摩擦副表面微织构减摩机制研究

航空关节轴承摩擦副表面微织构减摩机制研究

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作者：孙静婷沈阳工业大学

学位级别：硕士

航空关节轴承作为飞机起落架等关键核心型基础零部件,工作环境严苛而复杂,在承受大的装配应力、复杂载荷和贫润滑等工况下,其表面材料硬度降低,极易发生磨损失效。因此为了提高航空关节轴承的减摩耐磨性能,本文提出表面微织构技术作用... 详细信息

航空关节轴承作为飞机起落架等关键核心型基础零部件,工作环境严苛而复杂,在承受大的装配应力、复杂载荷和贫润滑等工况下,其表面材料硬度降低,极易发生磨损失效。因此为了提高航空关节轴承的减摩耐磨性能,本文提出表面微织构技术作用于航空关节轴承的工艺方法。该方法能够提升对关节轴承摩擦副表面的减摩性能,可以改善摩擦过程中的润滑情况,显著地提高工件表面的耐磨性,延长工作寿命。航空关节轴承摩擦副材料通常为304不锈钢和9Cr18不锈钢,针对关节轴承大载荷、贫润滑等极端工况下发生的磨损失效问题,本文首先采用fluent流体仿真软件研究不同形状、直径、间距和深度微织构对流体力学的影响规律,然后通过超声滚压技术进行试件表面强化,接下来借助激光加工法对强化后的工件进行织构化处理以获得试验所需表面,最后采用UMT TriboLab摩擦磨损试验机对304不锈钢表面摩擦磨损性能进行试验研究,观察不同粗糙度的表面、微织构直径、间距、深度与速度对流体力学的影响规律。模拟与试验结果表明:圆形、三角形和矩形微织构最大压力值依次为89600MPa、82100MPa和78900MPa。因此,圆形微织构动压润滑性能效果最好,三角形微织构次之,矩形微织构最差。微织构直径增加,最大压力值也随之增加。微织构间距增加,最大压力值呈先增大后减小的趋势。微织构深度为20μm时动压润滑效果最好。摩擦磨损试验中,在相同速度、载荷与润滑剂的条件下,带有微织构的试件表面减摩抗磨性能最佳。微织构间距为200 μm时,减摩性能最好。微织构深度为20μm时,摩擦系数最小。试件旋转速度增加,摩擦系数减小趋势变缓。

关键词：表面微织构航空关节轴承动压润滑摩擦系数磨损形貌

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表面微织构润滑减摩机理数值分析

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农业装备与车辆工程 2022年第12期60卷 72-75,86页

作者：任璞赵章行昆明理工大学机电工程学院云南省昆明市650500

作为内燃机的核心部件,活塞与缸套之间的摩擦磨损不仅影响内燃机使用寿命,还会增加油耗,影响排放。基于流体润滑理论,综合挤压膜雷诺方程、膜厚方程及周期边界条件,建立活塞-缸套之间润滑油膜的控制方程。针对耦合织构之间润滑油流场特... 详细信息

作为内燃机的核心部件,活塞与缸套之间的摩擦磨损不仅影响内燃机使用寿命,还会增加油耗,影响排放。基于流体润滑理论,综合挤压膜雷诺方程、膜厚方程及周期边界条件,建立活塞-缸套之间润滑油膜的控制方程。针对耦合织构之间润滑油流场特性进行分析,发现活塞-缸套间耦合织构在流体动压、空化效应以及瞬态涡流共同作用下可以有效减小摩擦副的摩擦系数。

关键词：内燃机表面微织构润滑减摩瞬态涡流摩擦系数

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人工髋关节表面微织构设计及减磨性研究

人工髋关节表面微织构设计及减磨性研究

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作者：史于涛天津理工大学

学位级别：硕士

关节置换为关节病变类疾病提供新的治疗方法。和天然关节相比,人工关节不具有自润滑功能,因润滑不足导致关节面磨损引发的关节失效问题依然突出。因此对人工关节耐磨性的研究具有重要意义。微织构自提出以来一直被应用于减磨领域,微织... 详细信息

关节置换为关节病变类疾病提供新的治疗方法。和天然关节相比,人工关节不具有自润滑功能,因润滑不足导致关节面磨损引发的关节失效问题依然突出。因此对人工关节耐磨性的研究具有重要意义。微织构自提出以来一直被应用于减磨领域,微织构不仅可以改变摩擦界面的接触类型,还可以改变摩擦界面的润湿性,增大润滑液在固体表面的黏附力。本文将微织构应用于人工关节,从数值仿真和试验两方面研究织构参数对人工关节减磨性的影响,主要工作总结如下:（1）基于雷诺方程建立仿生微织构的流体动压润滑理论模型,运用Matlab编程求解,得到计算域内的摩擦性能参数。分析了微织构参数对摩擦性能的影响,得出摩擦系数随着微织构的大小和深度的增加均是先增加后减小,存在最优的宽度和深度值使得摩擦系数最小的规律。（2）试验研究了激光加工参数对表面微织构加工质量的影响,利用Matlab对微织构深度的试验结果进行拟合,得到加工深度与激光参数的函数关系。（3）基于经典接触角模型,分析了接触角和黏附力的关系。通过试验测量微织构表面的接触角,分析了仿生微织构参数对接触角的影响,得出在一定范围内增大微织构的大小和深度有利于减小接触角的规律。（4）在不同的润滑状态下,通过摩擦磨损实验研究了微织构参数对摩擦系数的影响,试验结果表明仿生微织构在流体润滑和混合润滑的条件下都有减磨作用,通过改变微织构的参数可以调控摩擦界面的摩擦行为,实现减摩。

关键词：人工髋关节表面微织构流体动压模型润湿性摩擦磨损

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表面微织构铣刀切削CFRP的表面加工质量研究

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工具技术 2018年第11期52卷 40-44页

作者：陈亚东郭旭红张克栋盖立武郭大林周驰驰苏州大学苏州市职业大学

传统铣削加工碳纤维增强复合材料(CFRP)时容易产生表面加工质量缺陷。为改善CFRP表面加工质量,提出在刀具前刀面加工长条状表面微织构,制备出平行于主切削刃(记作PAM)和垂直于主切削刃(记作PEM)两种类型微织构铣刀,进行CFRP端铣试验。... 详细信息

传统铣削加工碳纤维增强复合材料(CFRP)时容易产生表面加工质量缺陷。为改善CFRP表面加工质量,提出在刀具前刀面加工长条状表面微织构,制备出平行于主切削刃(记作PAM)和垂直于主切削刃(记作PEM)两种类型微织构铣刀,进行CFRP端铣试验。与无织构刀具(记作NCM)铣削进行对比试验,对表面粗糙度和表面纤维剪切形貌进行分析研究,揭示两种类型的表面微织构对铣削0°、45°、90°和135°单向纤维铺层CFRP表面粗糙度及剪切方式的作用机理。结果表明:在表面微织构的作用下,PAM和PEM刀具铣削的表面粗糙度值有不同程度的降低,使得切屑纤维的弯曲程度改变,提高刀具对切屑的剪切能力,避免切屑产生的较大弯曲变形导致表面树脂或纤维的剥离。

关键词：表面微织构 CFRP 表面加工质量剪切形貌

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沟槽型表面微织构麻花钻的钻削性能仿真

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工具技术 2018年第6期52卷 71-76页

作者：邓大松郭旭红张克栋苏州大学

刀具表面置入微织构能够有效提高刀具切削性能和减小刀具磨损。针对麻花钻磨损严重问题,在麻花钻的前刀面刀—屑接触区域设计沟槽型表面微织构,利用Deform-3D软件建立表面微织构麻花钻钻削45钢的三维仿真模型,并研究沟槽宽度和间距对表... 详细信息

刀具表面置入微织构能够有效提高刀具切削性能和减小刀具磨损。针对麻花钻磨损严重问题,在麻花钻的前刀面刀—屑接触区域设计沟槽型表面微织构,利用Deform-3D软件建立表面微织构麻花钻钻削45钢的三维仿真模型,并研究沟槽宽度和间距对表面微织构麻花钻的钻削性能影响和作用机理。仿真结果表明:表面微织构的置入能够有效降低钻削力和减少钻头磨损,并改善麻花钻前刀面的最大温度分布,避免了最大温度的集中;当沟槽宽度增加时,钻削力呈先减小后增加的趋势;当微织构沟槽间距减小时,刀—屑接触区域内起作用的微织构数量增多,钻削力、钻削温度和钻头磨损呈减小趋势。

关键词：表面微织构麻花钻沟槽参数有限元仿真钻削性能

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刀具表面微织构对刀——屑界面特性的影响研究

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工具技术 2018年第10期52卷 32-38页

作者：逄明华马利杰河南科技学院

刀—屑界面的剧烈摩擦和高温会导致刀具快速磨损和加工效率低下。微织构作为用于刀具表面改善刀—屑界面特性和提高金属切削性能的一种方法,经证明效果明显。目前,关于微织构对刀—屑界面特性的影响机理及量化关系的研究较少,刀具微织... 详细信息

刀—屑界面的剧烈摩擦和高温会导致刀具快速磨损和加工效率低下。微织构作为用于刀具表面改善刀—屑界面特性和提高金属切削性能的一种方法,经证明效果明显。目前,关于微织构对刀—屑界面特性的影响机理及量化关系的研究较少,刀具微织构技术发展缓慢。本文利用激光打标机在刀具表面加工出不同参数的微织构,通过金属切削试验和理论模型解析,得到微织构刀具对刀—屑界面摩擦特性、刀—屑接触长度和刀—屑界面应力场等的影响关系。研究结果表明:刀具表面微织构降低了刀—屑界面的摩擦系数,减小了刀—屑接触和粘结区长度,改变了切削刃处的正应力和刀具表面应力场,为刀具表面微织构的研究和设计提供理论参考。

关键词：表面微织构刀—屑界面摩擦特性金属切削

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基于仿鲨鱼皮表面微织构的冷却流道散热特性研究

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机械工程与技术 2022年第3期11卷 283-291页

作者：宋佳欣林晓亮盛晓波王鹏衢州学院浙江衢州中国重汽集团济南动力有限公司发动机厂山东济南

散热对精密机械、电子器件的正常工作至关重要。基于自然界中鲨鱼皮的表面微组织结构,本文构建了光滑平直冷却流道模型和锯齿形、圆齿形两种仿鲨鱼皮表面微织构冷却流道模型,通过采用流固耦合方法进行数值模拟,分析对比了三种冷却流道... 详细信息

散热对精密机械、电子器件的正常工作至关重要。基于自然界中鲨鱼皮的表面微组织结构,本文构建了光滑平直冷却流道模型和锯齿形、圆齿形两种仿鲨鱼皮表面微织构冷却流道模型,通过采用流固耦合方法进行数值模拟,分析对比了三种冷却流道模型的散热效果。研究表明:两种仿鲨鱼皮表面微织构冷却流道模型相较于光滑平直冷却流道模型有比较明显的散热效果;齿高的增大和冷却液流速的提高都能增强两种仿鲨鱼皮表面微织构冷却流道模型的散热效果;冷却液流向与流道方向夹角的增大使两种仿鲨鱼皮表面微织构冷却流道模型的散热效果下降;相同条件下,锯齿形冷却流道模型相较于圆齿形结构的散热优势更为突出。研究结果可为散热优化研究提供参考。

关键词：鲨鱼皮仿生表面微织构散热特性流固耦合

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