形状耦元及特征量对灰铁干滑动磨损性能影响

发布时间：2017-04-20 11:25

  本文关键词：形状耦元及特征量对灰铁干滑动磨损性能影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着制造业不断高速发展，在长时间工作中机床导轨因受到切削载荷而产生大量磨损,导轨副间隙变大，刀具的运动轨迹发生改变，引起加工精度下降，导轨耐磨性成为限制机床服役的关键因素。然而灰铁作为机床导轨常用的材料，本身具有较好的减震性、切削加工性等优点，具有不可替代性。所以在不改变基体材料条件下，研究延长其使用寿命的方法具有重要意义。 仿生学研究发现生物耐磨体表呈现复杂多样的形状,通过材料、形状、结构多种耦元协同作用优化性能，不同耦合方式可以得到不同性能。之前有关的研究都是单一形状耦元(点状、条纹状、网纹状)对材料耐磨性的影响，为了更接近生物模型功能原理，本文创新性的将不同形状耦元耦合（两种或两种以上形状耦元耦合），以获得更好的仿生效能。首先,本文以沈阳机床厂机床导轨所用灰铁为实验材料，，利用激光熔凝技术在基体材料表面加工出不同形状耦合仿生试样和单一形状耦合仿生试样，对比分析形状耦元对灰铁干滑动磨损的影响。其次，研究分析耦元特征量（点状耦元排布、耦元排布间距d、耦元排布角度α）对灰铁干滑动磨损的影响。最后，通过干滑动磨损实验结果、ANSYS应力-应变分析、表面磨损形貌以及三维形貌综合分析磨损规律，进而提出面向机床导轨的新型耦合仿生模型，对实际的生产提供理论依据。 实验结果表明，在本实验研究条件及范围内，与单一形状耦合仿生试样相比，不同形状耦元耦合可进一步提升耐磨性；点状耦元周期交错排布的耦合仿生试样的耐磨性好于点状耦元周期直线排布的耦合仿生试样；在耦元排布间距d相同条件下，当点状与条纹状耦合仿生试样的耦元排布角度α为45°时耐磨性最好；在耦元排布角度α相同条件下，当点状与条纹状耦合仿生试样的耦元间距为2mm时耐磨性最好；点状与网纹状耦合仿生试样与其具有相似的规律。 为探究其耐磨机理，本文结合磨损失重量、磨损表面形貌、三维形貌和ANSYS接触分析可知，不同形状耦元相互耦合协同作用可以改变表面应力分布，使基体所受的应力减小，磨损接触面积和接触机率减小，犁沟长度变浅变短，从而使试样的耐磨性提高。因此，可以改善基体表面硬质耦元的形状与分布，使不同形状的硬质耦元与较软的基体之间耦合形成较好的匹配，可减小粘着和磨粒磨损,进而延长机床导轨寿命。
【关键词】：灰铁 机床导轨 干滑动 耐磨性 耦元
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4;TH117
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-26
• 1.1 论文研究目的与意义10-12
• 1.2 文献综述12-24
• 1.2.1 滑动机床导轨使用中的磨损失效形式12-15
• 1.2.2 干摩擦磨损的特点及影响因素15-16
• 1.2.3 目前解决滑动机床导轨磨损问题的方法16-18
• 1.2.4 仿生学的发展18-20
• 1.2.5 耦合仿生耐磨材料研究最新进展20-22
• 1.2.6 激光耦合仿生技术22
• 1.2.7 ANSYS 滑动摩擦磨损应力应变分析22-24
• 1.3 本文研究的内容及方法24-26
• 第2章 实验方法26-34
• 2.1 实验材料26
• 2.2 实验方法26-31
• 2.2.1 激光参数优化实验设计制备26-28
• 2.2.2 形状耦元实验设计28-29
• 2.2.3 耦合仿生试样的制备29-30
• 2.2.4 磨损实验30-31
• 2.3 实验结果观察检测31-34
• 2.3.1 显微组织观察31
• 2.3.2 物相成分分析31
• 2.3.3 显微硬度测量31
• 2.3.4 滑动摩擦磨损三维形貌观察31-32
• 2.3.5 ANSYS 有限元数值模拟应力-应变分析32-34
• 第3章 形状耦元对灰铁干滑动磨损性能影响34-56
• 3.1 引言34
• 3.2 激光参数优化34-41
• 3.2.1 单元体宏观形貌特征观察34-37
• 3.2.2 单元体表面硬度测量结果37-39
• 3.2.3 最优激光参数单元体显微组织结构分析39-40
• 3.2.4 最优激光参数单元体硬度分析40-41
• 3.3 形状耦元对灰铁干滑动磨损性能影响41-49
• 3.3.1 形状耦元的设计41
• 3.3.2 形状耦元对灰铁干滑动磨损失重的影响41-44
• 3.3.3 形状耦元对灰铁干滑动磨损形貌的影响44-49
• 3.4 仿生材料耐磨机理分析49-54
• 3.4.1 耦合仿生材料应力应变有限元分析49-52
• 3.4.2 耦合仿生材料耐磨机理52-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第4章 形状耦元特征量对灰铁干滑动磨损性能影响56-72
• 4.1 引言56
• 4.2 点状耦元交错排布对灰铁干滑动磨损性能影响56-59
• 4.2.1 点状耦元交错排布设计制备56-57
• 4.2.2 点状耦元交错排布对灰铁干滑动磨损失重的影响57-58
• 4.2.3 点状耦元交错排布对灰铁干滑动磨损形貌的影响58-59
• 4.3 耦元排布角度对灰铁干滑动磨损性能影响59-64
• 4.3.1 耦元排布角度实验试样设计59
• 4.3.2 耦元排布角度对灰铁干滑动磨损失重的影响59-61
• 4.3.3 耦元排布角度对灰铁干滑动磨损形貌的影响61-64
• 4.4 耦元排布间距对灰铁干滑动磨损性能影响64-69
• 4.4.1 耦元排布间距实验试样设计64
• 4.4.2 耦元排布间距对灰铁干滑动磨损失重的影响64-65
• 4.4.3 耦元排布间距对灰铁干滑动磨损形貌的影响65-69
• 4.5 本章小结69-72
• 第5章 结论72-74
• 参考文献74-80
• 致谢80

【参考文献】

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本文编号：318593