仿生耦合处理灰铸铁滑动磨损性能研究

发布时间：2019-11-04 18:43

【摘要】：灰铸铁因其具有良好的铸造性能、切削加工性能、抗震性能和低廉的成本而广泛应用于制造各类机床导轨。作为机床重要组成部分的机床导轨,其耐磨损性能的好坏,直接决定着机床的加工精度和使用寿命。近年来,传统机床行业正在向着中高端、数控化高精密重载机床发展,导轨的各项技术指标要求也相应提高,机床导轨的耐磨性限制了机床的加工精度和稳定性的提高。滑动机床导轨的磨损形式主要是磨粒磨损和粘着磨损。相较于传统方法,本文采用激光熔凝的手段,在灰铸铁表面构建具备自然界耐磨损生物原型耦合特征的仿生耦合结构,在干滑动磨损和油润滑滑动磨损情况下,分别对仿生耦合试样的耦元材料、耦元形状、条状耦元的特征量(处理面积和磨损角度)对耐磨损性能的影响进行了研究,并探讨了仿生耦合灰铸铁的磨损机理。取得的主要结论如下:1.揭示了仿生耦合单元体与基体间显微硬度差值对试样的干滑动磨损性能的影响,随着仿生耦合单元体与基体表面的显微硬度差值的增大,试样的磨损失重量呈现一个先减小后增大的趋势。当仿生耦合单元体的显微硬度与对磨副相当时,仿生耦合试样的磨损失重量最少,耐磨损性能最优。2.阐明了形状耦元对仿生耦合处理试样的干滑动耐磨损性能的影响,网状仿生耦合试样的耐磨损性能最优,在载荷和运行速度改变时,网状仿生耦合试样仍具有优良的耐磨损性能。点状仿生耦合试样、条状仿生耦合试样相较于未处理试样,分别能够提高其耐磨损性能的70.1%和197.2%。3.针对条状耦元的分布以及磨损角度对仿生耦合试样干滑动磨损性能的影响进行阐述,相邻单元体之间的间距变小,试样的磨损失重量减小,耐磨损性能提高。相邻单元体之间的间距不变时,磨损角度为45°的仿生耦合试样的耐磨损性能最优。横向单元体在磨损过程中主要起着支撑作用,试样的磨损失重量与单元体面积呈现反比例关系,纵向单元体在磨损过程中主要起着阻碍磨粒前进和犁沟延伸的作用。磨损角度对于试样磨损失重量的影响,归纳为:?m=?m0-0.0212S?Cosα-0.0241S?Sinα。4.针对油润滑条件下,提出了显微硬度刻痕法来研究仿生耦合试样的磨损性能,分别以显微硬度刻痕的面积变化和由显微硬度刻痕高度变化计算所得的磨损失重量来描述仿生耦合试样的油润滑磨损性能,同时在干磨损的情况下对显微硬度刻痕法的可靠性进行验证。5.采用显微硬度刻痕法,揭示了不同形状耦元对仿生耦合处理试样油润滑磨损性能的影响机制,不同耦元形状仿生耦合试样的耐磨损性能的排列顺序:未处理试样点状仿生耦合试样条状仿生耦合试样全熔凝处理试样网状仿生耦合试样。6.在油润滑条件下,阐述了单元体面积和磨损角度对仿生耦合试样滑动磨损性能的影响机制。当磨损距离为6000m时,试样的磨损失重量随着横向单元体的面积增大而减小:?m=6.18024-0.00909?ran;纵向单元体的面积对试样磨损失重量的影响:?m=6.18938-0.00956?ong;磨损角度对于油润滑条件下试样磨损性能的影响:?m=?m0-0.00909S?Cosα-0.00956S?Sinα。7.揭示了单元体的非均匀排布对仿生耦合处理试样磨损性能影响的规律。单元体非均布型仿生耦合试样的耐磨损性能排列:非中心对称型非均布仿生耦合试样中心对称型非均布仿生耦合试样均布型仿生耦合试样。均布型仿生耦合试样的耐磨损性能最优,根据机床导轨受力不均的特点,可以采用非均布型仿生耦合结构来提高导轨的耐磨损性能。
【图文】：

燕尾形导轨,三角形导轨,滑动导轨,结构示意图

1.1 滑动导轨结构示意图: (a)三角形导轨; (b) 矩形导轨; (c) 燕尾形导轨;圆形导轨g.1.1 The sketch of sliding guideway：(a) Triangle guideway; (b) Rectangguideway; (c) Dovetail guideway; (d) Circular guideway

模型图,磨粒磨损,模型,表面

图 1.2 磨粒磨损模型[32]Fig.1.2 The Modal of abrasive wear[32]对象的数量以及特性，将磨粒磨损分成三成形式：1.三对象间产磨表面之间，，随着磨损的进行，磨粒将在较软对磨材料的表面
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG143.2

【参考文献】