非均匀磨损失效表面的激光仿生再生技术研究
发布时间：2021-02-27 11:41
磨损是造成机械部件失效的主要原因。在恶劣的工业生产环境中,大部分部件表面常常发生非均匀磨损。其中机床导轨表面的非均匀磨损现象尤为普遍。以铸铁为材料的导轨在发生非均匀磨损后,表面不同区域的残余淬火层厚度不一致,由于淬火层的硬度沿导轨的深度方向呈递减趋势,致使该失效表面的不同区域具有不同的组织、硬度和抗磨损性能。目前,大部分修复方法是通过单一的表面强化技术均匀的修复失效导轨。这种单一的表面强化技术通常以磨损较为严重的区域为基准进行修复,这对于发生轻微磨损的区域而言,无疑属于一种过度修复,加重了能源消耗。另外,这种单一修复技术无法对性能分布不均的失效表面直接进行加工,而是需要去除性能分布不均的残余淬火层,在获得性能均一的基体表面上进行加工。对于床身一体的机床而言,在对其导轨去除较厚的残余淬火层的过程中,往往容易造成导轨尺寸的严重缺失、机床有效使用时效的缩短,甚至彻底报废。由此,将造成人力和物力的双重浪费,有违绿色再生的理念。针对以上问题,本文基于绿色再生理念,受生物体表所具有的不同性能的多种模型启发,结合激光仿生技术,修复再生非均匀失效表面。对修复后的再生表面进行油润滑磨损试验,并以试验数据...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 选题意义
1.2 废旧导轨的非均匀磨损
1.2.1 非均匀磨损的诱因
1.2.2 影响非均匀磨损程度的因素
1.2.3 废旧导轨表面性能再生的必要性
1.3 表面性能的修复再生现状
1.4 激光修复方法
1.4.1 激光熔凝修复法
1.4.2 激光熔覆修复法
1.5 激光仿生修复及研究内容
1.5.1 仿生耦合学
1.5.2 激光仿生耦合法表面改性
1.5.3 本文主要研究内容
第2章 试验方法
2.1 试验材料
2.2 试样的制备
2.2.1 熔凝单元体（RU）的制备
2.2.2 双材料单元体（BU）的制备
2.2.3 激光仿生再生表面的设计
2.3 单元体形貌及性能检测
2.3.1 单元体的外观尺寸测量
2.3.2 显微硬度测量
2.4 油润滑往复磨损试验
2.5 试样表面磨损行为表征
2.5.1 压痕测量法
2.5.2 磨损表面形貌及粗糙度测量
2.6 纳米压痕测量法
2.7 数值模拟计算
第3章 非均匀失效表面的检测与分析
3.1 前言
3.2 非均匀失效表面的分区
3.2.1 非均匀失效表面形貌
3.2.2 非均匀失效表面的残余淬火层厚度
3.3 非均匀失效表面的组织和性能检测
3.3.1 非均匀失效表面的XRD检测
3.3.2 非均匀失效表面的组织分析
3.3.3 非均匀失效表面的硬度分析
3.3.4 非均匀失效表面的磨损量分析
3.3.5 非均匀失效表面的磨损形貌分析
3.4 修复再生失效表面的基本标准
3.4.1 失效表面抗磨损性能的提高
3.4.2 再生表面的磨损性能一致度
3.4.2.1 修复再生轻微非均匀失效表面
3.4.2.2 修复再生严重非均匀失效表面
3.5 本章小结
第4章 激光参数的优化
4.1 前言
4.2 正交方案设计
4.2.1 制备U型熔凝单元体（RU）的正交方案设计
4.2.2 制备凹型熔凝单元体（RU）的正交方案设计
4.2.3 试验因素对单元体横截面形貌影响
4.2.4 正交方案设计对U型单元体截面形貌影响
4.2.5 正交方案设计对凹型单元体截面形貌影响
4.3 本章小结
第5章 耦合熔凝单元体（RU）的再生表面函数模型建立
5.1 前言
5.2 熔凝单元体（RU）的组织和硬度
5.2.1 不同区域RU表面的XRD分析
5.2.2 不同区域RU表面的电镜组织分析
5.2.3 不同区域RU表面的硬度分析
5.3 耦合RU再生表面的磨损性能及函数关系式的建立
5.3.1 RU形状因素
5.3.2 RU间距因素
5.4 耦合RU再生表面的模型建立
5.4.1 Ⅰ级模型-RU形状
5.4.2 Ⅱ级模型-RU间距
5.5 本章小结
第6章 耦合双材料单元体（BU）的再生表面函数模型建立
6.1 前言
6.2 双材料单元体（BU）的组织及性能
6.2.1 双材料单元体（BU）的形状特征
6.2.2 双材料单元体的组织分析
6.2.3 双材料单元体的弹性模量与硬度分析
6.3 耦合BU的再生表面磨损性能及函数关系式的建立
6.3.1 BU硬度因素
6.3.2 BU形状因素
6.3.3 BU间距因素
6.4 修复再生表面（BU）的建模
6.4.1 Ⅰ级模型-BU硬度
6.4.2 Ⅰ级模型-BU形状和Ⅱ级模型-BU间距
6.5 本章小结
第7章 修复再生非均匀失效表面的方法及误差验证
7.1 前言
7.2 基准表面的再生设计
7.2.1 耦合RU单元体的再生表面组合
7.2.2 耦合BU单元体的再生表面组合
7.2.3 同时耦合RU和BU单元体的再生表面组合
7.3 再生表面的误差检测
7.3.1 非基准表面的硬度分组
7.3.2 误差结果分析
7.4 本章小结
第8章 总结
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光强化对滚动导轨耐磨性能的影响[J]. 孟泽华,王义强,郭宏,李莲星. 机械工程师. 2017(10)
[2]激光修复300M钢的组织及力学性能研究[J]. 刘丰刚,林鑫,宋衎,宋梦华,韩一帆,黄卫东. 金属学报. 2017(03)
[3]基于再制造的机床导轨表面激光熔覆修复关键技术研究[J]. 范君. 科技资讯. 2016(31)
[4]面向“中国制造2025”的增材再制造技术[J]. 朱胜,周超极. 热喷涂技术. 2016(03)
[5]升降轴座断裂用焊条电弧焊修复[J]. 梁清枝. 科技展望. 2016(19)
[6]激光修复工作中机器人技术的使用[J]. 张卫兵,龙凯. 信息系统工程. 2016(06)
[7]基于激光熔覆的车床主轴再制造[J]. 韩玉勇,鲁俊杰,李剑峰,孙杰,刘云辉. 中国表面工程. 2015(06)
[8]浅谈手工电弧焊修复技术[J]. 宋建程,陈维刚. 科技创新与应用. 2015(10)
[9]基于表面磨损的机床导轨副精度保持性模型[J]. 谭雁清,张连洪,王凯峰,胡亚辉. 农业机械学报. 2015(02)
[10]316L不锈钢沟槽型表面微织构减摩特性实验研究[J]. 厉淦,沈明学,孟祥铠,李纪云,李晓,彭旭东. 功能材料. 2015(02)
博士论文
[1]形态、材料耦元对灰铸铁抗疲劳磨损性能的影响[D]. 陈志凯.吉林大学 2016
[2]滑动导轨副磨损建模及精度保持性研究[D]. 谭雁清.天津大学 2014
[3]Fe-Cr-C-X堆焊合金显微组织演变及其耐磨性[D]. 周野飞.燕山大学 2013
[4]东方蝼蛄耦合特性、运动学建模及其功能仿生研究[D]. 张琰.吉林大学 2011
[5]不同仿生耦合单元体对蠕墨铸铁摩擦磨损性能的影响[D]. 孙娜.吉林大学 2010
[6]仿生非光滑耦合模具表面粘附性能研究[D]. 单宏宇.吉林大学 2009
[7]激光仿生耦合处理铸铁材料的抗热疲劳性能研究[D]. 佟鑫.吉林大学 2009
[8]蚯蚓体表减粘降阻功能耦合仿生研究[D]. 刘国敏.吉林大学 2009
硕士论文
[1]铸铁制动盘仿生表面的激光熔覆制备研究[D]. 朱旭.吉林大学 2017
[2]废旧机床精度再制造性分析与研究[D]. 史荣华.江苏理工学院 2016
[3]基于穿山甲鳞片型织构特征的刀具减摩机制研究[D]. 邓默.安徽大学 2016
[4]网状仿生耦合单元的特征参数对滚动导轨耐磨性的影响研究[D]. 骆海波.浙江大学 2016
[5]形态耦元及特征量对灰铸铁油润滑磨损性能的影响[D]. 高原.吉林大学 2015
[6]形状耦元及特征量对灰铁干滑动磨损性能影响[D]. 秦其富.吉林大学 2015
[7]混合润滑状态下配气凸轮磨损特性研究[D]. 张智.北京理工大学 2015
[8]机床再制造车间设施布局优化方法及支持系统研究[D]. 马辉杰.重庆大学 2015
[9]形态耦元及特征量对灰铸铁干磨损性能的影响[D]. 谢国峰.吉林大学 2014
[10]激光熔凝仿生耦合灰铸铁导轨的耐磨性研究[D]. 邓猛.太原科技大学 2014
本文编号：3054179
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 选题意义
1.2 废旧导轨的非均匀磨损
1.2.1 非均匀磨损的诱因
1.2.2 影响非均匀磨损程度的因素
1.2.3 废旧导轨表面性能再生的必要性
1.3 表面性能的修复再生现状
1.4 激光修复方法
1.4.1 激光熔凝修复法
1.4.2 激光熔覆修复法
1.5 激光仿生修复及研究内容
1.5.1 仿生耦合学
1.5.2 激光仿生耦合法表面改性
1.5.3 本文主要研究内容
第2章 试验方法
2.1 试验材料
2.2 试样的制备
2.2.1 熔凝单元体（RU）的制备
2.2.2 双材料单元体（BU）的制备
2.2.3 激光仿生再生表面的设计
2.3 单元体形貌及性能检测
2.3.1 单元体的外观尺寸测量
2.3.2 显微硬度测量
2.4 油润滑往复磨损试验
2.5 试样表面磨损行为表征
2.5.1 压痕测量法
2.5.2 磨损表面形貌及粗糙度测量
2.6 纳米压痕测量法
2.7 数值模拟计算
第3章 非均匀失效表面的检测与分析
3.1 前言
3.2 非均匀失效表面的分区
3.2.1 非均匀失效表面形貌
3.2.2 非均匀失效表面的残余淬火层厚度
3.3 非均匀失效表面的组织和性能检测
3.3.1 非均匀失效表面的XRD检测
3.3.2 非均匀失效表面的组织分析
3.3.3 非均匀失效表面的硬度分析
3.3.4 非均匀失效表面的磨损量分析
3.3.5 非均匀失效表面的磨损形貌分析
3.4 修复再生失效表面的基本标准
3.4.1 失效表面抗磨损性能的提高
3.4.2 再生表面的磨损性能一致度
3.4.2.1 修复再生轻微非均匀失效表面
3.4.2.2 修复再生严重非均匀失效表面
3.5 本章小结
第4章 激光参数的优化
4.1 前言
4.2 正交方案设计
4.2.1 制备U型熔凝单元体（RU）的正交方案设计
4.2.2 制备凹型熔凝单元体（RU）的正交方案设计
4.2.3 试验因素对单元体横截面形貌影响
4.2.4 正交方案设计对U型单元体截面形貌影响
4.2.5 正交方案设计对凹型单元体截面形貌影响
4.3 本章小结
第5章 耦合熔凝单元体（RU）的再生表面函数模型建立
5.1 前言
5.2 熔凝单元体（RU）的组织和硬度
5.2.1 不同区域RU表面的XRD分析
5.2.2 不同区域RU表面的电镜组织分析
5.2.3 不同区域RU表面的硬度分析
5.3 耦合RU再生表面的磨损性能及函数关系式的建立
5.3.1 RU形状因素
5.3.2 RU间距因素
5.4 耦合RU再生表面的模型建立
5.4.1 Ⅰ级模型-RU形状
5.4.2 Ⅱ级模型-RU间距
5.5 本章小结
第6章 耦合双材料单元体（BU）的再生表面函数模型建立
6.1 前言
6.2 双材料单元体（BU）的组织及性能
6.2.1 双材料单元体（BU）的形状特征
6.2.2 双材料单元体的组织分析
6.2.3 双材料单元体的弹性模量与硬度分析
6.3 耦合BU的再生表面磨损性能及函数关系式的建立
6.3.1 BU硬度因素
6.3.2 BU形状因素
6.3.3 BU间距因素
6.4 修复再生表面（BU）的建模
6.4.1 Ⅰ级模型-BU硬度
6.4.2 Ⅰ级模型-BU形状和Ⅱ级模型-BU间距
6.5 本章小结
第7章 修复再生非均匀失效表面的方法及误差验证
7.1 前言
7.2 基准表面的再生设计
7.2.1 耦合RU单元体的再生表面组合
7.2.2 耦合BU单元体的再生表面组合
7.2.3 同时耦合RU和BU单元体的再生表面组合
7.3 再生表面的误差检测
7.3.1 非基准表面的硬度分组
7.3.2 误差结果分析
7.4 本章小结
第8章 总结
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光强化对滚动导轨耐磨性能的影响[J]. 孟泽华,王义强,郭宏,李莲星. 机械工程师. 2017(10)
[2]激光修复300M钢的组织及力学性能研究[J]. 刘丰刚,林鑫,宋衎,宋梦华,韩一帆,黄卫东. 金属学报. 2017(03)
[3]基于再制造的机床导轨表面激光熔覆修复关键技术研究[J]. 范君. 科技资讯. 2016(31)
[4]面向“中国制造2025”的增材再制造技术[J]. 朱胜,周超极. 热喷涂技术. 2016(03)
[5]升降轴座断裂用焊条电弧焊修复[J]. 梁清枝. 科技展望. 2016(19)
[6]激光修复工作中机器人技术的使用[J]. 张卫兵,龙凯. 信息系统工程. 2016(06)
[7]基于激光熔覆的车床主轴再制造[J]. 韩玉勇,鲁俊杰,李剑峰,孙杰,刘云辉. 中国表面工程. 2015(06)
[8]浅谈手工电弧焊修复技术[J]. 宋建程,陈维刚. 科技创新与应用. 2015(10)
[9]基于表面磨损的机床导轨副精度保持性模型[J]. 谭雁清,张连洪,王凯峰,胡亚辉. 农业机械学报. 2015(02)
[10]316L不锈钢沟槽型表面微织构减摩特性实验研究[J]. 厉淦,沈明学,孟祥铠,李纪云,李晓,彭旭东. 功能材料. 2015(02)
博士论文
[1]形态、材料耦元对灰铸铁抗疲劳磨损性能的影响[D]. 陈志凯.吉林大学 2016
[2]滑动导轨副磨损建模及精度保持性研究[D]. 谭雁清.天津大学 2014
[3]Fe-Cr-C-X堆焊合金显微组织演变及其耐磨性[D]. 周野飞.燕山大学 2013
[4]东方蝼蛄耦合特性、运动学建模及其功能仿生研究[D]. 张琰.吉林大学 2011
[5]不同仿生耦合单元体对蠕墨铸铁摩擦磨损性能的影响[D]. 孙娜.吉林大学 2010
[6]仿生非光滑耦合模具表面粘附性能研究[D]. 单宏宇.吉林大学 2009
[7]激光仿生耦合处理铸铁材料的抗热疲劳性能研究[D]. 佟鑫.吉林大学 2009
[8]蚯蚓体表减粘降阻功能耦合仿生研究[D]. 刘国敏.吉林大学 2009
硕士论文
[1]铸铁制动盘仿生表面的激光熔覆制备研究[D]. 朱旭.吉林大学 2017
[2]废旧机床精度再制造性分析与研究[D]. 史荣华.江苏理工学院 2016
[3]基于穿山甲鳞片型织构特征的刀具减摩机制研究[D]. 邓默.安徽大学 2016
[4]网状仿生耦合单元的特征参数对滚动导轨耐磨性的影响研究[D]. 骆海波.浙江大学 2016
[5]形态耦元及特征量对灰铸铁油润滑磨损性能的影响[D]. 高原.吉林大学 2015
[6]形状耦元及特征量对灰铁干滑动磨损性能影响[D]. 秦其富.吉林大学 2015
[7]混合润滑状态下配气凸轮磨损特性研究[D]. 张智.北京理工大学 2015
[8]机床再制造车间设施布局优化方法及支持系统研究[D]. 马辉杰.重庆大学 2015
[9]形态耦元及特征量对灰铸铁干磨损性能的影响[D]. 谢国峰.吉林大学 2014
[10]激光熔凝仿生耦合灰铸铁导轨的耐磨性研究[D]. 邓猛.太原科技大学 2014
本文编号：3054179
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