304不锈钢激光表面微造型与其摩擦磨损性能研究

发布时间：2017-10-15 09:22

  本文关键词：304不锈钢激光表面微造型与其摩擦磨损性能研究

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【摘要】：在滑动摩擦中,对接触表面进行特殊的微造型处理可以有效减小摩擦损失。激光表面微造型是加工微坑形貌一种高效和可控的方法。由于激光束脉冲的强度高,微坑附近的表面区域也经历了熔化和快速重新凝固的过程。各国学者很少有人关注微坑周围凸起对摩擦性能和磨损行为的影响,相关研究文献也甚少。因此,研究不同参数对微造型形貌和尺寸的影响以及凸起在摩擦性能中的作用至关重要。本文介绍了激光表面微造型技术的研究现状,分析了加工过程中所涉及的物理现象及其对微造型形貌的影响,建立了脉冲激光烧蚀微坑的数值仿真模型,并进行了试验验证,讨论了不同激光参数对微造型形貌和尺寸的影响,研究了微造型及其凸起的摩擦磨损性能,具体内容如下:首先,详述了激光表面微造型的物理原理,分析了反冲压力、表面张力和辅助气体对熔融金属的流体动力学作用。以304不锈钢板为研究对象,综合考虑上述影响因素,建立了激光烧蚀微坑的数值仿真模型,分析了不同能量和脉冲个数对微坑形貌和尺寸的影响。进行了激光表面微造型的试验。采用控制变量法,研究了脉冲能量、脉冲个数和脉冲频率对微造型形貌的影响,脉冲能量、脉冲个数和强气压对微造型尺寸的影响,结合加工过程中出现的反冲压力在能量平衡中的作用以及表面张力在Marangoni流动中的作用,阐述了出现形貌和尺寸变化的原因,据此进行激光表面微造型的加工优化。进行了激光表面微造型的摩擦磨损试验。对比分析了不同工况下的普通试样、微造型试样和去除凸起的微造型试样的摩擦性能,发现未去除凸起的微造型试样有着最好摩擦性能,分析了微造型凸起在滑动摩擦中的作用机理,并进行了磨损实验。最后,论文对所做的工作进行了总结,并对今后的进一步研究方向进行了展望。
【关键词】：激光加工 微造型 微坑 凸起 摩擦磨损
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 研究背景与实用意义9-10
• 1.2 表面微造型技术10-12
• 1.3 激光表面微造型技术12-18
• 1.3.1 激光加工技术的发展12-13
• 1.3.2 激光表面微造型技术的应用研究13-16
• 1.3.3 国内激光表面微造型技术的研究进展16-17
• 1.3.4 激光表面微造型的仿真研究17-18
• 1.4 不同微造型形貌对摩擦性能的影响18-20
• 1.5 论文的主要内容和整体结构20-21
• 第二章 激光表面微造型的物理原理与有限元仿真21-34
• 2.1 物理模型21-22
• 2.2 流体与传热学模型22-25
• 2.2.1 流体力学连续性方程22
• 2.2.2 高速流动下的对流换热22-23
• 2.2.3 反冲压力在能量平衡中的作用23-24
• 2.2.4 Marangoni流对熔融金属的流体动力学作用24-25
• 2.3 激光加工过程中各要素影响25-27
• 2.3.1 材料对激光的反射和吸收25
• 2.3.2 激光热源25-26
• 2.3.3 辅助气体对熔融态金属的流体动力学的作用26-27
• 2.4 激光表面微造型有限元模型的建立27-30
• 2.4.1 建立模型的假设27-28
• 2.4.2 有限元模型的建立28-30
• 2.5 仿真结果讨论30-33
• 2.5.1 单脉冲微造型的作用过程30-32
• 2.5.2 不同激光参数对微造型尺寸的影响32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 激光参数对表面微造型形貌和尺寸的影响34-50
• 3.1 试验准备34-35
• 3.1.1 光纤激光器34
• 3.1.2 形貌观测仪器34-35
• 3.1.3 微造型材料35
• 3.2 试验步骤35-40
• 3.2.1 激光器参数的选择35-37
• 3.2.2 微形貌特性的表征37-38
• 3.2.3 激光表面微造型的影响因素38-40
• 3.3 激光表面微造型40-49
• 3.3.1 激光参数对微造型形貌的影响40-45
• 3.3.2 激光参数对微造型尺寸的影响45-47
• 3.3.3 强气压对微造型尺寸的影响47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 304不锈钢激光表面微造型的摩擦磨损试验50-60
• 4.1 试验准备50-51
• 4.1.1 摩擦磨损试验机50
• 4.1.2 对磨件50-51
• 4.1.3 试验条件及预处理51
• 4.2 试验步骤51-53
• 4.3 试验结果53-59
• 4.3.1 不同试样摩擦性能对比53-56
• 4.3.2 未抛光的微造型试样摩擦性能研究56-58
• 4.3.3 磨损试验58-59
• 4.4 本章小节59-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 5.1 总结与创新点60-61
• 5.1.1 本文总结60
• 5.1.2 创新点60-61
• 5.2 研究展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 攻读学位期间的学术成果与获得的荣誉67-69

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1 钟美鹏;;数控加工缸套工作表面微坑的方法研究[J];制造技术与机床;2006年04期

2 汪建春;;表面微坑电化学加工技术研究[J];职业圈;2007年17期

3 王s，

本文编号：1036333