激光复合织构拉深模表面的摩擦学行为研究

发布时间：2020-04-16 19:45

【摘要】：模具是金属加工业基础装备之一,板料拉深成形在各行业发挥重要作用。拉深模具与工件间的摩擦副系统,其摩擦学特性不仅对工件的成形质量有重要影响,对拉深模具的服役寿命也至关重要。因此研究拉深模具与工件之间的摩擦学特性具有理论和工程指导意义。研究表明,在模具表面关键敏感区域,设置激光复合织构,可实现对模具表面最优摩擦特性分布,进而控制板料塑性变形和材料流动,改善成形件质量。而模具表面激光复合织构形貌的耐久性,是判断模具表面激光复合织构技术,能否进行大规模实际工程推广的关键因素。因此,本文以模具钢表面激光复合织构的摩擦学行为为研究内容,对模具钢表面进行激光复合造型加工,开展在油润滑状态下的复合织构摩擦学性能试验。以期通过改善拉深模具与板料之间的接触状态,优化拉深模具表面摩擦学特性,减小表面磨损,延长服役寿命,并提高成形件质量。论文主要研究内容如下:第一部分:激光复合织构工艺试验研究。首先,在冷作模具钢Cr12表面,通过激光复合造型工艺,加工出一定规则尺寸及分布的毛化织构及微造型织构,并采用单因素轮换法,分别研究SPI光纤激光系统中两个重要参数(激光功率、脉宽)对复合造型尺寸参数的影响。其次,对激光毛化织构进行金相微观表征,并对毛化织构和未造型试样进行硬度检测。试验结果表明:毛化织构直径和高度与激光功率均呈正相关关系,即激光功率增加,毛化织构直径和高度均增加;脉宽增加,毛化织构直径增加,毛化织构高度呈现先增加后减小趋势。凹坑直径与激光功率和脉宽均呈正相关关系,随激光功率和脉宽增加,凹坑直径增加;凹坑深度与激光功率和脉宽之间非简单线性关系;与基材相比,毛化织构金相组织更致密,显微硬度值也更大。第二部分:冷作模具钢表面毛化织构的摩擦学研究。研究冷作模具钢Cr12表面凹顶球冠状毛化织构和火山口毛化织构面积占有率以及工况参数中载荷和速度对摩擦学特性的影响规律。研究结果表明:凹顶球冠状毛化织构面积占有率越大,摩擦系数与磨损量都越大;火山口毛化织构试样最优毛化面积占有率为27.3%,其对应的试样表面摩擦系数和磨损量最小;在试验范围内,面积占有率为27.3%的火山口毛化织构试样摩擦系数最小,面积占有率为7.6%的凹顶球冠状毛化织构试样磨损量最小;在油润滑状态下,摩擦系数随载荷增加呈先减小后增加趋势,摩擦系数随线速度增加呈减小趋势。第三部分:热作模具钢表面毛化织构的摩擦学研究。研究热作模具钢5CrNiMo表面M状毛化织构面积占有率和毛化高度对摩擦学特性的影响规律。研究结果表明:M状毛化织构面积占有率对稳定后的摩擦系数影响不大,但面积占有率越大,跑和阶段摩擦系数波动越小,磨损量越小;M状毛化织构高度对稳定后的平均摩擦系数影响较大,毛化织构高度越高,其平均摩擦系数越大;面积占有率为45%,高度为h=3.5μm的M状毛化织构试样减摩耐磨特性最好,与光滑试样相比,试样摩擦系数减小约85%,磨损量减小约99%;跑和阶段,试样表面磨损量是总过程磨损量的58%~62%。此外,试样在跑和阶段主要以犁沟磨损为主,稳定阶段主要以黏着磨损为主。
【图文】：

塑性成形,摩擦系数,因素,产生影响

工件间的摩擦副系统，其摩擦的服役寿命也至关重要。由于生表面，因此模具与工件之间及到摩擦学、弹塑性力学、热塑性成形中摩擦系数的影响因与传统机械行业不同，其影响原因是：（1）金属塑性成形触界面的摩擦系数也随时间不表面变形产生影响；（3）金超越材料的屈服极限，，因此摩，进而对润滑状态产生影响；表面间的接触状态。因此，对具有重大意义。

表面织构,毛化技术,激光毛化技术,靶材

（1）凸起 (2)凹坑 (3)凹槽图 1.2 三种表面织构几何形貌Fig.1.2 Three kinds of surface texture（1）激光毛化技术研究进展激光毛化技术是利用高能量、高重复频率的脉冲激光束照射到靶材表面，使得靶材局部熔化和汽化，材料发生流动，当激光束停止照射时，材料由于极冷作用快速重凝，从而在材料表面获得凸体织构。目前毛化技术也是数见不鲜，其特性比较如表 1.1 所示[23]。表 1.1 常见毛化技术的特性比较Tab.1.1 Properties of different texturing technologies工艺特性毛化技术喷丸毛化（SBT）电火花毛化（EDT）激光毛化（LT）电子束毛化（EBT）
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG385.2;TG665

【参考文献】