摩擦学实验装置研制与试验研究

发布时间：2020-01-21 08:05

【摘要】：针对可转位涂层刀片干切削与内燃机缸套-活塞环摩擦副实验室试验研究的需要，以国家自然科学基金和国家973课题为依托，在UMT-2和SKODA-SAVIN试验机的基础上，分别成功研制适合于可转位涂层刀片和缸套-活塞环的摩擦学实验装置，建立了试验模型与实验评价方法；系统地展开了摩擦学性能研究，探讨了干切削条件下可转位涂层刀片的磨损机理，提出实验室评价可转位涂层刀片切削加工性能的新方法；揭示了珩磨网纹角度对缸套-活塞环摩擦副减磨和润滑的影响规律；分析了酯类基础润滑油相关属性对润滑的影响，评价了三种酯类基础油的润滑和耐磨性能。本文取得的主要成果和结论如下： 1．开发出一种可转位涂层刀片专用夹具（专利号201110453380.0），实现了可转位涂层刀片直接装夹在UMT-2试验机上的干切削试验。该夹具保证了在UMT-2试验机上刀片/工件的几何关系与使用DCLNR/L、PCLNR/L刀柄装夹在车床上完全相同，，且两者的三向力方向一致。建立了UMT-2试验机可转位涂层刀片切削模型，提出了基于车削试验前后刀片的划痕摩擦系数和划痕横截面积表征刀片摩擦与磨损性能的可转位涂层刀片切削加工性能实验室评价方法。 2．研制出一种用于SKODA-SAVIN磨损试验机的堓夹测量系统，实现了下试样在Y正半轴内0°~180°旋转、正负15°倾斜的摩擦学试验，并对摩擦系数、温度实时采集和监测，全面提升了SKODA-SAVIN磨损试验机性能，满足了缸套-活塞环实验研究中珩磨网纹等织构对摩擦学性能影响的研究的特殊需要。 3．两种涂层刀片干切削试验发现，切削调质45钢和H62黄铜时，TiAlSiN涂层刀片的初始切削加工能力均略优于TiAlCrN/TiAlN涂层刀片，但耐磨性和寿命均不如TiAlCrN/TiAlN涂层刀片。刀尖圆弧半径r=0.8mm刀片磨损均大于刀尖圆弧半径r=0.4mm刀片。 4．与镀Cr环配副摩擦试验表明，缸套内壁珩磨网纹和运动方向的夹角对油膜和排屑有较大影响。夹角较小，有利于将润滑油吸进摩擦副表面和排出磨屑，但不利于储油；夹角较大，有利于储油，但不利于吸进润滑油和排出磨屑；在一定工况条件下，存在一个对油膜的形成和排屑最有利最合理的角度。 5．三种国产酯类基础油的缸套-活塞环试验显示，1938酯类基础油综合性能最好，油膜承载能力最强，并且能对摩擦副表面起到较好的保护作用；1427酯类基础油，在低载荷条件下，润滑和减磨效果良好，但是油膜承载能力较差，不适合用于高载荷工作条件，并且摩擦副易发生粘着磨损；3959酯类基础油的润滑和减磨能力最差，碳化温度较低。
【图文】：

加工原理,网纹

珩磨网纹夹角如图1-2所示，其是平台珩磨网纹的一个非常重要的参数。珩磨头在缸套孔内进行顺时针、逆时针回转，同时进行上下往复运动，网纹夹角α的大小是由珩磨头（油石）回转速度与上下往复运动速度共同决定（图1-1）。不同的内燃机制造商对珩磨网纹夹角α的要求并不相同，其大小取决于缸套缸径的大小，缸径大，则夹角偏小；缸径小，则夹角偏大，通常在135°±15°内。网纹夹角α的大小和均匀程度决定了缸孔表面油膜的稳定性和油耗的大小，从而影响发动机工作性能及寿命。若α角度太大，会影响油膜的均匀性，导致油环刮油效果不良，引起机油燃烧而使机油消耗增加和尾气排放超标，同时造成网纹的交叉点切断长度大，使测量误差变大；反之，若α角度太小，会导致储油能力下降，导致发动机活塞与缸孔之间的润滑状况变差，在启动与加速工况下会因润滑不足而加剧活塞环磨损[71]。图 1-1 珩磨网纹加工原理图图 1-2 珩磨网纹夹角上世纪90年代末期

夹角,网纹,缸径,夹角α

4~7倍；网状沟槽有利于改善气缸套表面滑动性能、增加缸孔气密性，并且大幅度降低油耗；缩减磨合时间。直到当今，平台珩磨网纹已经被广泛接受并大量应用。珩磨网纹夹角如图1-2所示，其是平台珩磨网纹的一个非常重要的参数。珩磨头在缸套孔内进行顺时针、逆时针回转，同时进行上下往复运动，网纹夹角α的大小是由珩磨头（油石）回转速度与上下往复运动速度共同决定（图1-1）。不同的内燃机制造商对珩磨网纹夹角α的要求并不相同，其大小取决于缸套缸径的大小，缸径大，则夹角偏小；缸径小，则夹角偏大，通常在135°±15°内。网纹夹角α的大小和均匀程度决定了缸孔表面油膜的稳定性和油耗的大小，从而影响发动机工作性能及寿命。若α角度太大，会影响油膜的均匀性，导致油环刮油效果不良，引起机油燃烧而使机油消耗增加和尾气排放超标，同时造成网纹的交叉点切断长度大，使测量误差变大；反之
【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH87;TH117

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