点磨削零件表面形貌特征及摩擦学特性研究

发布时间：2020-11-09 04:59

　　 在点磨削加工过程中,砂轮轴线与零件轴线之间存在砂轮倾斜角,点磨削外圆零件的表面形貌不同于普通外圆磨削,零件表面完整性好且表面纹理方向具有可调整性。点磨削零件表面形貌对零件摩擦学性能和接触特性具有重要影响。本论文是结合国家自然科学基金资助项目(51075065)：基于点磨削复合加工的表面完整性控制技术及理论研究完成的。分析了点磨削加工参数对表面形貌的影响规律并对点磨削零件表面形貌进行了科学表征,研究了流体润滑条件下以及干滑动接触条件下点磨削零件的表面形貌对摩擦学性能的影响,分析了流体润滑条件下表面纹理方向与油膜承载能力的关系以及干滑动接触条件下表面纹理方向对接触应力、接触长度等的影响规律。在上述理论分析和试验研究的基础上提出点磨削零件表面形貌的设计和实现方法。具体研究内容如下：(1)分析了点磨削加工参数对表面粗糙度和表面纹理特征的影响规律。通过试验分析了表面纹理特征对表面粗糙度评定参数的影响规律,研究表明,当表面纹理方向角取10°～150时,表面轮廓曲线波动范围最小,表面粗糙度数值较小。(2)在分析传统表面粗糙度的表征参数以及基于分形理论的粗糙表面的表征与模拟的基础上,基于点磨削加工的特点,采用理论分析与试验研究相结合的方法,研究了表面纹理方向对表面分形维数和尺度系数的影响规律,建立了点磨削零件表面分形维数和尺度系数的理论计算公式。试验结果表明,当表面纹理方向角为60°时,表面分形维数最大,尺度系数最小；当表面纹理方向角为300时,表面分形维数较小,尺度系数最大。(3)从理论上推导考虑零件表面纹理的润滑油膜厚度表达式以及单个微凸峰的Reynolds方程,确定Reynolds方程的边界条件,并对Reynolds方程进行无量纲化,对无量纲的Reynolds方程进行数值求解。根据理论研究和数值求解结果,分析了点磨削表面纹理方向对零件平均油膜压力、承载能力和摩擦力的影响,同时也分析了最小油膜厚度对承载能力和摩擦力的影响。(4)通过分析表面纹理方向对表面支承长度率的影响,得到表面纹理方向对零件耐磨性影响规律,并通过试验分析表面纹理方向对表面支承长度率曲线的影响规律。基于分形理论建立点磨削零件的接触力学模型,建立实际接触长度与接触应力之间的关系方程。用Matlab软件对接触力学模型进行分析,得出应力—实际接触长度曲线与各个变量的关系。(5)通过试验分析了流体润滑条件下和干滑动接触条件下表面纹理方向对零件摩擦学特性的影响。结果表明,在流体润滑条件下,当载荷和速度合适时,表面纹理方向角为30°的零件表面摩擦因数较小。在干滑动接触条件下,表面纹理方向为300和表面纹理方向为600的零件表面,其摩擦因数波动较小,摩擦因数较小,零件摩擦学性能较好;当摩擦副表面纹理方向之间的角度为450时,零件磨损量达到最小值。(6)根据表面纹理方向在流体润滑条件下和干滑动接触条件下对零件摩擦学特性的影响规律,提出特定工况条件下表面形貌设计的理论,得到使摩擦学性能最优的表面形貌参数。应用表面形貌参数与点磨削加工参数之间的关系,确定合理的点磨削加工参数,从而得到合适的表面形貌。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TH117;TG580.1
【部分图文】：

２．３．２点磨削加工参数对表面纹理凹坑宽度、深度的影响??点磨削零件表面纹理主要是由于加工过程中砂轮中磨粒的滑擦、耕舉和切削作用而??形成的。点磨削加工方式在理论上是单点磨削，Ｗ单磨粒磨削零件表面来分析，图２．４??所示为单磨粒磨削示意图ＰＳ。??粒??１１＃＃??图２．４单磨粒磨削示意图??Ｆｉｇ．?２．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?出ａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｉｎｇｌｅ?ｇｒａｉｎ?ｇｒｉｎｄｉｎｇ??结合图２．１和图２．４分析可知，表面纹理凹坑深度与砂轮磨削深度有关，砂乾磨削??深度越大，凹坑越深；表面纹理凹坑的宽度取决于磨粒的几何形状、尖锐程度和磨削深??度等。磨粒顶角越大，磨削深度趙大，表面纹理凹坑的宽度越大。??２．?３．?３点磨削加工参数对表面纹理面积占有率的影响??由于点磨削零件表面纹理是在连续加工过程中形成的，因此，表面纹理凹坑在整个??工件表面是连续的，表面纹理面积占有率与砂轮倾斜角ａ、工件线速度、工件轴向进??给速度Ｖ／Ｗ及点磨削形成的凹坑宽度有关。砂轮倾斜角ａ越大，表面纹理方向角越大，??表面纹理面巧占有率越小；当采用逆磨加工时

试件?３－１?４．０１?４．的?２０．０?１８．７?０．０００?２０．０?１１．２?８８．７。??试件?３－２?３．０１?３．５０?１５．３?１３．８?０．１８８?１５．５?７．５２?８８．４。??试件１为分析对象，取样区域内试件兰维表面微观形貌的模拟合成图如图２．６所??示。从图中可Ｗ看出，该加工表面具有明显的表面纹理，且表面纹理基本平行。??２．?４．?２试验分析??为了分析点磨削表面纹理方向对表面粗植度的影响，利用ＳＰＩＰ软件的旋转（Ｒｏｔａｔｅ）??功能得到不同表面纹理方向角的工件表面轮廓曲线如图１７￣图２．９所示。??鑑??親。－巧。Ｗ々伽。々Ｊ々ｊ，。，之々??诚ｍｌ??图２．６试件Ｈ維表面微观形貌??Ｆｉｇ．?２．６?３Ｄ?ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ?ｏｆ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ?ｓｐｅｃｉｍｅｎ??－１９－??

图２．９?２０°纹理方向轮廓曲线??Ｆｉｇ．２．９?Ｐｒｏｆｉｌｅ?ｃｕｒｖｅ?ｉｎ?２０°?ｔｅｘＵｉｉ＊ｅ?ｄｉ化ｃｔｉｏｎ??由图２．７至图２．９可知，不同表面纹理方向的工件表面轮廓曲线高度最大值、最小??值Ｗ及变化范围及幅度区别很大，当表面纹理方向角为１０°时，曲线波动范围最小。??表面轮廓最大高度、最小高度Ｗ及曲线形状不同，所测得的表面粗蹈度的数值也有??很大区别。表２．３为不同表面纹理方向下表面轮廓的表面粗趟度评定参数实测值。??－２０－??
【参考文献】

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本文编号：2875926