刮研表面法向接触特性研究

刮研对改善结合面接触特性具有显著效果,为深入研究刮研表面的法向接触特性,基于三维形貌仪得到不同精度的刮研和磨削表面形貌,并基于W-M函数模拟得到微织构形貌。逆向建模得到刮研表面、磨削表面和微织构表面,建立法向接触仿真模型。进行非线性接触仿真分析,并对比分析不同载荷作用下不同精度等级刮研表面、磨削表面和微织构表面的接触特性。分析结果表明,在载荷作用下,刮研、磨削以及模拟微织构表面首先在高点或微凸体发生接触并产生弹性变形,随着载荷的增加逐渐出现塑性变形,同时接触应力、形变以及接触面积也随之增大;当载荷为80 N时,Ⅰ级精度刮研表面真实接触面积大于精磨削表面,小于微织构表面,Ⅰ级精度刮研表面接触特性优于精磨削表面;在相同载荷下,Ⅰ级精度刮研表面总变形量小于精磨削和模拟微织构表面,其接触刚度大于精磨削和模拟微织构表面,刮研加工能够有效改善结合面接触特性。

基于3D-motif法的刮研表面形貌表征

针对刮研表面微观特性和功能机理研究中缺少表面形貌量化表征方法的问题,采用3D-motif法对刮研表面形貌进行表征。使用LI-3型接触式三维表面形貌测量仪对刮研表面进行测量,并利用三维点云数据生成刮研表面的二维灰度图像。然后,根据3D-motif法中集水盆地的定义,采用分水岭算法对刮研表面的灰度图像进行motif分割与合并。以不同精度等级的刮研表面的整体纹理区域motif分割结果为对象,定义了特征显著度并提取计算了刮研表面在2种不同面积尺度(25 mm^(2)和0.25 mm^(2))上的深度、面积、方向角、各向异性率、扁平系数和特征显著度等6项motif参数。结合部分motif参数的分布情况和motif数量的变化趋势,从形貌特征的尺寸和形态两个方面对刮研表面进行了表征和分析,实现了以较少参数完整表征刮研表面的三维形貌。研究结果可为后续刮研表面微观特性的深入分析提供理论基础。