小型凹槽环件复合环轧成形数值模拟

采用一种立式复合环轧工艺制造了小型凹糟环件,用Simufact有限元软件模拟了小型凹槽环件的环轧成形过程,并在D51环轧机上进行了验证。数值模拟结果揭示了环轧成形过程中几何、应变和温度等成形因素的分布和演化规律。为研究不同主动辊形状对环轧成形的影响,采用不同夹角的主动辊进行了数值模拟研究。结果表明,25.4°的主动辊夹角能产生更大的轧制力和内部塑性应变,但是容易产生椭圆缺陷和模具填充不满,因此选取适中的角度能保证工件的环轧质量。通过对比空转轧制前后的数值模拟结果发现,空转轧制可以显著改善椭圆缺陷,提高环件尺寸的均匀性。

45#钢表面激光织构淬火减摩抗磨复合处理技术研究

目的提高45#钢零件的表面硬度和润滑减摩性能。方法在45#钢试样表面进行激光淬火,研究激光功率和扫描速度对淬火表面淬硬层深度和宽度的影响,分析淬硬层不同区域的显微硬度和微观组织。利用二极管泵浦Nd:YAG激光加工机在45#钢光滑试样表面加工出具有一定分布规律的微凹坑织构,采用热压法向其中填入由MoS2、聚酰亚胺和石墨组成的复合固体润滑剂,并与未处理的光滑试样进行摩擦学性能对比。结果将激光织构与淬火技术有效融合,可以使45#钢表面硬度提高至835HV,摩擦系数减小约50%。结论激光织构淬火减摩抗磨复合处理技术能够提高45#钢零件的表面硬度,减小摩擦系数,具有很好的工程应用前景。

激光微织构固体润滑表面高温摩擦学性能研究

目的研究微织构纳米固体润滑剂及碳纳米管(CNTs)添加剂对微织构表面高温润滑性能的影响。方法采用YLP-HP-1-100-100-100型光纤激光器在Cr4Mo4V高温轴承钢表面进行织构化处理,并填充二硫化钼(MoS_2)-聚酰亚胺(PI)和不同碳纳米管添加含量的MoS_2-PI-CNTs复合固体润滑剂。在环-盘接触的MMU-10G高温摩擦磨损试验机上进行了环境温度从室温到400℃的滑动摩擦性能试验。结果填充含纳米MoS_2的复合固体润滑剂的微织构表面的摩擦系数比填充含相同含量微米MoS_2的低35%左右。微织构纳米MoS_2-PI自润滑表面摩擦系数随碳纳米管含量的增加先减小后增大,当碳纳米管质量分数为6%时,其摩擦系数最小,且比无碳纳米管的低37%左右。在MoS_2-PI纳米复合润滑剂中添加6%碳纳米管后,MoS_2-PI-CNTs纳米复合润滑剂具有更高的使用温度和更低的摩擦系数。结论纳米Mo S2的润滑效果优于微米MoS_2,碳纳米管有利于提高Mo S2-PI复合固体润滑剂的耐热性能和润滑减摩性能。

织构化表面固体润滑性能试验

采用激光表面织构技术，在45°钢试样表面加工微凹坑形貌，将固体润滑剂MoS，压填至微凹坑内，利用UMT-2型多功能摩擦磨损试验机，考察其在不同载荷条件下，不同间距微凹坑试样的摩擦磨损特性，并通过扫描电镜与能量色散谱仪对磨损表面进行测试分析．结果表明：集成运用激光微织构技术与固体润滑技术，能有效提高表面润滑性能；与未织构光滑试样相比，激光表面织构试样摩擦系数显著降低；一定范围内，随着织构密度增加，表面摩擦系数减小，耐磨、抗擦伤性能明显提高，较佳的织构面积占有率为19．6％-30．0％；微凹坑中预埋的固体润滑剂在摩擦过程中能有效涂覆到试样接触表面，形成稳定可靠的固体润滑膜．

泥浆泵高铬铸铁材料激光淬火技术及其摩擦磨损性能研究

目的提高高铬铸铁的耐磨性能。方法采用CO_2激光器对高铬铸铁工艺试样进行表面激光淬火,利用MMW-1A型摩擦磨损试验机研究激光淬火后试样在磨粒介质条件下的摩擦学性能,并对试样的表面摩擦系数以及磨损率进行测量与分析。结果淬火后试样表层组织被细化,由表及里可分为淬硬区、热影响过渡区和基体区。与基体相比,淬硬层硬度显著提高,最高硬度出现在次表层,可达1105.7HV。当摩擦磨损试验达到稳定状态时,淬火后的试样表面摩擦系数均比未淬火的低,当淬火带间距为1 mm时摩擦系数最小,其值为0.3左右,而未淬火的试样表面摩擦系数高达0.65。相同磨损时间下,激光淬火试样均比未淬火试样的磨损率小,当淬火带间距为1 mm时,磨损率最小,耐磨性最佳。结论激光淬火技术有效地提高了高铬铸铁材料的耐磨性能,延长了泥浆泵缸套的使用寿命。

上游泵送机械密封及其加工新技术研究

综述了国内外上游泵送机械密封技术的发展现状,介绍了机械密封的端面结构及其密封性能,以及包括激光加工在内的密封环端面结构的各种加工方法及其优缺点,提出了泵送槽的快速成型方法,提高了高性能机械密封的工业应用价值。

TC11钛合金表面微凹坑织构皮秒激光加工工艺

目的研究皮秒激光加工工艺参数对微凹坑形貌的影响规律。方法采用FSLAB-50-05激光器搭建的激光器平台对TC11钛合金工艺试样进行表面微加工,通过WYKO—NT1100型表面三维形貌测试仪获得表面微凹坑织构形貌,分别记录微加工后的二维与三维形貌图,应用单因素法分析激光重复频率、激光持续时间和激光功率对微凹坑形貌的影响规律。结果在激光功率为10 W、激光持续时间为0.12 ms的前提下,当激光重复频率由50 k Hz增加到250 k Hz时,微凹坑的直径和深度均呈现出先增大后减小的趋势;在激光功率为10 W、激光重复频率为300 k Hz的前提下,当激光持续时间由0.02 ms增加到0.10 ms时,微凹坑直径和深度均随着激光持续时间的增加而变大;在激光重复频率为300 k Hz、激光持续时间为0.12 ms的前提下,当激光功率由4 W提升至12 W时,微凹坑的深度随着激光功率的增大而增大,而宽度先增大后减小。结论皮秒激光微凹坑织构较佳的工艺参数范围为:激光重复频率150~200 k Hz,激光持续时间0.04~0.06 ms,激光功率8~10 W。

内燃机气缸内孔分区异化激光微织构技术研究

根据气缸内孔不同区域的磨损特征,对缸套内壁进行分区并设计三种缸套内壁激光微织构方案。通过工艺试验确定激光微织构加工参数,并对缸套进行实际激光微织构加工,研究了气缸内孔分区异化激光表面微织构技术(laser surface micro-texturing,LST)对内燃机综合性能的影响。发动机台架性能试验表明:与原机相比,配装三种激光微织构缸套的柴油机燃油消耗率均有不同程度降低,机油消耗率最大降幅达45.5%。研究结果表明:采用缸套上止点区与裙部主接触区复合微织构方案可显著提高柴油机的综合性能。

微织构自润滑表面在油介质中的摩擦学性能

为探究不同表面处理方式对试样表面摩擦学性能的影响,分别对GCr15试样表面进行激光微织构加工,光滑表面涂抹润滑油,微织构表面填充固体润滑剂,微织构表面涂抹润滑油,微织构表面填充固体润滑剂并涂抹润滑油等不同表面处理方式,在MMW-1A摩擦磨损机上进行摩擦磨损试验。同时改变试验的载荷及转速,探究在不同转速和载荷工况下,不同表面处理方式对试样摩擦因数的影响。结果表明,在干摩擦条件下,试样表面采用微织构处理并填涂固体润滑剂可使摩擦因数较光滑表面降低47.6%;在油介质中,采用微织构处理可使摩擦因数较光滑表面降低4.8%,采用微织构处理并填充固体润滑剂可使摩擦因数较光滑表面降低17.7%。且在油介质中,采用织构化处理和固体润滑结合的表面处理方法,试样摩擦因数随载荷增大而减少且逐渐趋于稳定,但随转速增大而增大。

45钢的黏结型激光微织构表面摩擦学性能及固体润滑机理分析

采用二极管泵浦声光调Q Nd:YAG激光器在45钢表面进行织构化处理,对填充不同质量分数聚酰亚胺(PI)的MoS2复合固体润滑剂织构试样在销-盘线接触摩擦磨损试验机上进行了不同工况下的滚动摩擦性能实验。利用扫描电子显微镜观察和分析材料磨损形貌和元素分布。结果表明:填充黏结型MoS2复合固体润滑剂织构表面的摩擦因数均随着载荷和转速的增大而减小,其中MoS2+20%(质量分数)PI复合润滑剂具有最佳的减摩性能。在线接触滚动过程中,存在氧化磨损、磨粒磨损和黏着磨损。高速重载能促进转移膜在对偶面形成,显示出良好的减摩性能。

激光表面微造型工艺试验与应用

在声光调Q二级管泵浦固体光源(DPSS)Nd∶YAG激光器基础上,采用"单脉冲同点间隔多次"激光微加工工艺,对灰铸铁材料表面进行微造型加工。分析了激光波长、光斑距离、重叠面积系数及重复频率对微造型质量的影响。试验研究表明,该工艺能有效防止金属熔融和重铸现象,获得较为理想的微腔形貌和表面质量。分析了微加工断面形貌,表明微腔(槽)表面留有一层与基体结合良好的硬化层。通过4L88型柴油机激光珩磨缸套的性能试验研究表明,与普通平顶珩磨缸套相比,采用激光珩磨缸套,柴油机机油耗降低39.3%,漏气量降低30%,PM排放降低18.8%。

内燃机缸套激光珩磨技术及其性能试验研究

激光表面微造型技术是改善摩擦副表面摩擦学性能的有效途径之一。基于声光调Q技术的二极管泵浦固体光源(DPSS)Nd:YAG激光器,采用"单脉冲同点间隔多次"激光微加工工艺,对CA6DF2-26型柴油机气缸套内孔表面进行激光珩磨加工。加工出的缸套网纹参数具有较好的一致性,达到了主机厂的技术要求。进行了激光珩磨缸套的台架综合性能试验研究,结果表明,采用激光珩磨缸套的发动机,其功率、扭矩、燃油消耗指标保持稳定,与采用传统平台珩磨网纹缸套的发动机相比,柴油机的机油油耗降低53%,漏气量降低近50%。

激光织构表面固体润滑滚动摩擦特性研究

采用声光调Q二极管泵浦Nd∶YAG激光器在45#钢表面进行织构化处理,以二硫化钼为固体润滑剂,在销盘线接触的摩擦磨损试验机上研究不同织构面密度以及不同工况的滚动摩擦特性。研究结果表明:在相同的工况下,激光织构化表面较未织构面摩擦因数有明显的减小,且织构面的摩擦因数更稳定;激光织构面的摩擦因数随织构密度的增大呈现先减小后增大的趋势,织构面密度为19.6%～34.9%时的减摩效果较好;不同工况下,织构面的摩擦因数随着转数、载荷的增大均呈现减小的趋势。

激光微造型表面摩擦磨损性能研究

采用声光调Q二级管泵浦固体光源(DPSS)NdYAG激光器对缸套试件表面进行了微造型网纹加工。在往复式活塞环-缸套摩擦磨损模拟试验机上进行了激光造型缸套试件与未造型光滑缸套试件的摩擦磨损性能对比试验研究。试验结果表明,在重载高速条件下,激光网纹试件与未造型试件相比,摩擦因数降低23%,磨损量降低66%。说明激光网纹沟槽具有贮油、积屑和动压润滑作用,同时激光加工的网纹淬火效应也有利于提高支承表面的耐磨抗擦伤性能。

激光微织构表面黏结型固体润滑膜性能研究

采用声光调Q二极管泵浦Nd∶YAG激光器在45#钢表面进行织构化处理,并填充不同的黏结MoS2基复合固体润滑剂;在销盘线接触的摩擦磨损试验机上研究含不同配比复合固体润滑剂的织构表面的滚动摩擦性能。研究结果表明:织构表面填充黏接型复合固体润滑剂改善了其摩擦性能,其中填充含质量分数50%MoS2复合固体润滑剂的织构表面的摩擦因数最低;在线接触滚动过程中,黏结MoS2基复合固体润滑剂织构表面的摩擦因数均随着载荷和转速的增大而减小,这是因为高速重载促进了转移膜在对偶面的形成,该转移膜显示出良好的减摩性能。

线接触摩擦副织构化表面动压润滑性能

为研究线接触摩擦副织构化表面动压润滑性能,建立其理论模型,并运用多重网格法进行数值分析,探讨工况参数(载荷、转速)和微织构参数(面积占有率、深径比)对表面油膜压力的影响;在MMW-1A摩擦磨损试验机上研究微织构面积占有率与摩擦因数的关系。结果表明,线接触条件下微织构化表面的油膜平均压力随着载荷和转速的增大而增大,随着微织构面积占有率的增大而先增大后减小,随着深径比的增大而减小;而摩擦因数随着微织构面积占有率的增大而先减小后增大再减小;存在最优的微织构面积占有率,使得油膜平均压力最大和摩擦因数最小。试验结果较好地验证了数值模拟结果,表明线接触摩擦副织构化表面具有较好的减摩特性。

微观复合造型模具表面板料成形流动性能研究

通过在传统模具表面进行激光微造型及毛化处理,有效地控制模具表面不同区域的摩擦状态,从而改善板料成形中模具表面的摩擦性能,提高模具的寿命和成形性能。通过方盒件成形过程的数值模拟,根据方盒件拉深后网格变形的测量结果,分析板料成形中激光微造型模具对凸缘面和盒底材料流动影响特点,揭示了区域性摩擦特性对危险区域板料拉裂和起皱成形失稳的影响。模拟分析表明,根据材料流动规律合理地实施规范化表面局部微造型,可使方盒件拉深成形性能进一步提高。

激光微织构滚动轴承表面润滑性能的数值分析

目的研究圆柱滚子轴承摩擦副织构化表面润滑性能,探讨工况参数(载荷、转速)和微织构几何形貌参数(面积占有率)对油膜平均无量纲压力的影响规律。方法基于弹性流体动压润滑机理,利用有限长线接触弹流润滑理论建立理论模型,采用有限差分法对Reynolds方程进行离散,并运用多重网格法进行数值分析。结果在微织构面积占有率S_p=0.095、深度h_p=6μm的前提下,当载荷由100 N升为500 N时,油膜平均无量纲压力随之增大。在微织构面积占有率S_p=0.095、深度h_p=6μm的前提下,当转速由100 r/min升为500 r/min时,油膜平均无量纲压力随之增大。在载荷W=200 N、转速n=200 r/min的前提下,当微织构面积占有率由0.05升为0.15时,油膜平均无量纲压力随之增大;当微织构面积占有率由0.15升为0.25时,油膜平均无量纲压力随之减小。结论圆柱滚子轴承微织构表面的油膜平均无量纲压力随着载荷和转速的增大而增大,随着微织构面积占有率的增大而先增大后减小。

不同吸光涂层对激光微织构加工性能影响研究

为了提高激光微织构加工效率和改善微织构加工质量,采用W-71s型喷枪在GCr15轴承钢表面分别喷涂用黑漆、水玻璃、黄料、磷酸锌和石墨制备的涂层。利用Nd∶YAG激光加工机对其进行激光微织构加工,使用3维形貌分析仪对微凹坑的形貌进行了检测。结果表明,与无涂层试样相比,采用水玻璃和黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积均增加,凹坑边缘熔渣体积均减少,其中黄料涂层表面蚀除凹坑体积增加了29.4%,水玻璃涂层凹坑边缘熔渣体积减少了64.9%;在一定条件下,复合涂层相比单一涂层具有更好的激光加工性能,其中黄料与水玻璃复合涂层的性能最为显著,与未经涂层的相比,凹坑蚀除体积增加了47.1%,凹坑边缘熔渣体积减少了43.2%。这一结果对提高激光微织构加工效率、改善微织构加工质量具有一定的指导意义。

陶瓷刀具高速干切削加工数值仿真研究

陶瓷刀具在高温作用下会产生自润滑现象,可起到减摩、抗磨作用。论文以Al2O3陶瓷刀具为例,在高温下刀具表面产生自润滑薄膜,利用有限元分析软件DEFORM-3D,建立高速切削AISI——1045模型,分析Al2O3陶瓷刀具在高速切削加工时,产生自润滑现象所需切削速度,以及在高速切削时,刀具表面的主切削力、应力分布、温度分布和刀具的磨损状态等。研究表明:当切削速度为270m/min,时,刀具表面温度高达842℃,能够产生自润滑现象。