Experiments and computer simulation analysis of impact behaviors of micro-sized abrasive in waterjet cutting of thin multiple layered materials

The abrasive waterjet (AWJ) is now widely used in the advanced cutting processes of polymers,metals,glass,ceramics and composite materials like thin multiple-layered material (TMM).Various research and development efforts have recently been made to understand the science of AWJ.However,the interaction mechanism between a workpiece and high-velocity abrasive particles still remains a complicated problem.In this work,the material removal mechanisms of AWJ such as micro penetration and micro dent were experimentally investigated.In addition,a new computer simulation model considering high strain rate effect was proposed to understand the micro impact behavior of high-velocity micro-sized abrasives in AWJ cutting.

Sn-Ni复合润滑剂填充钨钢微凹痕表面的摩擦学性能

提高钨钢的摩擦学性能,对于提高钨基材料机械零部件使用精度与服役寿命,具有重要的意义。采用激光加工方法在钨钢表面加工微凹痕结构,通过高温熔渗的方式将Sn-Ni复合润滑剂熔渗到钨钢微凹痕结构中,制备Sn-Ni复合润滑剂填充钨钢试样,利用球盘式摩擦磨损试验机对其减摩抗磨性能进行测试。结果表明:Sn-Ni复合润滑剂填充钨钢试样具有优异的摩擦学性能,相比纯钨钢,摩擦因数降低19%以上,磨损率降低50%以上;在低载荷高频率下,Sn-Ni润滑剂与来自基体材料的磨屑实现了良好的协同作用,使得Sn-Ni复合润滑剂填充钨钢试样具有更好的减摩抗磨性能。

激光喷丸诱导镁合金表面微织构的电化学腐蚀性能

利用脉宽为8 ns的Nd:YAG脉冲激光对AZ31B镁合金表面进行激光喷丸处理,研究激光喷丸诱导微织构对AZ31B镁合金耐腐蚀性能的影响,进行表面微织构的形貌分析,测量试样表面的动电位极化曲线。结果表明,激光喷丸产生的微织构周围未出现烧蚀现象,其微凹坑的直径和深度随激光能量的增加而增大,随喷丸次数的增加呈现先增大后趋于饱和趋势。与未处理试样相比,在相同微织构间距下,激光能量为1.0 J、1.5 J、2.0 J时试样的自腐蚀电位分别向正移95 m V、123 m V、151 m V,自腐蚀电流密度分别减少36.48%、50.26%、60.42%;在相同激光能量下,微织构间距为1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm试样的自腐蚀电位分别向正移145 m V、134 m V、123 m V,自腐蚀电流密度分别减少50.26%、46.19%、44.34%。研究表明激光喷丸诱导的微织构提高了AZ31B镁合金表面的耐腐蚀性,且激光能量越高,喷丸间距越小,抗腐蚀性能越好。

表面微坑对轴承振动的影响

以6308轴承为例,用完全数值解法研究了表面微坑对滚动轴承振动的影响,分析了接触位移、接触振动速度、加速度随工况参数的变化。结果表明,对于表面微坑引起的接触振动,速度型检测与加速度型检测具有相同的效果;随载荷的增大、转速的降低,振动加速度增大,在微坑的边缘引起两个接触振动响应,并且这两个响应强度不一样;表面微坑的形状对接触振动有影响,微坑的斜率越大,则其引起的接触振动越剧烈。

凹坑深度对表面动态弹流润滑的影响

把一种快速求解非稳态弹流润滑方程的数值方法应用于微弹流润滑分析，研究了几种深度的表面凹坑在三种滚滑接触运动条件下的压力波动和油膜变化特征，指出不仅运动条件变化带来不同的润滑特征，而且不同深度的凹坑在不同运动条件下对润滑扰动的程度也不同．研究结果适用于零件表面点蚀后的润滑状态分析．

激光喷丸灰铸铁表面摩擦性能的改善研究

基于不同的应用背景,通常需要材料表面提供或高或低的摩擦系数,激光喷丸表面造型是改善材料摩擦性能的有效方法之一。通过激光喷丸的方法,采用不同的激光能量在灰铸铁表面制备具有不同深径比的微凹坑阵列,讨论了激光喷丸的原理,研究了微凹坑的表面形貌,并在干摩擦和润滑条件下使用UMT-2摩擦磨损试验仪分别对喷丸前后的试样表面进行了摩擦磨损实验。结果表明,喷丸试样的摩擦系数明显异于未喷丸试样且磨损量明显降低,可适用于各种不同的工程应用场合。

工艺参数对激光冲击微造型效果的影响

激光表面织构(LST)是一种广泛应用的表面微造型方法,然而其主要缺点是消融过程会导致材料熔化、断裂以及改变表面微观组织。基于激光冲击强化(LSP)技术在Al7075表面开展微凹坑造型研究,其特点是既能克服激光表面织构的缺点,又能继承激光冲击强化的优点。使用AxioCSM700真彩色共聚焦扫描显微镜和VeccoWYKO表面形貌仪观察微凹坑的几何形貌,用HXD-1000TMSC/LCD MH-VK双压头显微硬度计测量微凹坑的内部以及周围表面的硬度。实验结果表明,微凹坑的直径和深度随激光的脉冲能量、冲击次数、离焦量、约束层K9玻璃厚度的变化呈现一定的变化规律;微凹坑的影响区域,沿着凹坑径向方向硬度逐渐增加,中心位置硬度最大,这有利于提高材料的抗磨损能力。

舰船用水润滑轴承微观界面润滑机理研究

针对水润滑轴承微观界面润滑状态和润滑机理存在的不清楚、不明朗等问题,开展微凹痕对轴承微观界面润滑机理影响的研究。在建立单一微凹痕内部流体动力学模型的基础上,研究微凹痕内部涡流结构变化特性,分析微凹痕内部流场动力学特征,讨论形貌特征参数与润滑性能的变化规律,证明流体动力学特性随表面形貌的演化规律,验证微凹痕对轴承微观界面润滑机理的影响规律,从而提出微尺度下水润滑轴承润滑理论,并从微观层面探究粗糙峰与轴承润滑状态转变之间的关系,进而提出判断润滑状态转变的微观尺度标准。结果表明,微动压效应、微空化效应、微惯性效应三者共同构成水润滑轴承微观界面的润滑机理,大量微凹痕累积进而可以增强轴承承载能力、降低摩擦功耗。