典型各向同性微細加工表面微觀形貌分析及性能評價.pdf

1、相對于常規(guī)機械加工而言，微細加工工件的幾何尺寸更小、精度要求更高，表面微觀形貌對于產品的表面質量、工作性能和使用壽命的影響更為顯著，對加工表面的評定提出更高要求。目前關于三維粗糙度的研究，是基于對傳統(tǒng)二維粗糙度的升級和替代，廣泛關注在常規(guī)機械加工表面的應用，對于微細加工方法的關注很少，對于微細加工表面普遍存在的各向同性特征沒有區(qū)分，造成了評定各向同性表面時缺乏針對性，在表面形貌表征時，出現(xiàn)參數(shù)缺失和參數(shù)不適用的現(xiàn)象。
　　微細電火

2、花線切割和激光微細加工是兩種常用的微細加工方法，與常規(guī)的切削和磨削加工方法不同，是將電能、光能轉換成熱能，作用于工件表面，達到材料去除的目的，屬于熱能加工范疇，加工表面具有各向同性特征。本文以這兩種方法加工的表面為研究對象，對表面微觀形貌的幾何特征、統(tǒng)計特性進行分析?？梢哉J知，微細電火花線切割表面的微觀形貌是由隨機分布的半球狀或半橢球狀凸峰和凹坑組成，表面紋理無明顯的方向性，屬于典型的各向同性表面。激光微細加工表面的微觀形貌是由單峰、連

3、續(xù)峰以及峰間溝槽組成，峰與槽構成了表面紋理，由于峰與峰相連的隨機性、無序性，表面紋理方向無明顯規(guī)律，因此也屬于各向同性表面。用高斯曲率可以準確表征這兩種類型表面凸峰的形貌特征，避免了目前采用的平均曲率表征各向同性表面時的不準確。
　　微細電火花線切割和激光微細加工表面具有多尺度性，用二維功率譜密度和分形維數(shù)可以準確分析表面微觀形貌的統(tǒng)計特性。表面譜距分析可以看出，微細電火花線切割表面具有很好的均一性和等方性，各向同性特征明顯。激光

4、微細加工表面的均一性較差，等方性較好，這與其表面微觀結構的幾何特征相一致，其整體上呈現(xiàn)各向同性特征，但表面形貌的各向同性程度弱于微細電火花線切割表面。
　　微細電火花線切割和激光微細加工屬于熱能加工范疇，熔化凝固區(qū)和熱影響區(qū)的金相組織變化是表面顯微硬度和耐腐蝕性顯著提高的主要因素。加工脈沖能量的增加會改善表面的顯微硬度和耐腐蝕性，但達到一定峰值后，能量的增加反而會造成殘余應力的變化而形成裂紋，造成顯微硬度和耐腐蝕性的下降。因此，選

5、取適當?shù)募庸?shù)，可以獲得較好的表面物理機械性能和耐腐蝕性。
　　本文針對各向同性表面微觀結構特征，提出了兩個適合各向同性表面的表征參數(shù)：表面平均高斯曲率Sgc和分形均方根偏差Dsq。以2012版的ISO25178-2標準為基礎，對幅度參數(shù)、空間參數(shù)、混合參數(shù)、特征參數(shù)以及功能參數(shù)進行篩選，排除了不適合表征各向同性表面的參數(shù)，最終確立了一個由22個參數(shù)組成的、適合于各向同性表面三維粗糙度評定的參數(shù)體系。根據對三維粗糙度參數(shù)的研究，