拉拔模具織構(gòu)化工作表面摩擦特性研究.pdf

1、拉拔生產(chǎn)過(guò)程中，模具與被加工線材接觸區(qū)域處于高壓狀態(tài)，劇烈的摩擦磨損會(huì)導(dǎo)致模具失效。表面織構(gòu)作為一種表面改性技術(shù)其為拉拔模具摩擦特性的改善提供了新方法。與依靠摩擦副直接接觸來(lái)達(dá)到潤(rùn)滑效果的涂層技術(shù)、材料改性技術(shù)相比，表面織構(gòu)利用潤(rùn)滑膜的承載力可有效避免表面接觸帶來(lái)的材料損耗。
　　表面織構(gòu)是在工作表面上制備出具有一定幾何尺寸和排布方式的圖貌陣列，其一方面通過(guò)降低接觸面積來(lái)減小磨損，另一方面又通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油的存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)動(dòng)壓潤(rùn)滑和二次潤(rùn)滑

2、來(lái)達(dá)到減摩作用。在滑動(dòng)接觸過(guò)程中，接觸條件不斷變化，表面織構(gòu)加工質(zhì)量的優(yōu)劣以及是否依據(jù)其摩擦機(jī)理進(jìn)行紋理設(shè)計(jì)都會(huì)對(duì)工件的摩擦特性產(chǎn)生重要影響。根據(jù)現(xiàn)階段研究成果，潤(rùn)滑環(huán)境下表面微坑或微凹槽可實(shí)現(xiàn)針對(duì)流體的動(dòng)壓效果、空化作用以及慣性效應(yīng)，尤其是在縱截面上存在收斂出口的微織構(gòu)其動(dòng)壓潤(rùn)滑效果很顯著，而空化過(guò)程中空泡的潰滅一方面抑制負(fù)壓，另一方面會(huì)在工件表面上形成氣蝕微坑，進(jìn)而發(fā)展成海綿狀，嚴(yán)重影響工件使用壽命。如何提升織構(gòu)單元收斂出口的壓力，

3、提高該區(qū)域流體的承載力是本課題研究的關(guān)鍵。
　　基于織構(gòu)表面的摩擦磨損機(jī)理，建立了流體潤(rùn)滑環(huán)境下的表面織構(gòu)模型。對(duì)摩擦副接觸壓強(qiáng)進(jìn)行計(jì)算，利用有限元方法，對(duì)不同圖貌形狀的表面織構(gòu)進(jìn)行仿真模擬，設(shè)計(jì)一種在工作表面上存在收斂效果的微織構(gòu)。表面微圖貌的加工技術(shù)非常廣泛，包括噴丸、反應(yīng)離子刻蝕、高溫去除技術(shù)、微切削技術(shù)等，本課題按照不同圖貌的幾何參數(shù)，使用飛秒激光機(jī)對(duì)硬質(zhì)合金表面進(jìn)行織構(gòu)雕刻，利用超景深測(cè)量?jī)x觀察各微織構(gòu)，制備出符合課題要

4、求的不同微單元形狀、不同面積占有率的織構(gòu)化試件。
　　在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，本課題對(duì)每種試件進(jìn)行了四種載荷與四種轉(zhuǎn)速的組合實(shí)驗(yàn)，研究不同圖貌形狀的微織構(gòu)試件在不同工況下的潤(rùn)滑規(guī)律，又對(duì)每類(lèi)圖貌形狀試件按不同面積占有率對(duì)其本身摩擦特性的影響繪制摩擦曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，面積占有率過(guò)低，流體動(dòng)壓效果整體偏弱，面積占有率過(guò)高又會(huì)引起表面粗糙度的增加。與常見(jiàn)的縱截面收斂出口圖貌不同，本課題建立的在工作表面上具有收斂效果的織構(gòu)模型利用了溝槽對(duì)流體的聚