硬质合金刀具材料激光微织构表面摩擦磨损特性研究

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近年来,表面微织构在切削刀具上得到了广泛应用。本文采用Nd:YAG全固态激光器在YG8硬质合金表面加工出直线(ZX)、网格(WG,网格角度分别为60°、90°、120°)、微坑(WK)、圆弧(YH)等4种形状的微织构,且每种形状的微织构都有5%、10%、20%、30%等4种不同的面积密度。将微织构表面硬质合金盘与纯Al2O3球配副在UMT-2型摩擦磨损试验机上进行干摩擦条件下的摩擦磨损试验,研究硬质合金微织构表面的摩擦磨损特性。本文设计的摩擦磨损试验总共有4组对比试验,分别为干摩擦条件下纯Al2O3陶瓷球与光滑表面(SS)、涂敷固体润滑剂MoS2的光滑表面(SSL)、未填充MoS2的微织构表面(TS)、填充MoS2的微织构表面(TSL)等4种硬质合金盘试样的摩擦试验。并以摩擦试验的试验数据摩擦系数作为评价标准,研究了不同摩擦速度和不同载荷条件下微织构种类、微织构尺寸参数和固体润滑剂对摩擦副摩擦磨损特性的影响规律。通过对摩擦试验结果的分析。得到如下结论:①相同试验条件下,每种面积密度的TSL试样中,圆弧形试样的平均摩擦系数最小,直线形试样的摩擦系数最大,但均小于SSL试样;②相同试验条件下,随着微织构面积密度的增加,各试样的摩擦系数都呈现出先下降、后上升的趋势。微坑形试样对面积密度最为敏感;③相同试验条件下,在SS、SSL、TS、TSL四种表面试样中,平均摩擦系数从大到小为TS>SS>SSL>TSL。本文还使用有限元分析软件ABAQUS对摩擦过程进行仿真分析,得到摩擦过程中微织构对硬质合金表面应力的影响。并结合理论分析,可知,滑动摩擦过程中,在摩擦挤压作用下,填充在微织构中的固体润滑剂被挤出并拖敷在摩擦表面上,形成润滑膜,降低了摩擦系数。除此之外,在滑动区域中,连续直线形/网格形织构具有摩擦长度长、摩擦面积大等特点。离散微坑型织构具有形成小面积的空气润滑膜的能力。离散圆弧型织构兼具这两者的特点,且其还具有直线织构和网格织构没有的降低摩擦表面微冲击的性能。所有这些特点都是微织构抗磨的主要原因。
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