《親疏複合織構化刀具表面的減摩機理研究》是依託南京航空航天大學，由郝秀清擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：親疏複合織構化刀具表面的減摩機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：郝秀清
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高速切削過程中刀-屑界面惡劣的潤滑條件是導致刀具強摩擦磨損的核心問題，本項目結合表面織構與潤濕性控制技術，提出在刀具表面製備親疏複合織構化表面對切削介質流動狀態實現主動調控的研究思路：通過親液微溝槽收集輸送潤滑介質，通過疏液表面使潤滑液迅速運動並轉移至高表面能切屑表面成膜，改善界面潤滑狀態，為刀具減摩降磨技術提供一條新途徑。項目重點研究切削介質在親疏複合織構化刀-屑界面處的流動規律，以及表面微觀結構幾何特徵及親疏液區域分布的綜合減摩機制等刀-屑界面摩擦學特徵科學問題；在此基礎上，通過仿真計算、切削介質流動性能測試、切削試驗等手段，建立刀具表面微觀幾何形貌的設計準則和親疏液區域分布的設計方法；探索刀具表面織構和耐磨穩固疏液層的製備工藝，形成系統的親疏複合織構化表面設計製造方法；實現親疏複合織構化表面主動調控刀-屑界面為動力潤滑狀態的減磨思想；為高性能切削刀具設計技術提供理論和技術支撐。
結題摘要
合理設計的表面織構在刀具切削過程中能夠有效降低切削力、切削溫度，提高刀具抗粘結能力、發揮減摩作用，從而提高刀具壽命。與此同時，在織構表面引入潤濕性調控技術可在一定程度上改善表面的潤滑狀態，為進一步提高其減摩性能提供了一條新的可行的途徑。針對15-5PH固溶處理不鏽鋼、鈦合金等難加工材料加工時出現的刀具磨損快的問題，本項目提出了將潤濕性控制和表面微織構相結合的方法，製備了微/納織構化刀具及親疏複合織構化刀具並研究了它們的摩擦學特性及切削性能。 (1) 首先對YT15微/納織構的雷射製備工藝及摩擦學特性展開了研究。研究了雷射掃描速度、雷射能量密度及加工次數等工藝參數對微/納織構幾何拓撲形貌和尺寸的影響規律，通過雷射工藝參數的最佳化，實現了刀具表面微/納織構尺寸和形貌質量的控制，並通過摩擦磨損試驗證明，微/納織構化刀具表面的潤濕性可進一步減小刀具/工件接觸界面的摩擦係數。 (2) 進行了15-5PH固溶處理不鏽鋼切削試驗，結果表明微/納織構化刀具可調控切削液的運動狀態，改善刀-屑界面的潤滑狀態，進一步減緩刀具磨損。 (3) 針對親疏複合織構化PCD刀具展開了深入研究，研究雷射工藝參數對微納結構的尺寸及形貌的影響規律，並闡明微納結構形貌的形成機理；分別在PCD刀具原始表面和微納結構表面上製備微溝槽，探究了雷射工藝參數對微溝槽尺寸的影響規律；通過對複合織構刀具進行有限元強度仿真，得出複合織構參數對刀具強度的影響規律，並優選出最佳幾何及布局參數。 (4) 進行了車削Ti-6Al-4V鈦合金的試驗，發現在微量潤滑條件下相比於無織構刀具、微溝槽刀具，親疏複合織構化刀具切削力最大下降14.1%、平均摩擦係數最大下降11.5%，刀具粘附最大減輕22.3%。同時，前刀面磨損和粘結情況也有很大改善。 本項目對高性能刀具的表面設計方法、延長刀具壽命、改善難加工材料的加工質量等方面具有重要意義。
