基于表面织构设计的造型机导轨摩擦学性能研究

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砂型造型机在制芯过程中,砂粒原料不可避免地嵌入上下导轨表面之间,并犁切导轨表面,造成严重的磨粒磨损。导轨磨损后会降低造型机的合模精度并缩短使用寿命。为改善造型机导轨的摩擦学性能,本文分别研究了表面织构化处理及表面织构化与表面强化复合处理对摩擦副摩擦学性能的影响。得到以下主要结论:建立CFD模型研究沟槽织构参数对承载力的影响,研究表明沟槽织构能够提高油膜承载力,有利于形成润滑油膜。油润滑条件下,单层沟槽织构S2(h=0.05mm,w=1.0mm,Sp=34%)的平均摩擦系数比无织构表面S1降低12.7%。当单层沟槽与二层沟槽的容积相同时,通过调节二层沟槽的第一层沟槽深度可减小流体的旋涡区,进一步提高油膜承载力,改善润滑性能。研究沟槽织构表面在含沙润滑下的摩擦学性能。当砂粒浓度为5%时,织构试样S4(h=0.40 mm,w=1.0mm,Sp=34%)、S5(h=0.50 mm,w=1.0 mm,Sp=34%)、S7(h=0.40 mm,w=1.5mm,Sp=34%)和 S9(h=0.40mm,w=1.0mm,Sp=45%)的磨损率分别为无织构试样S1的1/4.0、1/4.3、1/5.3和1/4.8,表面织构显著提高表面的耐磨性。当砂粒浓度为10%时,织构试样的平均摩擦系数和磨损率均高于无织构试样。此时表面织构会导致砂粒与沟槽棱边的冲击磨损,不利于摩擦学性能的改善。SEM研究表明织构试样与无织构试样的磨损机理均为磨粒磨损。通过激光熔覆耐磨涂层和表面渗氮提高摩擦副表面的硬度,从而改善耐磨性。含砂油润滑条件下,强化表面的初始摩擦系数均明显小于基体表面,并且激光熔覆涂层和渗氮表面的耐磨性分别为基体表面的2.6倍和3.7倍。基于摩擦学系统理论,研究不同摩擦配副对耐磨性的影响。其中P1摩擦配副(未渗氮销+未渗氮无织构盘)作为参照组。与P1摩擦配副相比,P2摩擦配副(渗氮销+未渗氮无织构盘)加剧了盘表面的磨损,但是其余摩擦配副均有利于改善盘表面的耐磨性。其中P8摩擦配副(渗氮销+渗氮有织构盘)的改善效果最显著,耐磨性为P1摩擦配副的17.1倍。在P8摩擦配副中,盘试样的主要磨损形式为表面擦伤,销试样的主要磨损形式为轻微的磨粒磨损。
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