合理的微织构能够有效地改善接触区的摩擦状态,减小摩擦磨损,而且微织构的性能不仅取决于织构的形态和参数,织构的制备技术对织构表面的摩擦性能也有着非常重要的影响。目前,应用较为广泛的微织构制备方法有机械加工法、能量束加工法。
1.3.1.1 机械加工法
采用机械设备对刀具前刀面进行去料加工微织构的过程称为机械加工法。通常这种方法采取传统切削或者是压力划痕的方式。这种方法的优点是设备简单、加工效率高,比较大众化,但是这种方法的加工精度却不能得到有效保证,而且加工过程中对刀具前刀面的损伤比较大,加工材料具有一定的局限性,不适用于加工硬脆性材料。
谢晋等采用金刚石砂轮磨削方式在前刀面上磨削加工沟槽,磨削加工的方法成本较低,加工出的微织构形貌更平整且光滑。
张高峰等也采用划痕法用金刚石压头在硬质合金刀具表面划痕加工微织构,其加工不同形貌参数微织构是通过对金刚石压头施加不同的压力,在不同的压力作用下,表面划痕的宽度和深度不一样,以此通过控制压力来制备所需微织构形貌。随后采用球盘式摩擦磨损方法进行了微织构化硬质合金的摩擦磨损试验,对摩擦磨损试验过程的摩擦力与摩擦因数进行了在线测量。研究结果表明,纳米级织构效果不明显。WuLe Zhu等利用多晶金刚石刀具通过超声椭圆振动织构化加工过程在硬质合金刀具前刀面加工微沟槽,无织构和有织构切削管状铝合金工件进行对比。研究结果表明,用超声椭圆振动织构化加工方法加工的微沟槽精度更高,效率更佳,切削过程中切屑黏着明显降低,刀—屑界面的抗黏着性明显得到改善。
1.3.1.2 能量束加工法(www.daowen.com)
能量束加工法是指采用高密度的激光束、电子束或离子束等进行去除材料的加工方法。这种方法具有加工效率高、应用加工材料广、加工变形小等优势,是微织构加工领域最广泛的加工方法。通常能量束微织构加工方法中,应用较多的包括激光能量束、细微电火花能量束、离子束等。
吴泽等利用Nd:YAG激光器在WC/Co硬质合金刀片的前刀面和后刀面加工表面织构,MoS2固体润滑剂填充进织构沟槽中形成自润滑膜,进行干切削Ti—6Al—4V对比试验,根据切削力、切屑厚度比、摩擦系数和刀具磨损来评估加工性能。研究结果表明,相较于传统刀具,织构刀具切削力、切削温度降低,椭圆状沟槽自润滑效果最好,刀具寿命明显提高。谢永等利用Nd:YAG固体激光器在WC硬质合金刀具表面加工表面织构,利用应力测定仪器、硬度测试仪和光学显微镜,从残余应力、显微硬度和微观形貌等方面分析了激光微织构造型工艺对其表面特性的影响。研究结果表明,激光对WC硬质合金表面微织构后刀面的残余应力和硬度影响较小,而不同参数的激光冲击后微观形貌区别较大。龙远强等采用激光加工在硬质合金刀具的前刀面加工微织构,并在微织构中填充MoS2固体润滑剂制成微织构自润滑刀具,进行切削对比实验,研究结果表明,有润滑剂织构刀具切削力和切削温度降低,微织构和润滑剂的双重作用使得剪切角增大,切屑的卷曲半径增大,有利于切断切屑,提高断屑能力,刀具的黏着现象得到明显改善。
宋文龙等采用微细电火花技术在硬质合金刀具前刀面和后刀面加工出了微孔阵列,并结合固体润滑剂制备出微池自润滑刀具。研究结果表明了微池自润滑刀具能够有效降低摩擦系数和磨损率,微孔的存在减小了刀屑接触长度,同时降低了切削力和切削温度。
孙华亮等采用聚焦离子束(FIB)在Ti—Al—N涂层刀具前刀面加工微织构,结合有限元仿真,研究微织构对涂层刀具切削性能和摩擦性能的影响。研究结果表明,表面微织构改善了刀具表面切削温度分布,降低切削温度,提高刀具的耐磨性。
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