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2007年5月第32卷第5期润滑与密封L UBR I CAT I ON ENG I NEER I NGM ay 2007V ol 132N o 15*基金项目:国家自然科学基金项目(50475122);江苏省高校自然科学研究计划项目(06K J B460014);镇江市工业科技攻关项目(GY2005018)1收稿日期:2006-12-11作者简介:华希俊(1966)),男,工学博士,副教授,研究方向:激光表面改性与摩擦性设计、表面机器视觉检测等.E -ma i:l x j hua @ujs 1edu 1cn 1激光微造型表面摩擦磨损性能研究*华希俊 符永宏 袁 润 王 霄 蔡 兰(江苏大学机械工程学院 江苏镇江212013)摘要:采用声光调Q 二级管泵浦固体光源(DPSS)N d :YAG 激光器对缸套试件表面进行了微造型网纹加工。
在往复式活塞环-缸套摩擦磨损模拟试验机上进行了激光造型缸套试件与未造型光滑缸套试件的摩擦磨损性能对比试验研究。
试验结果表明,在重载高速条件下,激光网纹试件与未造型试件相比,摩擦因数降低23%,磨损量降低66%。
说明激光网纹沟槽具有贮油、积屑和动压润滑作用,同时激光加工的网纹淬火效应也有利于提高支承表面的耐磨抗擦伤性能。
关键词:激光表面造型;摩擦磨损性能;动压润滑中图分类号:TH11711 文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2007)5-020-3St udy on Friction andW ear Perfor mance of Laser Text uri ng SurfaceHua X ij u n Fu Yonghong Y uan Run W ang X i a o Cai Lan(M echan i cal Engi neeri ng C ollege of Ji angs u Universit y ,Zhenji ang Ji angs u 212013,China)Abstract :A co mparison bet wee n l aser -struct ured li ner specm i e ns and unstr ucture d onesw as descri bed regar d i ng the tr-ibo l ogical be havior .T he w el-l defi ned surface te x t ures on sa m ples fro m cy linder li ner w ere pr oduced w ith a Q s w itched d-i ode -pumpe d so lid -state (DPSS)N d :YAG laser .T he e xperm i entsw ere carried out on a sm i ulat i ng friction tester of reci pr o -cati ng cyli nder li ner/piston ri ng .Experm i ental results sho w that the fri ction coeffici ent o f laser -structured specm i e ns is re -duced by 23%and t he a mount of w ear is reduced by 66%,whe n co mpared w ith unstructured specm i e ns under higherspeed and l oad .The laser honing grooves can act as l ubri ca nt reservo ir as well as traps f or wear debris and ge nerate hydr o -dyna m ic pressure bet w een o i-l lubricated sli d i ng surfaces .T he nei ghbor zones of grooves are har dened by laser quenc h i ng .Laser -str uctured specm i ens sho w h i gh resistance to scuffing co mpared to unstructured ones .K eywords :laser surface texturi ng (LST );fricti on and w ear behav i or ;hydrodyna m i c l ubricati on缸套和活塞环是内燃机一对重要的摩擦副,其摩擦学性能直接影响到内燃机的功率输出、使用寿命、油耗以及燃烧排放等重要指标。
提高机械零件的摩擦学性能的激光表面纹理以色列机械工程系改进承载能力、耐磨损、摩擦系数等具有重大意义。
机械部件表面上以微坑的形式形成形成规则的微表面结构造成表面摩擦。
从理论上和实验上进行了一项可行性研究即使用激光微造型(LST)工艺生产微坑。
每个微小凹坑在全部或混合润滑的情况下可以作为微流体动力，在润滑剂的润滑状态条件的情况下或作为一个小型油藏孔。
目前已经建立了理论模型，并在实验室试验中探讨了LST的潜力在机械密封摩擦元件、活塞环和推力轴承。
整个实验室测试中，与原丝组件相比，带微小凹坑的构件大大减少了摩擦。
关键词：激光微造型，机械密封、活塞环、推力轴承。
改变表面纹理作为提高机械零件的摩擦学性能的一个手段已经众所周知。
也许最熟悉的和最早的表面纹理是在缸套珩磨中的应用[12]。
今天，现代磁存储设备的表面通常是纹理，当然表面纹理也被认为是克服在MEMS器件的粘附及迟滞的一个手段。
在各种形式的表面纹理的摩擦学应用的基础研究工作已经全世界进行，最近的例子可以在参考文献中找到。
各种纹理技术被用于一些研究包括电子束纹理，蚀刻技术和激光毛化。
有趣的是，所有这些基本工程的实验，他们大部分都是出于这个原理：表面纹理提供微型容器，以加强储油。
通常，纹理尺寸的优化是通过尝试和确定误差的方法。
汉密尔顿等1966年[14]中提出的表面纹理作为磁流体动力轴承的微粗糙的形式。
这个想法主要是促进平行滑动，如在机械密封件[1516]中应用。
1996年，Etsion和伯斯坦提出了用常规微表面结构模型[17]形成机械密封。
显示在联接密封件中的其中一个表面均匀分布的半球形微坑时密封性能大大改善。
随即由激光加工多孔端面密封环实验的研究[18]，通过测试球形容器中的油表明，球形酒窝形状可以优化，最优酒窝深度和韧窝直径比存在最大化。
气膜刚度和ＰＶ因素由连接副扣押以后决定。
从上面的讨论可以看出各种形式的表面纹理可以用于增强摩擦的性能。
然而，在所有实用的微表面图案化方法中，激光微造型似乎提供最有前途的概念。
基于激光微造型表面在极端工况下的润滑性能研究
董帮源;侯伦元;李隽钰;顾友民;孙玉萍
【期刊名称】《模具制造》
【年(卷),期】2024(24)6
【摘要】利用激光微造型技术加工出具有不同尺寸和形状表面织构的试样,在三维光学轮廓仪下对微织构试样表面进行测量,获得表面形貌三维探测图及表面高度算
术平均值。
通过线接触滚滑摩擦磨损试验机对试样在重载条件下摩擦性能进行测试。
结果表明:具有明不同尺寸的表面织构摩擦磨损性能存在差异,通过分析发现三维表
征参数中的表面高度算术平均值对试样摩擦磨损性能具有规律的影响。
在光学显微镜下对实验后的试样表面对比观察,发现具有直径较大的织构表面耐磨性能明显优
于直径较小的织构表面。
【总页数】4页(P32-35)
【作者】董帮源;侯伦元;李隽钰;顾友民;孙玉萍
【作者单位】合肥职业技术学院机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG659
【相关文献】
1.激光微造型表面固体润滑性能研究
2.基于CFD活塞环表面凹腔微造型动压润滑
性能研究3.基于N-S方程的微造型表面动压润滑性能的分析研究4.基于三维形貌
表征的激光微造型表面摩擦性能研究
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2007年12月农业机械学报第38卷第12期激光表面微造型工艺试验与应用*华希俊 符永宏 袁 润 王 霄 蔡 兰 【摘要】 在声光调Q 二级管泵浦固体光源(D PSS )N d ∶Y AG 激光器基础上,采用“单脉冲同点间隔多次”激光微加工工艺,对灰铸铁材料表面进行微造型加工。
分析了激光波长、光斑距离、重叠面积系数及重复频率对微造型质量的影响。
试验研究表明,该工艺能有效防止金属熔融和重铸现象,获得较为理想的微腔形貌和表面质量。
分析了微加工断面形貌,表明微腔(槽)表面留有一层与基体结合良好的硬化层。
通过4L 88型柴油机激光珩磨缸套的性能试验研究表明,与普通平顶珩磨缸套相比,采用激光珩磨缸套,柴油机机油耗降低39.3%,漏气量降低30%,PM 排放降低18.8%。
关键词:激光表面微造型 激光珩磨 试验中图分类号:T H 117.1;T G 163.99文献标识码:AExperimental Investigations on Laser Surface Micro -texturing TechnologyHua Xijun Fu Yo ngho ng Yuan Run Wa ng Xiao Cai La n(J iangsu University )AbstractThe ex perim enta l results rev ealed tha t it is practicable to machine g ray cast iro n with sing le pulse interval la ser micro -machining m ethod by a Q switched diode -pum ped solid -sta te (DPSS )Nd∶Y AG laser .The effect of laser pa ram eters (w aveleng th ,lig ht spot dista nce ,ov erlap area facto r and repetitio n frequency )on micro -machining quality w as discussed.A desired micro-structure and surface quality could be achiev ed to ov ercom e the adv erse effect of thermal diffusion and prevent the melting and recasting efficiently .The section SEM of cutting g roov es with JXA -840A was also analy zed.It is found that the trea ted layers o f g rooves hav e g ood joining state o n the base metal.The optimized tech nolo gy has been applied in the laser ho ning ex periment.With the laser tex turing of 4L88diesel cylinder-bore surface,the oil consumption w as reduced by 39.3%,the emission o f combustion engines w as reduced by 30%,and the particulate emission w as reduced by 18.8%,com paring with traditional plateau honing.Key words Laser surface tex turing ,Laser ho ning,Ex periment收稿日期:2006-11-06*国家自然科学基金资助项目(项目编号:50475122)和镇江市工业科技攻关项目(项目编号:GY2005018)华希俊 江苏大学机械工程学院 副教授 博士,212013 镇江市符永宏 江苏大学机械工程学院 教授袁 润 江苏大学机械工程学院 副教授王 霄 江苏大学机械工程学院 副教授蔡 兰 江苏大学机械工程学院 教授 博士生导师 引言摩擦副是机械产品的关键核心部件,其摩擦学行为不仅影响到机械系统工作性能和运行效率,甚至是导致其失效的主要原因[1]。
摩擦表面形貌表征的研究现状与发展趋势近年来，摩擦表面形貌的研究日益受到重视，其意义也越来越重要。
摩擦表面形貌对摩擦学、摩擦材料性能评价和相关应用具有重要影响。
因此，研究人员对摩擦表面形貌的表征技术及影响因素也越来越感兴趣。
1. 摩擦力学方程及参数表征摩擦表面形貌的表征必须基于摩擦力学方程，以此来估算摩擦尺寸或颗粒的尺寸。
基于非线性摩擦学方程的数值模拟已经发展成熟，可以用来进行精细的模拟剖面表征。
数值模拟方法可以表征摩擦过程中出现的高度复杂的粗糙表面。
2. 润滑剂的影响润滑剂是摩擦组件中的关键对象。
润滑剂的性质、组分和形状对摩擦学本身和摩擦受力条件有重要作用，其中润滑剂的形状和尺寸对表征有很大的影响。
3.表面加工技术表面加工技术是影响表面粗糙度的关键因素。
随着表面加工技术的不断进步，几种以加工参数为基础的表面表征方法已经越来越成熟并得到广泛应用。
包括均匀表面规律扫描法等。
4. 微观表面粗糙度方法微观表面粗糙度工具，如比表法、定距法、谱表法等，是近年来用于表征摩擦表面形貌的重要手段，可以获得摩擦表面粗糙度随滑动距离变化的精确定量描述。
5. 高维参数表征近年来，由于计算机视觉和机器学习技术的发展，摩擦表面的高维度参数表征技术也受到了重视。
基于高维视觉参数的摩擦表面形貌表征可以更加细致地描述摩擦表面的非线性特性。
6.智能表面表征与高维参数表征类似，近年来随着人工智能技术的发展，人们也把智能学习技术应用于摩擦表面表征，比如半监督学习、无监督学习等技术，基于机器学习的表面表征技术也受到了重视。
综上所述，摩擦表面形貌表征技术在过去二十年中经历了许多发展及改进，而其中微观、高维参数表征以及智能表面表征有望成为摩擦学研究和实际应用的新趋势，未来将继续给摩擦表面的形貌表征带来更多的发展和改进。
滑动轴承摩擦学特性测试与分析滑动轴承是一种常见的机械零件，广泛应用于各种设备和机械系统中。
在滑动轴承中，摩擦学特性的测试和分析对于正确选择和使用轴承至关重要。
本文将探讨滑动轴承摩擦学特性的测试方法、分析结果以及对轴承性能的影响。
首先，我们来看一下滑动轴承摩擦学特性的测试方法。
其中最常用的方法是摩擦系数测试和磨损测试。
摩擦系数测试可以通过测量摩擦力和载荷来确定摩擦系数。
通常可采用摩擦试验机来进行测试，测试条件包括轴承的润滑方式、载荷大小、转速等。
磨损测试则是通过测量轴承的磨损量来评估其磨损性能，常用方法有磨损试验机和磨损重量损失测试法。
在进行摩擦学特性测试后，我们可以得到一系列的测试结果。
这些结果可以用于轴承的性能分析和评估。
例如，摩擦系数的测试结果可以指导我们选择合适的润滑方式来减小轴承的摩擦损失。
此外，磨损测试的结果可以用于判断轴承的寿命和磨损速度，从而及时进行维护和更换。
通过对测试结果的分析，可以帮助我们了解滑动轴承的摩擦机制和行为规律，从而优化轴承的设计和使用。
同时，滑动轴承的摩擦学特性测试和分析还可以帮助我们研究摩擦副的磨损机理。
由于轴承与轴承座之间存在相对滑动，长时间的使用可能会导致摩擦副的磨损。
通过磨损测试和分析，我们可以了解摩擦副磨损的形态和机制。
例如，轴承的磨损主要包括表面磨损和微观结构磨损。
表面磨损主要是由摩擦力和载荷引起的，而微观结构磨损则是由杂质和磨粒引起的。
通过磨损分析，我们可以查明磨损的主要原因，进而采取相应的措施来减少磨损和延长轴承的使用寿命。
此外，滑动轴承的摩擦学特性测试和分析对于滑动轴承的改进和优化也具有重要意义。
通过摩擦学特性的测试，我们可以了解不同材料和润滑方式对轴承性能的影响。
例如，使用不同润滑材料可以减小轴承的摩擦系数，以提高轴承的运行效率。
此外，通过研究轴承表面镀层和涂层技术，可以增强轴承的耐磨性和耐腐蚀性，提高轴承的使用寿命。
综上所述，滑动轴承摩擦学特性的测试和分析对于轴承的选择、使用和改进具有重要作用。
第四章激光微造型表面摩擦特性的实验研究4.1实验条件与试样参数介绍物体的摩擦性能主要指的是摩擦力(摩擦力矩)、承载能力、抗磨损能力等。
本章主要是实验结果进行分析，考察具有不同几何参数的规则微凹坑对表面摩擦特性的影响。
与第二章的模拟分析结果相对照，试图找到不同尺寸微凹坑对面接触摩擦副间摩擦性能的改变与表面功能形貌之间的联系，为表面功能形貌的分析与设计提供参考。
虽然规则凹坑只占摩擦副表面的很小一部分面积，但是由于凹坑微单元分布的规则性，承载区域内部的各个微单元附近的油膜厚度和压力分布会随着凹坑的大小及分布规律而变化，反映出来就是凹坑对表面摩擦特性的影响有一定的规律。
目前，过内外学者对这种规则凹坑表面的研究主要考虑以下几个参数：凹坑深度、凹坑直径、凹坑的深径比、凹坑间距和凹坑的表面积占有率。
这些参数不是独立的，例如知道凹坑直径和凹坑深度就可以算出凹坑的深径比。
由于加工与检测仪器的功能和精度有限，本次实验主要考察凹坑直径和凹坑间距对缸套表面摩擦学性能的影响。
由于对比实验时缸套试样表面加工的凹坑比较浅，磨损实验结束后，表面的规则凹坑已经变的非常的模糊，不便于观察和测量。
比较实验时使用的激光加工功率为9瓦，是对比实验的3倍。
试样的具体参数如表4-1所示，凹坑直径加工了4个系列，每个系列加工5种凹坑间距，总共20个试样。
为了保证结果的准确性，选择十个不同参数的试样作了重复实验。
表4-1比较实验的激光微结构参数本次实验的条件和操作过程与对比实验时的基本一样，有两个地方需要说明：一是载荷的变化，由对比实验结果所画出的曲线可以看出，各个尺寸的凹坑表面在摩擦学特性上区别不是很明显。
本次实验严格了操作和外界温度情况，在实验进行的最后70分钟将载荷增加到350牛顿，使得实验结果的差别更加明显。
二是增加了摩擦力的测量，采用前面所述的检测设备，直接保存了摩擦力曲线和对应的数值，使得实验结果更加成分。
4.2对表面形貌的影响为了考察凹坑对表面摩擦性能的影响与表面形貌变化之间的联系，对实验前后的规则凹坑缸套表面进行了形貌测量和凹坑区域附近的图像信息采集。
