为了研究刀具表面织构对切削性能的影响,通过控制前刀面上微凹坑的直径、深度和面积占有率等参数制备了两组表面高度算术平均值Sa相同的织构刀具.使用Talysurf CCI Lite非接触式三维光学轮廓仪对织构表面进行测量,采用ISO25178参数对测量表面进行表征;通过SL200KS接触角测量仪测量织构刀具前刀面湿润性的变化;随后在CA6140车床上进行45钢切削试验,研究不同织构对切削力、前刀面摩擦特性、工件表面粗糙度和切屑形变的影响.结果表明:合理的表面织构能够改善刀具的切削性能;切削液在前刀面铺展较快的织构刀具获得了较好的切削性能;凹坑直径、深度和面积占有率的协同作用对改善刀具切削性能至关重要,为了协调这三个织构参数,进一步研究三维表征参数Sku、Ssk、Sv、Vvv、Vvc、Sdv、Sda、Spd与刀具切削性能的关联性,为刀具表面设计提供了基础.
运用激光微织构技术,通过控制微凹坑形状、间距、深度等参数,在45社钢表面制备了一组表面算术平均偏差S_a相同但表面微观结构不同的试件.使用Talysulf CCI Lite非接触式三维光学轮廓仪对表面进行测量,采用ISO 25178三维形貌表征参数对其形貌进行表征.在SL200 KS光学法固液接触角和界面张力仪上针对32#汽轮机油进行润湿性试验,分析了温度、液滴体积、表面结构特征等因素对润湿性的影响,并借助ISO25178中部分参数对固体表面形貌随机特征与其润湿性之间的关联性进行了量化研究.基于固液本征接触角为锐角,研究结果表明:固液接触角在润湿过程中先迅速减小,之后逐渐趋于稳定;固液平衡接触角随温度的升高而减小,随液滴体积的增大先增大后减小;激光微织构能够改变表面润湿性,S_a相同的表面,微织构形状、方向均影响表面润湿性,当槽状微织构表面的槽方向与液滴铺展方向一致时,润湿效果最优.ISO25178系列三维形貌表征参数中幅度参数(S_(ku),S_(sk))、空间参数(S_(tr),S_(al))、混合参数(S_(dq),S_(dr))与表面润湿性之间具有较强的关联性:S_(ku),S_(al),S_(dr)越大,S_(sk),S_(tr),S_(dq)越小的表面,固液平衡接触角越小,表面润湿性越好.
为研究具有相对滑动运动的织构摩擦面在大载荷脂润滑条件下的摩擦特性,在关节轴承内圈表面设计制造了凹槽和凹坑2种不同形状的织构,采用表面形貌参数中的偏态、峰态和平均谷体积等参数对织构表面形貌进行表征。在专用的疲劳摩擦磨损试验机上对轴承进行摩擦性能试验,润滑剂为二硫化钼锂基润滑脂,载荷分别为20,40和60 k N,滑动速度范围为5.2～20.9 mm/s。结果表明：控制织构参数可获得所需的表面形貌参数,进而控制接触表面的摩擦学性能。对于相同的织构形状,在织构宽度（或直径）和面积密度一定时,织构深度越大,则偏态越小,峰态和平均谷体积越大,从而表面的摩擦系数也就越小;在织构深度和宽度（或直径）一定时,织构面积密度减小,则偏态减小,峰态和平均谷体积增大,滑动摩擦系数也减小。设计合理的表面织构能有效减小滑动摩擦系数,在该试验的速度和载荷范围内,与接触面未织构的轴承相比,凹槽织构和凹坑织构能使轴承滑动摩擦系数最大减小46.2%和60%。该研究可为脂润滑条件下相对滑动摩擦面的织构设计和摩擦性能预测提供参考。
