【摘 要】
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在再制造和设备运维阶段过程中,过盈配合部件往往面临拆解分离等操作,其表面常因强烈的摩擦效应发生损伤。前期研究发现在配合界面上添加激光凹坑织构可有效降低拆卸损伤、增大配合界面的静摩擦因数,有利于配合件的再制造重复使用。但引入织构之后,过盈配合界面的微观轮廓形貌与表层材料性能均发生了变化,进而影响其服役性能,为探究其间的作用机理,采用等效圆直径100μm、面密度25%且具有良好拆解减损性能的椭圆形表面
【基金项目】
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国家自然科学基金重点基金资助项目(项目号:51635010):精密机电系统精准数字装配基础理论与方法研究,2017-2021; 企业委托项目(项目号:W2019JSKF0545):转向架检修中过盈装配问题研究,2019-2020;
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在再制造和设备运维阶段过程中,过盈配合部件往往面临拆解分离等操作,其表面常因强烈的摩擦效应发生损伤。前期研究发现在配合界面上添加激光凹坑织构可有效降低拆卸损伤、增大配合界面的静摩擦因数,有利于配合件的再制造重复使用。但引入织构之后,过盈配合界面的微观轮廓形貌与表层材料性能均发生了变化,进而影响其服役性能,为探究其间的作用机理,采用等效圆直径100μm、面密度25%且具有良好拆解减损性能的椭圆形表面织构进行了以下几类试验:(1)对比了有织构和无织构标准圆柱拉伸试样的拉伸性能,实验结果显示织构试样的拉伸强度与无织构试样非常接近,但织构试样的伸长率较无织构试样有11.7%的降低。(2)探讨了有织构和无织构的轴-套配合试样在10000~70000次周期载荷下的微动疲劳损伤情况,发现激光表面织构能显著减少配合界面上的微动疲劳损伤程度,并能有效降低损伤的延展速率。(3)测量了有织构和无织构的轴-套配合试样在12~35 k N的轴向载荷作用下的轴向滑移距离,试验结果显示随着试验载荷的不断增大,所有试样的轴向滑移量均同步增大,但无织构过盈配合试样的滑移量增幅度更为明显。(4)分析了有熔融层织构、无熔融层织构和无织构的长方体试样在60~150MPa的法向载荷作用下的表面微观接触变形情况,发现随着接触压力的增大,具有熔融层的织构表面的法向变形量更为稳定,其增幅远小于无熔融层织构表面和无织构表面。(5)对比了有熔融层织构、无熔融层织构和无织构三类长方体试样的承载能力,试验结果显示有熔融层织构表面的承载能力明显优于其他两种表面,其最大静摩擦系数均值达到0.666,而无熔融层织构和无织构表面仅为0.344和0.346。通过系列试验及检测分析可知,激光加工在织构图案周围形成了规律性分布的熔融层,其硬度明显高于基体材料,且能稳定地存在于过盈配合表面上。这些硬质熔融层对配合表面起到了良好的强化作用,具有较好的“抗剪切”性能;在过盈配合界面的接触过程中,熔融层上的硬质凸缘会率先与配对面相接触,在提高“咬合接触点”数量比例、抬升微观接触表面中线高度的同时,承担了大部分的接触载荷;由此使得保留熔融层的织构试样,在未明显改变材料拉伸性能的前提下,大幅提高了过盈配合的“稳定服役承载能力”,获得了较好的“抗微动疲劳”、“抗轴向滑移”、“抗法向接触变形”性能。
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