毕业设计 液压升降舞台的设计包含有CAD文件
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一、 传统涂料和现代涂料之间摩擦性质的对比毕章 刘小兵 邓朝晖 和建盟都是美国CTO6292机械工业部门和各大学的领导。电邮：简介： 这篇文章对比了传统材料在固定的摩擦力和空间摩擦力作用下的表面摩擦性质。材料成型机械是和微结构理论（材料的粒度）相联系的。材料粒度的减少对变形材料的摩擦性质的影响正在研究之中。1.说明陶瓷制品的摩擦过程影响已经在深入的研究之中。例如:Kirchner 和Brinksmeier,1998Blake,1998)摩擦对材料微型结构的影响同等重要。材料的微型结构就是粒度，它将影响机械性能。例如：硬度和韧性。所以也将影响到陶瓷的摩擦性质，在这方面几乎还未取得研究上的突破。 Both和Tonshoff在1993年研究了不同粒度的铝在滑动摩擦和静摩擦方面的摩擦性质。对n-Al2O3/13TiO2和n-WC/12Co两种涂料来说，其硬度和韧性比同等或粒度大的其他材料来说要髙的多。在塑性变形条件下，材料的硬度是不变的。由于固有位置的移动，塑性变形将会被削弱。粒度越大，越会对材料的移动和塑性变形的束缚。和传统材料不同的是，材料硬度的降低并不会导致材料韧度的降低。（由于更大的纤维化，更大的流动压力和更高的挠曲力）（Jia,1998)对传统材料和现代材料来说，硬度和韧度的差别是涂料的摩擦性质得的影响。大量的砂眼，裂纹和微裂纹是由于膨胀过程对材料中各成分的比率产生了很大的影响。对传统材料和现代材料来说，硬度和韧度的不同并不仅仅是由于体积的不同。表1说明了传统材料和现代材料（Wc/12Co和Al2O3/13TiO2）两种涂料的成分比率。一般来说，摩擦性质可根据材料的滑移率，材料所承受的摩擦力，样本表面的结合率作出预测。在这篇报告中，传统的摩擦力，空间摩擦能是作为传统材料和现代材料对照。除此之外，微电子扫描技术被用来预料粒度对材料滑移机械的影响。表1：传统材料和现代材料（Wc/12Co和Al2O3/13TiO2）的百分比C-Wc/12Co n-Wc/12Co C-Al2O3/13TiO2 n-Al2O3/13TiO2边界力：82.7 89.6 15.5 20.7 （MPa）粒度：1.3 0.04 2.5 0.05 （um）物体密度：14.2 14.5 3.54.0 3.74.1 （g/cm3）维氏硬度：12.00 12.50 10.44 10.57 （GPa）韧度：1/2 16.0 16.5 3.3 3.5 (MPa/m)2结构试验2.1预加工特征图表 传统材料和现代材料都是由低碳钢制成，其晶格大小为25754mm3，晶格在热膨胀之前将会爆炸。传统材料和现代材料（Wc/12Co）是用高压氧流的方法生产的。传统材料和现代材料（Al2O3/13TiO2）是用等离子下热膨胀的方法预制的。所有的涂层都有大约0.5mm厚的硬壳。材料样本被削减为2544mm3。 表1说明了用微电子扫描技术对c/n-Wc/12Co涂料的观察结果。表1（b）揭示了小粒度的Wc在材料钴的边界结合在一边。用微电子扫描技术在传统材料和现代材料（Wc/12Co）中可观察到大量的裂纹。表2说明了在热膨胀作用下，传统材料和现代材料（Al2O3/13TiO2）的典型表面特征：孔隙，裂纹，微裂纹和与材料微裂纹垂直相交的部分结构。在现有的摩擦测试以前，为了降低材料的毁坏，外表是带有15um的金钢粒的砂轮。尽管这种准备过程在热膨胀的影响下非常有效，但要浪费时间和精力。2.2摩擦试验 摩擦试验是用计算机对精密摩擦机械（Dover Model 956-S）进行了大量的控制而完成的。这台机器在它的测量轴及X Y Z 坐标方向上都有空间静止齿轮。测量轴在轴向由0.05um的窜动，三坐标轴向上有0.1um-25mm的直线度误差。机器上安装的激光干涉仪能够对Xx Y Z轴向上0.07um的回路误差进行反馈。机器上这种回路的刚度为50N/um。 在此项研究中，用金刚摩擦轮（5D 600N 100V）在不同的环境下（和样本比较而言）摩擦涂料。轮速设置为33m/s或3500r/min。为了预测在残余应力作用下材料滑移率的影响，切深设置为2，5，15，30 um补偿率为1，4，8mm/s(在摩擦试验中)用冷却液作为水系统。2.3后摩擦预测 轮廓曲线用于测量材料在摩擦方向上的成型表面微电子探测仪（JOEL Model Jsm840）用于观察材料表面。微电子探测仪的观察部件能够在材缺陷中区分出摩擦损坏。 大量的材料缺陷，例如：砂眼，熔融粒子，裂纹和微观裂纹，在飞溅中都能被检测出来。 因为其中的一些缺陷很容易被误认为摩擦毁坏，所以微电子探测仪能够在飞溅材料的检测中探测出这些缺陷。热膨胀过程中的毛孔一般呈现光滑的边缘。表1和表2中，飞溅材料的裂纹和微裂纹彼此相连。依据摩擦材料，摩擦破坏将能被检测出来。3研究成果与发现3.1普通摩擦力的对比普通摩擦力在表征摩擦过程中非常重要。表3对c/n-Al2O3/13TiO2和c/n-Wc/12Co在相同摩擦环境下作用的普通摩擦力进行了对比。对n-Al2O3/13TiO2来说，普通摩擦力要高于传统的配对物。人们也观察到：对n-Al2O3/13TiO2来说，抱刹力要大的多。它表明了：n-Al2O3/13TiO2和传统的配对物相比增加了机械性能（硬度和韧度），所以n-Al2O3/13TiO2得到广泛的应用。据观测，摩擦中c/n-Al2O3/13TiO2具有类似的趋势：在大的切深下，摩擦力对传统材料和现代材料的不同影响变得非常小。这也表明在非常低的材料滑移率下，材料粒度对摩擦力的影响非常大。当切深或材料滑移率增大时，对摩擦过程干扰仪来说，切深的影响成为次要因素。由于在摩擦时大的负前角的从存在，切向摩擦力比普通摩擦力小的多。摩擦力如下：（a）c-Wc/12Co (b) n-Wc/12Co (a) c-AL2O3/13TiO2 (b) n-Al2O3/13TiO2 表2：微电子探测仪观测到了飞溅的c/n-AL2O3/13TiO2。 表1：微电子探测仪观测到了飞溅的c/n-Wc/12Co。 222222000000mm 1200mm表3表明了对切向摩擦力Ft来说，普通摩擦力的相对数量级为Fn，并被定义为： t n F F L=(1) 表4说明了摩擦力率和切深。摩擦力率对c/n-AL2O3/13TiO2来说要高于c/n-Wc/12Co 。c/n-AL2O3/13TiO2比c/n-Wc/12Co要硬的多。在同样的摩擦条件下，脆性特征要比c/n-AL2O3/13TiO2明显的多。 c/n-Wc/12Co在摩擦时，大量的可逆流导致切向摩擦力相对高的多，所以导致摩擦力率降低。据观测：当摩擦力率对n-AL2O3/13TiO2和n-AL2O3/13TiO2的不同不重要时，n-AL2O3/13TiO2的摩擦力率和c-AL2O3/13TiO2的摩擦力率有明显的不同。随着材料的滑移率或切深降低时，这四种材料的摩擦力率也相应的降低。另一方面，这四种材料的摩擦力率相对很窄，这说明了材料滑移机相对于给定的切深范围并不能变动太大。空间摩擦能U被定义为去除单位材料所需的能量。空间摩擦能是由切向摩擦能推倒出的。F tc wdv Fv u=(2)Vc指摩擦速度，W指工件宽度，d指切深 vf指反馈率表5表明了粒度对空间摩擦能的影响以及空间摩擦能随着切深的变化。（a）传统材料和现代材料AL2O3/13TiO2（b）传统材料和现代材料Wc/12Co表3对作用了传统材料和普通材料上的普通摩擦力做了对比。0 10 20 3002468Depth of cut, mNormal grinding force, N/mm2Nano.Conv.Wheel speed: 33 m/sFeedrate: 4 mm/sWheel: 600V0 10 20 3002468Depth of cut, mNormal grinding force, N/mm2Nano.Conv.Wheel speed: 33 m/sFeedrate: 4 mm/sWheel: 600VFig. 4 Comparison of grinding force ratio.00 10 20 3036912Depth of cut, mGrinding force ratio, ln-WC/12Coc-WC/12Con-Al2O3/13TiO2c-Al2O3/13TiO2Wheel speed: 33 m/sFeedrate: 4 mm/sWheel: 600V Fig. 5 Comparison of specific grinding energy.0 10 20 300.00.51.01.52.02.5Depth of cut, mSpecific grinding energy, 103 J/mm3n-WC/12Coc-WC/12Con-Al2O3/13TiO2c-Al2O3/13TiO2Wheel speed: 33 m/sFeedrate: 4 mm/sWheel: 600V4.四种材料的摩擦能随着切深渐进的达到极限。在小的切深处，空间摩擦能非常高，这暗示了一部分摩擦能是和构件外形有关（Malkin,1989）一般来说，一部分摩擦能是由构件成型时储存的能量upl,切削能usl ch pl sl 组成。即U=U+U+U (3)除了uch，空间摩擦能的其他部分来自在小的切深下工件和磨粒的滑动和切削。在比较大的切深下，滑动变得并不重要，构件成型也很普遍。然而，切削仍然存在，并影响到摩擦和材料表面。仅仅uch完全用于材料滑移和形成新的表面。理论上，表5中渐进极限是uch对c/n-AL2O3/13TiO2进行相对平坦的切割。由于材料的易脆性，切削能并不多。对现代材料来说，小的粒度似乎增大了材料的空间摩擦能。由于现代材料硬度的提高，所需的切削能增多。韧度越大，也意味着通过摩擦形成新的摩擦表面需要更多的能量。3.3 表面粗糙度的对比表面粗糙度是对材料的表面特征的度量。表6说明了粒度对材料的表面粗糙度的影响非常重要。和摩擦力和空间摩擦能相反，粒度越小将导致现代材料表面粗糙度的降低。这在材料滑移机械中做了很好的解释。由微电子探测仪拍摄的图片可观察到（表7和表8）当可塑流在n-AL2O3/13TiO2摩擦中其主要作用时，脆性材料在n-AL2O3/13TiO2摩擦中起支配作用。尽管可塑流是c/n-Wc/12Co在摩擦中的主要的材料滑移成分，据观测晶格或许也很大程度上成因于c-Wc/12Co的表面粗糙度。和摩擦力类似，在很大的切深下，传统材料和现代材料的表面粗糙度之间非常接近。这也说明了，现代材料粒度的减少并不能提高材料的滑移率。3.4微电子探测仪的表面观测和对比表7表明了在相同的摩擦条件下，微电子探测仪对c/n-Wc/12Co的观测结果。c-Wc/12Co的表面分片很多，并且大量的Wc微粒能够被观测到。和n-Wc/12Co表面相比，n-Wc/12Co表面被一层塑性材料完全覆盖住了。Wc微粒边界几乎观测不到。表8表明了用微电子探测仪对c/n-AL2O3/13TiO2观测结果的对比。通过声音和平坦的表面，来自热膨胀的缺陷将被观测到。表6 表面粗糙度的对比 n-WC/12Coc-WC/12Con-Al2O3/13TiO2c-Al2O3/13TiO2Wheel speed: 33 m/sFeedrate: 4 mm/sWheel: 600V0 10 20 3001.21.5Depth of cut, mSurface roughness Ra, 102 nm(a) n-WC/12Co (b) c-WC/12CoFig. 7 SEM observations of ground c/n-WC/12Cocoatings.(a) n-Al2O3/13TiO2 (b) c-Al2O3/13TiO2Fig. 8 SEM observations of ground c/n-Al2O3/13TiO2 coatings.2121210 mm 2121210 mm2121210 mm 2121210 mm5. AL2O3/13TiO2表明了可塑性流是主要的滑移材料。脆性结构导致c-AL2O3/13TiO2的表面粗糙。断片和晶体组织占据了c-AL2O3/13TiO2的大部分。表面观察结果表明了表面具有不同的粗糙度。4.总结 从摩擦力的对比中可看出：空间摩擦能成形表面，现代材料和传统材料的表面形态。可总结为：粒度在材料的摩擦滑移中起到了重要的作用。当表面粗糙度随着粒度一起增加时，摩擦力，切削力和空间摩擦能是和粒度密切相关的。摩擦时，可塑性流和脆性结构会发生同样的变化。摩擦时，粒度影响着可塑性流的数量，它支配着材料的最终表面。粒度减少，边界增大可增强现代材料的硬度和韧度。所以它将影响到这些材料的摩擦。然而，在比较高的材料滑移率的条件下，粒度的影响
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