亲疏复合织构化刀具表面的减摩机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51505219
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0509.加工制造
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The cutting tool is usually in the state of rapid wear resulting from the poor lubrication condition of the tool-chip interface during the high speed cutting process. In this project, a new idea of fabricating textured wetting contrasted surface on the tool, combined with surface texture and wettability control technology, is proposed to actively control the flow state of lubricating medium on the tool-chip interface. The whole rake surface is super-hydrophobic except the inner surface of the visible microgrooves. Therefore the hydrophilic microgrooves could collect and convey the lubricant to the cutting zone. Due to the low friction of super-hydrophobic surface and high energy of new produced chip surface, the lubricating medium could move fast on the tool surface and easily adhere onto the chip surface, which are in favor of forming a lubrication film on the tool-chip interface. It could improve the interface lubrication condition and offer a new way of anti-friction and anti-wear for the cutting tool. Based on the research of tribological properties of the tool-chip interface, the flowing discipline of lubrication on the tool-chip interface and the anti-friction mechanism of textured wetting contrasted surface will be investigated. And then, combined with numerical simulations, flowing test and cutting experiments, the methods of designing texture parameters and hydrophilic/hydrophobic zone distribution will be developed as well as the fabricating process of robust hydrophobic layer with miro/nano hierarchical structures. By introducing the textured wetting contrasted surface onto the cutting tool, the idea to actively control the lubrication condition to the hydrodynamic lubrication will be realized. The results of this research will provide both theoretical and technical supports for the design of high performance cutting tools.
高速切削过程中刀-屑界面恶劣的润滑条件是导致刀具强摩擦磨损的核心问题,本项目结合表面织构与润湿性控制技术,提出在刀具表面制备亲疏复合织构化表面对切削介质流动状态实现主动调控的研究思路:通过亲液微沟槽收集输送润滑介质,通过疏液表面使润滑液迅速运动并转移至高表面能切屑表面成膜,改善界面润滑状态,为刀具减摩降磨技术提供一条新途径。项目重点研究切削介质在亲疏复合织构化刀-屑界面处的流动规律,以及表面微观结构几何特征及亲疏液区域分布的综合减摩机制等刀-屑界面摩擦学特征科学问题;在此基础上,通过仿真计算、切削介质流动性能测试、切削试验等手段,建立刀具表面微观几何形貌的设计准则和亲疏液区域分布的设计方法;探索刀具表面织构和耐磨稳固疏液层的制备工艺,形成系统的亲疏复合织构化表面设计制造方法;实现亲疏复合织构化表面主动调控刀-屑界面为动力润滑状态的减磨思想;为高性能切削刀具设计技术提供理论和技术支撑。

结项摘要

合理设计的表面织构在刀具切削过程中能够有效降低切削力、切削温度,提高刀具抗粘结能力、发挥减摩作用,从而提高刀具寿命。与此同时,在织构表面引入润湿性调控技术可在一定程度上改善表面的润滑状态,为进一步提高其减摩性能提供了一条新的可行的途径。针对15-5PH固溶处理不锈钢、钛合金等难加工材料加工时出现的刀具磨损快的问题,本项目提出了将润湿性控制和表面微织构相结合的方法,制备了微/纳织构化刀具及亲疏复合织构化刀具并研究了它们的摩擦学特性及切削性能。.(1) 首先对YT15微/纳织构的激光制备工艺及摩擦学特性展开了研究。研究了激光扫描速度、激光能量密度及加工次数等工艺参数对微/纳织构几何拓扑形貌和尺寸的影响规律,通过激光工艺参数的优化,实现了刀具表面微/纳织构尺寸和形貌质量的控制,并通过摩擦磨损试验证明,微/纳织构化刀具表面的润湿性可进一步减小刀具/工件接触界面的摩擦系数。.(2) 进行了15-5PH固溶处理不锈钢切削试验,结果表明微/纳织构化刀具可调控切削液的运动状态,改善刀-屑界面的润滑状态,进一步减缓刀具磨损。.(3) 针对亲疏复合织构化PCD刀具展开了深入研究,研究激光工艺参数对微纳结构的尺寸及形貌的影响规律,并阐明微纳结构形貌的形成机理;分别在PCD刀具原始表面和微纳结构表面上制备微沟槽,探究了激光工艺参数对微沟槽尺寸的影响规律;通过对复合织构刀具进行有限元强度仿真,得出复合织构参数对刀具强度的影响规律,并优选出最佳几何及布局参数。.(4) 进行了车削Ti-6Al-4V钛合金的试验,发现在微量润滑条件下相比于无织构刀具、微沟槽刀具,亲疏复合织构化刀具切削力最大下降14.1%、平均摩擦系数最大下降11.5%,刀具粘附最大减轻22.3%。同时,前刀面磨损和粘结情况也有很大改善。.本项目对高性能刀具的表面设计方法、延长刀具寿命、改善难加工材料的加工质量等方面具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(5)
表面织构化刀具的研究现状与进展
  • DOI:
    10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.09.026
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    表面技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郝秀清;宋晓路;李亮
  • 通讯作者:
    李亮
Cutting performance of cemented carbide tools with hybrid texture
混合织构硬质合金刀具的切削性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    International Journal of Advanced Manufacturing Technology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    郝秀清;陈馨雯;肖思浓;李亮;何宁
  • 通讯作者:
    何宁
脉冲光纤激光制备聚晶金刚石疏液表面的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    崔炜;郝秀清;陈馨雯;肖思浓;李亮
  • 通讯作者:
    李亮
刀具表面微结构对流体润滑状态的仿真分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    润滑与密封
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈馨雯;郝秀清;陈朝阳;杨鑫;汤佳明;魏俊豪;李亮
  • 通讯作者:
    李亮
Experimental research on pulse laser assisted micro turning of ZrO2 ceramic
脉冲激光辅助ZrO2陶瓷微车削实验研究
  • DOI:
    10.1504/ijnm.2018.10012676
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    International Journal of Nanomanufacturing
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郝秀清;严浩;韩锦锦;姚晨姣;何宁
  • 通讯作者:
    何宁

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其他文献

适用于多种材料阵列微槽加工的聚晶金刚石铣槽刀制备
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨吟飞;钟蠡;李亮;郝秀清;何宁
  • 通讯作者:
    何宁
基于Deform的大长径比PCD微铣刀结构设计及参数优化
  • DOI:
    10.13394/j.cnki.jgszz.2019.4.0005
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    金刚石与磨料磨具工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王琛;郝秀清;刘凌辉;陈梦月;何宁
  • 通讯作者:
    何宁
液体自输送功能性表面及其应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    表面技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙鹏程;郝秀清;牛宇生;徐文豪;张靖辰;何宁
  • 通讯作者:
    何宁
亲疏复合微织构刀具表面的制备及液滴运动调控试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    工具技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李健;郝秀清;陈梦月;崔炜
  • 通讯作者:
    崔炜
不同润湿性锡青铜表面摩擦特性实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    摩擦学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    严诚平;王莉;王权岱;徐华;郝秀清;郭方亮
  • 通讯作者:
    郭方亮

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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