典型各向同性微細(xì)加工表面微觀形貌分析及性能評(píng)價(jià).pdf

1、相對(duì)于常規(guī)機(jī)械加工而言，微細(xì)加工工件的幾何尺寸更小、精度要求更高，表面微觀形貌對(duì)于產(chǎn)品的表面質(zhì)量、工作性能和使用壽命的影響更為顯著，對(duì)加工表面的評(píng)定提出更高要求。目前關(guān)于三維粗糙度的研究，是基于對(duì)傳統(tǒng)二維粗糙度的升級(jí)和替代，廣泛關(guān)注在常規(guī)機(jī)械加工表面的應(yīng)用，對(duì)于微細(xì)加工方法的關(guān)注很少，對(duì)于微細(xì)加工表面普遍存在的各向同性特征沒(méi)有區(qū)分，造成了評(píng)定各向同性表面時(shí)缺乏針對(duì)性，在表面形貌表征時(shí)，出現(xiàn)參數(shù)缺失和參數(shù)不適用的現(xiàn)象。
　　微細(xì)電火

2、花線切割和激光微細(xì)加工是兩種常用的微細(xì)加工方法，與常規(guī)的切削和磨削加工方法不同，是將電能、光能轉(zhuǎn)換成熱能，作用于工件表面，達(dá)到材料去除的目的，屬于熱能加工范疇，加工表面具有各向同性特征。本文以這兩種方法加工的表面為研究對(duì)象，對(duì)表面微觀形貌的幾何特征、統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分析。可以認(rèn)知，微細(xì)電火花線切割表面的微觀形貌是由隨機(jī)分布的半球狀或半橢球狀凸峰和凹坑組成，表面紋理無(wú)明顯的方向性，屬于典型的各向同性表面。激光微細(xì)加工表面的微觀形貌是由單峰、連

3、續(xù)峰以及峰間溝槽組成，峰與槽構(gòu)成了表面紋理，由于峰與峰相連的隨機(jī)性、無(wú)序性，表面紋理方向無(wú)明顯規(guī)律，因此也屬于各向同性表面。用高斯曲率可以準(zhǔn)確表征這兩種類型表面凸峰的形貌特征，避免了目前采用的平均曲率表征各向同性表面時(shí)的不準(zhǔn)確。
　　微細(xì)電火花線切割和激光微細(xì)加工表面具有多尺度性，用二維功率譜密度和分形維數(shù)可以準(zhǔn)確分析表面微觀形貌的統(tǒng)計(jì)特性。表面譜距分析可以看出，微細(xì)電火花線切割表面具有很好的均一性和等方性，各向同性特征明顯。激光

4、微細(xì)加工表面的均一性較差，等方性較好，這與其表面微觀結(jié)構(gòu)的幾何特征相一致，其整體上呈現(xiàn)各向同性特征，但表面形貌的各向同性程度弱于微細(xì)電火花線切割表面。
　　微細(xì)電火花線切割和激光微細(xì)加工屬于熱能加工范疇，熔化凝固區(qū)和熱影響區(qū)的金相組織變化是表面顯微硬度和耐腐蝕性顯著提高的主要因素。加工脈沖能量的增加會(huì)改善表面的顯微硬度和耐腐蝕性，但達(dá)到一定峰值后，能量的增加反而會(huì)造成殘余應(yīng)力的變化而形成裂紋，造成顯微硬度和耐腐蝕性的下降。因此，選

5、取適當(dāng)?shù)募庸?shù)，可以獲得較好的表面物理機(jī)械性能和耐腐蝕性。
　　本文針對(duì)各向同性表面微觀結(jié)構(gòu)特征，提出了兩個(gè)適合各向同性表面的表征參數(shù)：表面平均高斯曲率Sgc和分形均方根偏差Dsq。以2012版的ISO25178-2標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，對(duì)幅度參數(shù)、空間參數(shù)、混合參數(shù)、特征參數(shù)以及功能參數(shù)進(jìn)行篩選，排除了不適合表征各向同性表面的參數(shù)，最終確立了一個(gè)由22個(gè)參數(shù)組成的、適合于各向同性表面三維粗糙度評(píng)定的參數(shù)體系。根據(jù)對(duì)三維粗糙度參數(shù)的研究，