作者：姚燕生袁根福钱德才梁华琪
摘要：通过球墨铸铁材料圆环端面的激光造型，对比光滑表面、点圆和网格造型图案对材料摩擦磨损性能影响，发现同样分布率的网格造型图案有较好的抗磨损特性和承载性能。通过比较不同激光加工参数和网格几何参数的激光造型表面的形貌和摩擦磨损特性，找到激光造型的优选方案。
关键词：激光表面造型；网格造型；参数优化；摩擦和磨损
中图分类号：TH117.1文献标识码：A文章编号：0254-0150(2009)4-021-3
在物体表面加工出微细形貌以改善物体摩擦性能即为表面微造型技术。利用激光在物体表面造型出微纳米级纹理的表面形貌称为激光微造型(LaserSurfaceTexturing)。激光造型技术的优点来自于激光束具有单色性好、能量密度高、空间控制性和时间控制性良好等优点。激光造型不但高效、精密、柔性好，而且成本低、易实施、污染小，相对其它微细造型具有独特的优势。
早在1966年就有Hamilton等开始这方面研究，从20世纪90年代后期开始，以色列的lhakEtsion等利用理论计算和具体实验研究了激光表面造型对机械密封、活塞环以及平行的推力轴承的密封、润滑、摩擦性能。近年来，国内江苏大学、华东理工大学等校的学者也在这一领域开展研究。
由于摩擦学建模和求解非常复杂和困难，激光微造型表面的摩擦磨损特性的理论研究还不够成熟，目前多数研究仍以实验为主。在激光造型方面研究大多以不同尺寸的激光烧蚀点圆图案（圆坑）来进行，以多边形、网格和其它特种图案来造型的研究相对较少。本文作者即针对不同的激光造型图案来进行试验研究，通过摩擦磨损特性对比，企图找到优秀的造型图案及其几何参数。
l试验方法
激光造型图案和激光加工参数对材料的摩擦学性能有重要影响。根据具体器件，在分析特定的工况后，选择合适的工艺装备、加工参数和合适的材料、合适的微造型图案是对器件性能改善和提高的关键。所以这里的试验思路为先比较点圆和网格造型的摩擦学特性，找出其中一种较好的造型，再通过对其设计形状和加工工艺参数进行改进，得到更合理的参数。试验分为图案对比试验和参数优化试验2部分。
(1)图案对比试验：球墨铸铁（Qrr600）是摩擦副常用的一种材料，故以此来制作摩擦环试样，端面上分别设计点圆和网格2种微造型图案。点圆图案，其图形简单容易分布，利用激光光斑即可制造出点圆形状，设计尺寸为直径和点距。网格图案，通过多点连接标刻出凹下的纵横向直线，主要设计尺寸为线宽和线间距。采用Nd:YAG固体激光器，波长为1060nm，频率为3kHz，设定电流为10A、打标速度为10mm/s来进行图案造型。研究中增加普通光滑表面（磨削表面）试样和点圆与网格造型的试样来进行摩擦试验比较。使用的摩擦试验设备为数显式万能摩擦磨损试验机MMW-1B，机油为润滑剂，在摩擦环上加载并进行平面弧线运动。
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基于摩擦磨损特性的激光表面造型试验研究