Page 146 - 《摩擦学学报》2021年第5期

第 5 期 王素玉, 等: 高速球铣加工表面微沟槽形貌形成方法及其减摩性能研究 735

0.030 径向切深的增大而增大. 由图7(a~b)发现，当径向切深
a 不大于0.2 mm时，微沟槽深度较浅，槽内润滑油较
Dynamic pressure bearing capacity, F/N 0.025 少，流体惯性阻力较小，漩涡区域在微沟槽内部占比
e
较小，逆流现象不明显，楔形效应占主导地位，表现为
0.020
微沟槽承载能力提高. 当径向切深a 增大到0.3 mm
e
时，即图7(c)，逆流现象产生的影响仍不足以减弱楔形
0.015
效应，与图6中承载能力达到极大值相对应. 然而，随
着径向切深的进一步增大，如图7(d~e)所示，漩涡区扩
0.010
30 35 40 45 大到整个微沟槽区域，逆流现象明显，润滑油流动产
Velocity/(m/s)
生较大的惯性阻力，流体的惯性阻力使得上壁面运动

Fig. 5 Influence of sliding velocity on the bearing capacity of
所产生的部分动能转化为微沟槽内部漩涡的动能，从
oil film
图 5 不同滑动速度对油膜动压承载力影响 而消耗摩擦副相对运动的动能，逆流现象严重减弱楔
形效应，导致微沟槽的承载能力逐步下降.
0.0220
2.3 试验验证
Dynamic pressure bearing capacity, F/N 0.0215 试验机对淬硬模具钢Cr12MoV高速球铣加工表面的
0.0218
本试验中在室温条件下使用MRH-3型环-块摩擦

摩擦性能进行评价，利用电火花切割技术制备尺寸为
0.0213
19.05 mm×12.32 mm×12.32 mm的测试试样，对磨环选
用直径尺寸为49.22±0.025 mm的GCr15轴承钢，其硬
0.0210
度为60 HRC.
0.0208
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 图8为摩擦系数随滑动转速的变化规律，可以看
Radial cutting depth, a c /mm
出，摩擦系数随着滑动转速增大逐渐减小. 当滑动转
Fig. 6 Distribution of dynamic bearing capacity of oil film
速小于400 r/min时，润滑状态主要为边界润滑，由图3(b)
under different radial cutting depth
图 6 不同径向切深工况下油膜动压承载力分布 发现，当a =0.2 mm时，高速球铣加工产生的表面微沟
e
槽形貌不规则，导致微沟槽形貌不能被连续的润滑油
滑动表面，承载力开始下降，当径向切深增大到0.5 mm 包裹，摩擦系数较大，微沟槽承载能力较弱；随着滑动
时，动压承载力下降到0.020 8 N. 转速的增大，润滑状态发生改变，且流体流动速率增
图7为不同径向切深工况下润滑油流场的分布， 强，表面微沟槽形貌可以被润滑油持续包裹，摩擦系
润滑油流动的过程中会产生惯性阻力，导致微沟槽形 数显著降低，减摩性能加强. 图8试验结果与图5滑动
成漩涡区域，产生逆流现象，可以发现，漩涡区域随着 速度仿真分析结果相吻合，从而证明随着滑动速度的

5.5E+05
5.0E+05
4.5E+05
4.0E+05
3.5E+05
3.0E+05 Dynamic pressure/Pa (a) a e =0.1 mm (b) a e =0.2 mm (c) a e =0.3 mm
2.5E+05
2.0E+05
1.5E+05 Y
1.0E+05
5.0E+04

Z X
(d) a =0.4 mm (e) a e =0.5 mm
e

Fig. 7 Streamline diagrams corresponding to different depths of micro-grooves
图 7 不同微沟槽深度对应的流线图