CN109059838A - 一种具有表面微织构的粗糙表面参数表征方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有表面微织构的粗糙表面参数表征方法，涉及摩擦学与表面工程技术领域。该方法包括：待加工器件的表面加工出具有一定粗糙度的粗糙表面；在粗糙表面加工出具有特定形貌特征的织构表面；对未形成织构区域的粗糙表面进行表征；根据粗糙表面上不同类型的织构区域，对形成织构区域的粗糙表面进行表征；对具有表面微织构的粗糙表面进行表征。本发明提供的一种具有表面微织构的粗糙表面参数表征方法，采用织构叠加的方法，不仅能表征单一粗糙表面，而且能够表征具有多种类型织构的表面，根据得到的粗糙表面参数对一些有特定需求的表面进行加工，使其能够满足实际应用中的需求，更好的体现其功能及作用。

Description

一种具有表面微织构的粗糙表面参数表征方法
技术领域
本发明涉及摩擦学与表面工程技术领域，具体涉及一种具有表面微织构的粗糙表面参数表征方法。
背景技术
表面织构技术是利用反离子刻蚀技术、喷丸处理技术和激光加工技术等先进的表面加工技术在摩擦副表面加工出具有特定尺寸、形状及排列的几何图案(如沟槽、凹坑和凸包等)，从而改变了表面的几何形貌，进而影响了表面的摩擦学特性。大量的研究证明经织构化处理的表面具有降低摩擦、减小磨损及提高界面的承载能力的特点，因此，表面织构技术己被视为一种能够有效地改善界面摩擦学特性的方法。
近年来，表面织构技术在计算机硬盘、轴承、密封以及发动机系统中得到成功的应用，对表面织构的能够改善摩擦学性能的机理研究也不断取得进展，并且随着研究的不断深入，一些的特殊织构形貌表现出十分优异的属性，这些优异界面性能吸引着越来越多的学者探究其中的奥秘。虽然表面织构技术吸引着越来越多的学者对其进行研究，但是对于表面的表征说明，目前也只是将一些参数简单的罗列出来，而没有形成一个有机统一的整体，更没有全面的考虑织构表面的最根本的形貌特征。为了探究表面接触参数以及摩擦系数等参数与表面织构参数之间的关系，就需要一种系统的、具体的方法，将具有织构形貌的粗糙表面的最根本的特征用参数表征出来。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具有表面微织构的粗糙表面参数表征方法，在考虑表面粗糙度对表面接触参数的影响下，加入表面织构参数对表面接触参数的影响，定性定量的分析织构参数对于表面属性的影响，把表面粗糙度与织构参数相结合，同时，对表面粗糙度的表征，采用分形函数中分形维数和尺度系数表征，将织构表面的每一种特征采用函数表示，然后相加形成最终含有不同特征的表面，使其更加接近粗糙表面不同织构结构最本质的特征。
为了实现上述目的，一种具有表面微织构的粗糙表面参数表征方法，包括以下步骤：
步骤1：通过平面加工方法将待加工器件的表面加工出具有一定粗糙度的粗糙表面；
步骤2：通过喷丸处理技术和激光加工技术在粗糙表面加工出具有特定尺寸、形状及排列的几何图案，形成具有特定形貌特征的织构表面；
步骤3：采用分形函数W-M函数对未形成织构区域的粗糙表面进行表征；
步骤4：根据粗糙表面上不同类型的织构区域，选取对应的函数对形成织构区域的粗糙表面进行表征；
步骤5：根据未形成织构区域和形成织构区域两部分粗糙表面的表征，对具有表面微织构的粗糙表面进行表征。
所述步骤4中对形成织构区域的粗糙表面进行表征是根据粗糙表面织构的类型和数量进行的。
本发明的有益效果：
本发明提出一种具有表面微织构的粗糙表面参数表征方法，采用织构叠加的方法，在表征织构表面时，不仅能表征出单一织构类型的表面，而且当表面具有多种类型时，能够更加全面的考虑影响表面接触参数的因素，准确的表征出表面的特征，再根据表征出的粗糙表面参数对一些有特定需求的表面进行加工，使其能够满足实际应用中的需求，更好的体现其功能及作用。
附图说明
图1为本发明实施例中具有表面微织构的粗糙表面参数表征方法流程图；
图2为本发明实施例中使用matlab软件模拟出的粗糙表面形貌图；
图3为本发明实施例中沟槽型形貌织构表面的参数表征示意图；
图4为本发明实施例中使用matlab软件模拟出的沟槽型织构表面的形貌图；
图5为本发明实施例中根据表征得到的参数对普通粗糙表面使用matlab软件模拟出的具有沟槽型织构表面的微观形貌。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优势更加清晰，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种具有表面微织构的粗糙表面参数表征方法，流程如图1所示，具体方法如下所述：
步骤1：通过平面加工方法将待加工器件的表面加工出具有一定粗糙度的粗糙表面。
本实施例中，使用matlab软件模拟出粗糙表面的形貌图，如图2所示，其中，取分形维数D＝2.7，尺度系数G＝0.01。
步骤2：通过喷丸处理技术和激光加工技术在粗糙表面加工出具有特定尺寸、形状及排列的几何图案，形成具有特定形貌特征的织构表面。
本实施例中，根据沟槽型形貌织构表面的参数表征，如图3所示，使用matlab软件模拟出具有沟槽型织构表面的粗糙表面形貌图，如图4所示，其中，取沟槽间距d＝0.35mm，沟槽宽度w＝0.06，沟槽深度h＝0.05。
步骤3：采用分形函数W-M函数对未形成织构区域的粗糙表面进行表征。
本实施例中，对未形成织构区域的粗糙表面的三维模型表征公式如下：
其中，x为粗糙表面x轴方向上的坐标，y为粗糙表面y轴方向上的坐标，Z0(x，y)为粗糙表面不具有织构结构的形貌，γ为大于1的常数，An和Bn为相互独立且服从[0，2π]上均匀分布的随机数，n为自然序列数。
本实施例中，γ取1.5。
步骤4：根据粗糙表面上不同类型的织构区域，选取对应的函数对形成织构区域的粗糙表面进行表征。
本实施例中，对形成织构区域的粗糙表面进行表征是根据粗糙表面织构的类型和数量进行的。
本实施例中，选取沟槽型形貌织构表面的参数进行表征，表征公式如下：
其中，ZN(x，y)为粗糙表面具有沟槽型织构的表面形貌，N为同一表面织构类型的数目，h为沟槽深度，d为沟槽间距，w为沟槽宽度。
本实施例中，粗糙表面上只存在沟槽型织构，因此，取N＝1。
步骤5：根据未形成织构区域和形成织构区域两部分粗糙表面的表征，对具有表面微织构的粗糙表面进行表征。
本实施例中，对具有沟槽型形貌织构的粗糙表面进行表征的公式如下：
Z(x，y)＝Z0(x，y)+Z1(x，y)
其中，Z(x，y)为具有沟槽型形貌织构粗糙表面的形貌。
本实施例中，采用对具有沟槽型形貌织构粗糙表面的形貌进行表征得到的参数对普通粗糙表面使用matlab软件模拟，模拟出来的具有沟槽型织构表面的微观形貌如图5所示。
将采用本方法对具有织构结构的粗糙表面进行表征得到的参数应用到一些对于粗糙表面的织构结构的接触参数以及摩擦学参数等领域的计算当中，例如接触刚度、接触阻尼、粗糙度等实际应用环境中，能够更加全面的去研究粗糙表面的织构结构特征对这些参数的影响，同时，在加工获取织构结构表面的时候，能够更加系统全面的规定沟槽型织构表面的各个参数，更加清楚的展现整个织构表面的形貌特征，为织构的加工方案提供可靠的依据。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；因而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (2)

1.一种具有表面微织构的粗糙表面参数表征方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过平面加工方法将待加工器件的表面加工出具有一定粗糙度的粗糙表面；
步骤2：通过喷丸处理技术和激光加工技术在粗糙表面加工出具有特定尺寸、形状及排列的几何图案，形成具有特定形貌特征的织构表面；
步骤3：采用分形函数W-M函数对未形成织构区域的粗糙表面进行表征；
步骤4：根据粗糙表面上不同类型的织构区域，选取对应的函数对形成织构区域的粗糙表面进行表征；
步骤5：根据未形成织构区域和形成织构区域两部分粗糙表面的表征，对具有表面微织构的粗糙表面进行表征。
2.根据权利要求1所述的具有表面微织构的粗糙表面参数表征方法，其特征在于，所述步骤4中对形成织构区域的粗糙表面进行表征是根据粗糙表面织构的类型和数量进行的。
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