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激光毛化技术在汽车镜面钢板表面改性上得到越来越广泛的应用和重视。有关镜面钢板冲压成型过程中形成良好润滑状态的表面形貌研究也取得很大进展。在此基础上,本文进一步讨论了表面形貌参数及其分布对平整复映率的影响,设计并采用YAG脉冲激光器制备出一种球形或椭球形微凸体平整轧辊表面形貌。通过对该形貌进行的金相组织和基本机械性能分析,证明该种微凸体形貌具有较高的显微硬度和良好的耐磨性能。另外,对目前有关镜面钢板表面形貌研究中少有涉及的平整复映关系及其影响因素进行了较详细的研究。为今后镜面钢板合理表面形貌设计及其在平整工艺中的制备提供了理论和应用基础。有关研究表明,镜面钢板表面的球形或椭球形凹坑形貌有助于改善冲压模具与钢板表面的摩擦状况,提高钢板的表面质量与冲压成型性。相应地轧辊表面形貌应为球形或椭球形凸起,有别于目前激光毛化获得的“火山口”表面形貌。通过对激光表面熔凝过程中熔化金属的热对流、金相转变规律及其熔凝表面形貌形成的主要影响因素分析,阐述了采用激光表面熔凝原理在轧辊表面制备出微凸体形貌的机理和可行性。
采用单因素轮换试验法对试样上形成微凸体形貌的Nd:YAG脉冲激光发生器主要参数进行了控制试验,得到了在试样表面形成一定高度(约为2.86-3.58μm)微凸体所需的激光加工参数,并且采用数理统计的方法对形貌测量参数进行分析,证明了激光表面熔凝获得的微凸体形貌具有统计特性。通过对微凸体进行金相和显微硬度分析表明:由于激光加工快速熔凝,其金相组织为枝状或板条状马氏体,具有很高的硬度。同时,试验表明微凸体具有较好的耐磨性,能够满足平整工艺的要求。
进行了表面粗糙度对微凸体形貌影响的试验。结果表明:轧辊表面的粗糙度对微凸体形成的几何尺寸影响不大。但是,其金相组织有一定的差别。粗糙度大的表面,由于对激光能量的吸收率增加,会在淬火区产生蒸发现象。因此,微凸体的显微硬度下降,耐磨性也随之降低。
本文建立了平整工艺边界润滑弹塑性模型并对平整过程中,轧辊表面微凸体与钢板表面作用时的弹塑性变形进行了理论分析,并得到一些有意义的结论。通过轧制试验证明了平整工艺轧制压力边界润滑弹塑性模型的正确性,并验证了轧辊表面形貌分布规律对钢板表面形貌复映率影响的理论分析结论。