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仿生非光滑耦合模具表面粘附性能研究

单宏宇  
【摘要】: 本文基于工程仿生学理论,以植物叶面及土壤动物体表的非光滑形态、结构及功能为生物原型,利用激光及机械加工技术在45#钢及高速钢模具表面设计并制备出仿生非光滑单元体,单元体和材料表面经生物耦合规律组合,形成类似天然生物体表的仿生非光滑耦合表面,从而实现改善模具表面粘附阻抗性能的目的。考察了单元体特征尺度及非光滑表面润湿性能随制备参数的变化规律,并针对不同制件基体材料,研究了非光滑单元体及其大小、分布和功能对模具表面粘附性能的影响,提出仿生表面粘附阻抗模型。 研究表明,仿生非光滑表面上分布的单元体及其所具有的双尺度阶层复合结构能够有效吸附空气,在其表面形成一层稳定的固/气复合界面,降低表面润湿性能,实现亲水材料的表面疏水性转变。同时也能够有效降低与制件粘附界面接触面积,显著提高仿生非光滑耦合模具表面粘附阻抗性能。本文研究范围内,激光制备仿生非光滑耦合模具表面粘附阻抗性能最优,随单元体面积比的提高,模具与制件接触界面间粘附强度显著降低。 经磨损及热疲劳试验后,将最优仿生非光滑耦合模具表面形态参数应用于压铸模具型腔。结果表明,仿生非光滑耦合模具表面粘附现象明显降低。可见本研究具有重要的学术价值和应用价值。


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