趙重陽(yáng) 陸俊宇 王曉博 趙 波

河南理工大學(xué)大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，焦作，454000

0 引言

疏水性/親水性表面的潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)變是當(dāng)今的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。動(dòng)植物的表面具有不同的微結(jié)構(gòu)，所以它們具有獨(dú)特的潤(rùn)濕性，如荷葉效應(yīng)、鯊魚(yú)皮效應(yīng)。近年來(lái)學(xué)者們通過(guò)在金屬材料表面構(gòu)造不同的微結(jié)構(gòu)，使材料表面具備超疏水特性，在航空、微電子等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景[1-2]。

超疏水性表面的本質(zhì)是固體表面有極低的浸潤(rùn)性，然而固體表面的微觀幾何結(jié)構(gòu)和表面的化學(xué)成分是獲得較低浸潤(rùn)性的兩個(gè)基本因素[3]。接觸角是表征材料表面潤(rùn)濕性的重要指標(biāo)，它是指在氣、液、固三相交點(diǎn)處所作的氣-界面的切線(xiàn)，該切線(xiàn)在液體一方與固-液交界線(xiàn)之間的夾角為θ，當(dāng)θ<90°時(shí)，則固體表現(xiàn)出親水性，即液體較易濕潤(rùn)固體；當(dāng)θ>90°時(shí)，固體表面表現(xiàn)出疏水性，即液體不容易潤(rùn)濕固體，容易在表面上移動(dòng)[4]。因此，如何通過(guò)簡(jiǎn)單的加工方法獲得金屬表面的微觀結(jié)構(gòu)以增大接觸角是一項(xiàng)有意義的工作。

超聲輔助加工方法是將高頻的超聲振動(dòng)通過(guò)變幅桿對(duì)振幅放大后附加在刀具或工件上，利用超聲振動(dòng)能量大、集中、作用時(shí)間短、沖擊性強(qiáng)的特性去除多余的材料[5-6]。相比普通加工，超聲振動(dòng)輔助加工是一種脈沖式高頻振動(dòng)加工，工件表面會(huì)形成規(guī)則的微觀幾何結(jié)構(gòu)，這些幾何結(jié)構(gòu)單元可以有效改善工件的表面性能[7-8]。CHAISE等[9]對(duì)超聲噴丸表面殘余應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明超聲噴丸不僅可以消除殘余拉應(yīng)力、增大殘余壓應(yīng)力，并且可以得到更好的機(jī)械性能和耐腐蝕性能，是一種提高疲勞強(qiáng)度的新方法。BABITSKY等[10]對(duì)鎳718和C263等航空材料進(jìn)行了超聲輔助車(chē)削加工和傳統(tǒng)車(chē)削加工，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)車(chē)削方式相比，超聲加工方式可以使表面質(zhì)量提高25.5%左右，同時(shí)分析了加工過(guò)程的高速成膜和加工材料微觀結(jié)構(gòu)的納米壓痕現(xiàn)象。原路生等[11]采用超聲橢圓振動(dòng)車(chē)削方式對(duì)鋁合金進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：相比普通車(chē)削，超聲橢圓振動(dòng)車(chē)削方式可以加工出規(guī)則的微結(jié)構(gòu)凹槽，改善表面質(zhì)量。AMANOV等[12]對(duì)Ti-6Al-4V進(jìn)行超聲滾壓，通過(guò)對(duì)比超聲滾壓前后的熱處理衍射峰形狀，發(fā)現(xiàn)經(jīng)超聲滾壓處理后，材料表面衍射峰的角度變低、寬度增大。唐軍等[13]采用超聲銑削方法對(duì)鋁合金進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明超聲銑削方式能有效地改善加工工件表面的完整性。HARA等[14]研究了在切削速度大大超過(guò)臨界切削速度時(shí)超聲車(chē)削鋁合金和不銹鋼材料的切削現(xiàn)象，結(jié)果表明采用較低的超聲振幅、較高的車(chē)削速度，加工表面同樣可形成與低速切削相近的超聲周期性虹面花紋。

鋁合金由于密度低且具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，長(zhǎng)期以來(lái)一直作為航空航天的主要用材之一，目前鋁合金的疏水表面制備主要采用化學(xué)刻蝕法、水熱合成法、電化學(xué)法或陽(yáng)極氧化法來(lái)獲得微觀幾何結(jié)構(gòu)[15]。KIKUCHI等[16]將鋁樣品放在酸性混合溶液中進(jìn)行氧化，形成多孔或勢(shì)壘型氧化膜，再用激光在氧化膜上刻蝕出微溝槽圖案，留下的氧化膜作為掩膜進(jìn)行電化學(xué)腐蝕來(lái)完成微織構(gòu)的制備。FENG等[17]以多孔陽(yáng)極氧化鋁為模板，通過(guò)模板擠壓法制備出聚丙烯晴納米纖維陣列，在無(wú)任何疏水化處理的情況下，可處于超疏水狀態(tài)。劉圣等[18]利用硬質(zhì)陽(yáng)極氧化技術(shù)改變鋁合金表面的粗糙度，再經(jīng)氟涂料修飾，制備出耐久的鋁合金超疏水表面。吳若梅等[19]采用原電池腐蝕法，用廉價(jià)的氯化鈉為電解質(zhì)溶液構(gòu)建了由鋁表面不規(guī)則多孔結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超疏水硬脂酸鹽膜表面，接觸角達(dá)154°。以往文獻(xiàn)中鋁合金的超疏水表面的獲得大多采用化學(xué)方法，通過(guò)機(jī)械加工方式獲得的較少，而周期性的超聲振動(dòng)輔助加工可以使材料表面處于殘余壓應(yīng)力狀態(tài)，此狀態(tài)可使其表面幾何微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。因此，探討通過(guò)改變加工工藝及工藝參數(shù)獲得不同微結(jié)構(gòu)的表面具有重要意義。本文基于自行研制的單激勵(lì)旋轉(zhuǎn)超聲縱扭復(fù)合同頻振動(dòng)的刀柄系統(tǒng)，在DMG80加工中心上搭建試驗(yàn)平臺(tái)，采用正交試驗(yàn)方法對(duì)鋁合金進(jìn)行銑削加工試驗(yàn)，并對(duì)加工工件表面進(jìn)行表面性能測(cè)試，以揭示縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)作用對(duì)加工表面性能的影響。

1 表面溝槽微結(jié)構(gòu)幾何形貌與接觸角的關(guān)系

1.1 液體處于Wenzel狀態(tài)下的接觸角分析

液體在固體表面處于Wenzel狀態(tài)下即處于完全浸潤(rùn)時(shí)，如圖1所示。

圖1 液體處于Wenzel狀態(tài)Fig.1 Wenzel model

固體與液體的實(shí)際接觸面積即溝槽凸出部分的面積為

Sa=(a+b)l+2hl

(1)

式中，a為溝槽間距；b為凸臺(tái)寬度；h為溝槽深度；l為液滴沿槽向的浸潤(rùn)長(zhǎng)度。

溝槽凸出部分在槽底部的投影面積為

Sp=(a+b)l

(2)

則粗糙度因子r為

(3)

液體處于Wenzel狀態(tài)下的實(shí)際接觸角θw計(jì)算公式為

(4)

其中，θ為表征接觸角。假設(shè)溝槽的特征參數(shù)C=a/b，D=h/b，則式(4)可以表示為

(5)

由式(5)可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)液體在固體表面分布處于Wenzel狀態(tài)時(shí)，接觸角隨著溝槽特征參數(shù)C的增大而增大，隨著特征參數(shù)D的增大而減小。因此，固體表面要達(dá)到超疏水效果，其表面微結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡可能增大溝槽的間距，同時(shí)減小溝槽的高度和凸臺(tái)的寬度。

1.2 液體處于Cassie-Baxter狀態(tài)下的接觸角分析

圖2所示為Cassie-Baxter狀態(tài)的情形，此時(shí)固體表面非完全浸潤(rùn)。固體和液體所占的面積比例(即溝槽凸出部分所占的面積比例)fs為

(6)

式中，Ss為復(fù)合接觸狀態(tài)下固體所占的面積。

圖2 液體處于Cassie-Baxter狀態(tài)Fig.2 Cassie-Baxter model

則液體處于Cassie-Baxter狀態(tài)下的實(shí)際接觸角θc計(jì)算公式為

(7)

由式(7)可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液體在固體表面處于非完全浸潤(rùn)狀態(tài)(即疏水狀態(tài))時(shí)，其接觸角與C相關(guān)且隨著C值的增大而增大，因此，要想獲得此狀態(tài)下固體表面的超疏水幾何微結(jié)構(gòu)，應(yīng)該盡量增大溝槽的間距和溝槽的傾角，同時(shí)減小凸臺(tái)的寬度。

2 加工參數(shù)與水接觸角關(guān)聯(lián)性分析

2.1 縱扭超聲銑削運(yùn)動(dòng)特性分析

圖3 縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)銑削加工模型Fig.3 Longitudinal-torsional ultrasonic milling model

圖3所示為縱扭復(fù)合超聲銑削加工時(shí)銑刀的運(yùn)動(dòng)模型。在整個(gè)銑削加工過(guò)程中，銑刀一方面進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一方面被迫進(jìn)行縱、扭復(fù)合高頻振動(dòng)，同時(shí)立銑刀的縱向振動(dòng)速度、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)速度及回轉(zhuǎn)速度都遠(yuǎn)大于工件的進(jìn)給速度，立銑刀刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡(縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)輔助銑削切削刃運(yùn)動(dòng)方程)可表示為

(8)

其中，f為縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)頻率，kHz；R為刀具半徑，mm；vf為進(jìn)給速度，mm/s；A為縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)中的縱向振動(dòng)的振幅，mm；Φ為刀具的實(shí)際轉(zhuǎn)角，其計(jì)算公式為

Φ=2πnt/60+θ

(9)

其中，n主軸轉(zhuǎn)速；θ縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)中扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的角度，其計(jì)算公式為

θ=Bcos(2πft+φ)

(10)

式中，B為縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)中扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的振幅，rad；φ為縱向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)之間的相位差。

從式(9)可以看出，n、vf、f、A、B、φ都對(duì)刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡有影響。銑刀刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖4所示 (n=1000 r/min,每齒進(jìn)給量fz=0.09 mm,f=35 kHz,A=8 μm,B=4 μm)，其中，A1、A2、A3是刀具與工件的分離點(diǎn)，B1、B2、B3是刀具與工件的接合點(diǎn)。切削刃從A1點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B1點(diǎn)的過(guò)程中與工件分離，從B1點(diǎn)開(kāi)始與工件接觸，直至運(yùn)動(dòng)到A2點(diǎn)再次與工件分離。如此周而復(fù)始，形成了縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)輔助銑削的切削過(guò)程，其中B1至A2段、B2至A3段是切削刃參與切削的過(guò)程，A1至B1段、A2至B2段、A3至B3段是切削刃與工件分離的過(guò)程。

圖4 銑刀刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡Fig.4 Trajectory of milling tip

由超聲振動(dòng)銑削運(yùn)動(dòng)軌跡可以發(fā)現(xiàn)，這種周期性的“分離-接觸”方式勢(shì)必在被加工零件表面上刻畫(huà)出規(guī)則的凸凹致密的微觀幾何結(jié)構(gòu)，由上文可知，這種表面幾何微觀形貌會(huì)使其表面潤(rùn)濕性發(fā)生一定的改變。

2.2 加工參數(shù)對(duì)水接觸角的影響

超聲縱扭銑削表面溝槽結(jié)構(gòu)如圖5所示，可知當(dāng)兩微織構(gòu)單元切削步長(zhǎng)的長(zhǎng)度L為微織構(gòu)間距和凸臺(tái)寬度之和，即

L=v/f=a+b

(11)

圖5 超聲縱扭銑削表面溝槽結(jié)構(gòu)Fig.5 Ultrasonic longitudinal torsion milling surface groove structure

此時(shí)微織構(gòu)溝槽間距a為刀尖與工件在單次振動(dòng)周期內(nèi)接觸-分離的運(yùn)動(dòng)距離，通過(guò)刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡方程(式(8))得到：

(12)

(13)

由式(7)、式(13)可知，當(dāng)僅改變切削速度v時(shí)，C值隨切削速度的增大而增大，結(jié)合式(7)可知，隨著切削速度的增大，接觸角增大。對(duì)式(12)求導(dǎo)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)增大振幅時(shí)，b值會(huì)先減后增，從而導(dǎo)致C值出現(xiàn)先增后減，使接觸角隨著振幅的增大出現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。當(dāng)僅改變振動(dòng)頻率時(shí)，C值隨著振動(dòng)頻率的增加逐漸減小，導(dǎo)致接觸角隨著振動(dòng)頻率的增加逐漸減小。

3 試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果

3.1 試驗(yàn)方案

在WMC850E三軸立式加工中心上對(duì)7075鋁合金進(jìn)行單激勵(lì)超聲縱扭復(fù)合振動(dòng)銑削試驗(yàn)。采用單臺(tái)自行改進(jìn)的超聲電源對(duì)自行研制的BT40超聲標(biāo)準(zhǔn)刀柄進(jìn)行激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)單激勵(lì)縱扭復(fù)合同頻振動(dòng)：經(jīng)測(cè)試，刀具的諧振頻率為35 623 Hz，縱扭比為0.25，電源功率為250 W；對(duì)于同一變幅桿，由于縱振扭轉(zhuǎn)振幅比固定，為方便后文敘述，以縱向振幅A代表系統(tǒng)的整體振幅。

試驗(yàn)所用材料7075鋁合金性能參數(shù)見(jiàn)表1。試驗(yàn)選用鋁合金專(zhuān)用三刃平頭銑刀，其幾何參數(shù)見(jiàn)表2。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖6所示。

表1 7075鋁合金的力學(xué)性能

表2 刀具參數(shù)

(a)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

(b)試驗(yàn)原理圖6 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)及原理Fig.6 Test site and schematic

本試驗(yàn)選用對(duì)切削用量影響較大的切削速度、每齒進(jìn)給量及超聲振幅作為三個(gè)影響因素，采用正交方法設(shè)計(jì)三因素五水平L25(56)正交試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平參數(shù)值見(jiàn)表3。按照設(shè)計(jì)后的25組試驗(yàn)參數(shù)對(duì)7075鋁合金進(jìn)行超聲縱扭銑削加工，對(duì)加工后的工件分別進(jìn)行粗糙度值測(cè)量、水接觸角度值測(cè)量，以研究加工參數(shù)對(duì)粗糙度以及水接觸角的影響規(guī)律，為工程應(yīng)用中參數(shù)的選擇提供依據(jù)。

表3 三因素五水平L25(56)正交試驗(yàn)方案

3.2 加工參數(shù)與切削力、粗糙度之間關(guān)系

被加工后的工件經(jīng)過(guò)超聲波清洗機(jī)清洗去除表面油污。首先采用型號(hào)為T(mén)aylor CCI6000的非接觸三維白光表面輪廓儀對(duì)銑削加工表面進(jìn)行粗糙度值檢測(cè)。排除偶然誤差的影響，本試驗(yàn)取5次粗糙度測(cè)量值的平均值作為最終的粗糙度結(jié)果。其中，試件的表面形貌采樣參數(shù)選取5000 μm/s，采樣面積設(shè)為 0.9 mm×0.8 mm，采樣間距為50 μm。然后使用型號(hào)為VHX-1000的超景深三維顯微鏡對(duì)工件表面進(jìn)行表面形貌的圖像分析，以研究已加工工件表面粗糙度與表面微結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

加工參數(shù)與切削力、表面粗糙度之間的關(guān)系如圖7所示。由圖7a可以看出，超聲振幅對(duì)銑削力的影響不大，而超聲振幅對(duì)表面粗糙度的影響較為顯著，隨著超聲振幅增大，表面粗糙度先減小后增大，振幅為4 μm時(shí)表面質(zhì)量最佳。原因是由于施加超聲振動(dòng)后，切削周期由普通的連續(xù)切削轉(zhuǎn)化為高頻振動(dòng)的斷續(xù)切削，隨著振動(dòng)切削沖擊效果的增強(qiáng)，表面粗糙度下降，然而繼續(xù)增加振幅時(shí)，瞬時(shí)沖擊力度較大，反而影響了表面質(zhì)量，所以當(dāng)振幅繼續(xù)增大時(shí)，工件表面粗糙度會(huì)急劇增大。

由圖7b可以看出，切削力和工件表面粗糙度與每齒進(jìn)給量之間呈現(xiàn)出正相關(guān)的趨勢(shì)，每齒進(jìn)給量的增加導(dǎo)致刀具和工件之間的阻力增大，切削量增大，加工過(guò)程中的平均摩擦力變大，最終導(dǎo)致切削力也增大。隨著切削力的增大，工件表面形貌也有所不同，刀痕呈現(xiàn)出均勻到粗糙的變化趨勢(shì)，最終導(dǎo)致粗糙度的增大。

由圖7c可以看出，隨著切削速度的增大，切削力緩慢增大，粗糙度也出現(xiàn)了較為平穩(wěn)的增大趨勢(shì)。原因是當(dāng)轉(zhuǎn)速較小時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)有規(guī)律的軸向超聲脈沖沖擊力成為影響粗糙度值的主要因素。隨著轉(zhuǎn)速的增大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，粗糙度增大。

3.3 加工參數(shù)與表面潤(rùn)濕性能關(guān)系

采用型號(hào)為OCA25的視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x對(duì)超聲縱扭銑削后的鋁合金表面進(jìn)行靜態(tài)水接觸角測(cè)試，以研究不同加工方式下鋁合金表面微觀幾何形貌與潤(rùn)濕性能之間的特性關(guān)系。

(a)v=40 m/min, fz=4 μm

(b)v=40 m/min, A=4 μm

(c)fz =4 μm，A=4 μm圖7 加工參數(shù)與切削力、表面粗糙度之間的關(guān)系Fig.7 Parameters’ influences on cutting forces and surface roughnesses

采用蒸餾水液滴懸浮的方式測(cè)量表面水接觸角，通過(guò)控制注射器來(lái)改變液滴的體積，每次滴下的液滴體積為6 μL。在相同加工參數(shù)下的表面3個(gè)不同位置測(cè)試3組數(shù)據(jù)，計(jì)算平均值作為最終結(jié)果。測(cè)試之前使用丙酮溶液對(duì)試件表面進(jìn)行超聲波清洗，用吹風(fēng)機(jī)吹干表面，以確保已加工表面不存在雜質(zhì)。

3.3.1不同加工參數(shù)下的水接觸角

切削參數(shù)對(duì)加工表面水接觸角的影響如圖8所示，可以看出，在其他加工參數(shù)不變的情況下，隨著切削速度和每齒進(jìn)給量的增大，水滴接觸角總體呈現(xiàn)出正相關(guān)的趨勢(shì)，宏觀上看角度變化并不是很大。而振幅對(duì)接觸角的影響較為明顯，振幅A=0時(shí)(即普通加工方式)，水接觸角偏小，水滴在工件表面呈現(xiàn)出向外鋪展的趨勢(shì)，此時(shí)水接觸角為84°，當(dāng)引入超聲之后，振幅A=2 μm時(shí)，水滴已經(jīng)表現(xiàn)為收縮的狀態(tài)，此時(shí)水接觸角為94°。隨著超聲振幅的增加，振幅A=4 μm時(shí)水接觸角出現(xiàn)峰值，之后再增大超聲振幅，接觸角逐漸減小。

圖8 切削參數(shù)對(duì)加工表面水接觸角的影響Fig.8 Parameters’ influence on water contact angle

3.3.2不同振幅下的水接觸角

(a)A=0 (b)A=2 μm

(c)A=4 μm (d)A=6 μm

(e)A=8 μm圖9 不同振幅下表面微觀形貌與水接觸角的關(guān)系Fig.9 Surface microtopography and water contact angle under different amplitudes

圖9所示為水滴的接觸角在不同微觀幾何形貌上的變化情況(v=40 m/min,fz=4 μm, 振動(dòng)700次)，由圖9a可以發(fā)現(xiàn)普通銑削方式下加工表面形貌上銑刀的運(yùn)動(dòng)痕跡非常明顯，加工表面出現(xiàn)了黏結(jié)、凹坑、犁溝的現(xiàn)象，其水接觸角也較??；而相比普通加工，超聲輔助方式下已加工表面的痕跡發(fā)生了改變，振幅為4 μm時(shí)表面呈現(xiàn)出周期性的“魚(yú)鱗片”微觀幾何形貌，當(dāng)施加超聲振幅超過(guò)4 μm時(shí)，鋁合金加工因振幅出現(xiàn)變形，此時(shí)過(guò)大的振幅會(huì)使溝槽的深度h變大，這種變化規(guī)律使水滴的接觸角發(fā)生了先增后減的變化，試驗(yàn)結(jié)果與理論分析趨勢(shì)一致。振幅為4 μm時(shí)水滴的收縮狀態(tài)最佳，此時(shí)疏水效果最好。根據(jù)上文理論，隨著振幅的增大，溝槽的深度也相應(yīng)變大，故A為6 μm、8 μm時(shí)水接觸角有所減小。這驗(yàn)證了不經(jīng)化學(xué)方法修飾，單純通過(guò)機(jī)械加工方式可以使金屬表面的親水性轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷浴?/p>

3.3.3不同切削速度下的水接觸角

不同加工速度下表面微觀形貌與水接觸角的關(guān)系如圖10所示(A=4 μm,fz=4 μm, 振動(dòng)700次)，可以發(fā)現(xiàn)，隨著切削速度的增大，工件表面形貌更加均勻，加工表面的“鱗片狀”微觀結(jié)構(gòu)越發(fā)清晰，同時(shí)刀具旋轉(zhuǎn)周期減小，刀具在單個(gè)周期內(nèi)振動(dòng)次數(shù)減少，使微結(jié)構(gòu)溝槽間距a值增大，凸凹形貌更加均勻，水滴在工件表面逐漸收縮，水接觸角也在不斷增大，試驗(yàn)結(jié)果與理論分析一致。

(a)v=40 m/min (b)v=60 m/min

(c)v=100 m/min圖10 不同加工速度下表面微觀形貌與水接觸角的關(guān)系Fig.10 Surface microtopography and water contact angle under different speeds

3.3.4不同進(jìn)給量下的水接觸角

(a)fz=0.02 mm (b)fz=0.04 mm

(c)fz=0.06 mm圖11 不同進(jìn)給量表面微觀形貌與水接觸角的關(guān)系Fig.11 Surface microtopography and water contact angle under different feed rates

不同進(jìn)給量表面微觀形貌與水接觸角的關(guān)系如圖11所示(A=4 μm,v=40 m/min, 振動(dòng)700次)。主軸轉(zhuǎn)速、超聲振幅不變的情況下，進(jìn)給量主要影響微結(jié)構(gòu)單個(gè)凹坑的深度。當(dāng)fz為0.02 μm、0.04 μm、0.06 μm時(shí)，所形成的單個(gè)凹坑的平均尺寸分別為32.4 μm、34.4 μm、36.5 μm，微織構(gòu)溝槽間距a增大。根據(jù)理論，增大溝槽間距a可以提高水接觸角，因而隨著進(jìn)給量的增大，固體表面的疏水性有所提高,試驗(yàn)結(jié)果與理論分析一致。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)水接觸角理論和縱扭銑削運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，分析加工參數(shù)對(duì)水接觸角的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)增大切削速度可以有效提高固體表面的疏水性效果。

(2)切削速度和進(jìn)給量與表面粗糙度呈正相關(guān)的關(guān)系，而超聲振幅對(duì)表面粗糙度的影響較大，振幅為4 μm時(shí)表面質(zhì)量最佳。

(3)超聲加工方式下的表面水接觸角較普通方式的接觸角大，而在超聲加工時(shí)低振幅加工表面的水接觸角大于高振幅的接觸角，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，高振幅和低振幅所加工的表面水接觸角差別不大。