水射流喷丸强化的试验研究

为获得水射流喷丸强化对材料表面力学特性和疲劳寿命的影响规律,选择喷丸压力、移动速度和靶距为影响因素,应用水射流对2A11铝合金和45钢进行喷丸试验;采用显微硬度计和X射线应力分析仪分别测定喷丸表面显微硬度和表面残余应力,利用扫描电子显微镜进行疲劳断口形貌观察,应用能谱仪进行内部疲劳源区夹杂物成分分析,获得水射流喷丸强化增益效果及疲劳裂纹萌生机制,指出水射流喷丸可以提高两种材料的表面显微硬度、表面残余压应力和疲劳寿命,并存在最大表面显微硬度靶距和最大表面残余压应力靶距,在试验条件下,2A11铝合金和45钢喷丸疲劳试样比未喷丸疲劳试样的疲劳寿命分别最大提高1.74倍和2.67倍,且水射流喷丸疲劳裂纹萌生位置的机制与传统喷丸相同。     

前混合水射流临界喷丸压力的研究

运用动量定理和Hertz弹性接触理论建立了射流弹丸冲击作用靶面上的压力分布模型;应用弹性力学的空间轴对称问题解答,分析给出了载荷作用下靶体对称轴上的应力分布;根据Mises屈服条件,提出了计算临界喷丸速度公式;以出口带圆柱段的圆锥收敛型喷嘴为例,应用Fluent软件和Matlab软件,分析建立了喷嘴出口轴线上弹丸速度与喷丸压力的关系式.选用45钢为靶体材料,在给定的喷丸条件下计算了45钢临界喷丸压力值;采用前混合水射流对45钢作临界喷丸压力试验,并用X射线应力分析仪测定试样表面的残余应力.结果表明,临界喷丸压力的理论计算值和试验数据近似吻合.     

煤矿井下便携式水射流切割机的设计及实验研究

在煤矿井下高瓦斯的危险环境中,依据水射流"冷"切割的特性,设计并实验研究了一种便携式前混合磨料水射流切割系统。试验中选取驱动压力、切割靶距、磨料流量、切割速度作为主要工艺参数,实验表明:驱动压力增大,一次切割最大深度随之近似线性增加;切割靶距增大,一次切割深度先增大后减小;磨料流量增大,一次切割最大深度先增大后减小;切割速度增大,一次切割最大深度越小,切割效率先增大后减小。     

高压水射流煤层割缝深度数值模拟与实验研究

高压水射流割缝技术是提高低透气性煤层瓦斯抽采效率的有效措施之一，确定割缝深度是优化钻孔布置和射流参数的基础。基于Fluent软件数值模拟分析了入口压力、靶距、旋转速度对水射流流场特征的影响规律；基于高压水射流破煤实验系统，开展了淹没和非淹没条件下冲击破煤实验，并进行了现场实验。研究表明，喷嘴结构一定时，水射流速度随着入口压力的增大而增加，冲击压力随冲击距离增大而发生衰减；水射流发展过程中截面积逐渐增大，导致冲击压力集中区域的范围随靶距的增大而逐渐扩展；射流旋转会导致旋转方向一侧的应力大于另一侧，靶体表面最大切应力随旋转速度增加而增大；随着入口压力和冲蚀时间的增加，水射流对试样的冲蚀深度增大，但冲蚀深度随冲蚀时间的增加存在阈值。根据高压水射流破煤深度实验结果可知，喷嘴直径为1 mm、压力为30 MPa时，水射流割缝直径可以达到1.2 m。工程应用表明，割缝钻孔平均瓦斯抽采流量为普通钻孔的1.56～2.52倍；抽采16 d后，瓦斯抽采浓度维持在30%以上。     

前混合磨料水射流喷丸强化技术的射流参数

基于对前混合磨料水射流喷丸强化技术的射流参数研究,对前混合磨料水射流的射流速度及射流冲击压力,进行了一定的分析和确定。实验结果表明,前混合喷丸技术提高了加工效率,降低了加工成本,环保节能。     

前混合磨料射流在除锈中的应用

为了获得效率高、质量好的除锈方法,采用高压水射流前混合磨料射流设备对钢板样件进行表面除锈试验,对试验各项参数(压力、磨料浓度、靶距、移动速度)进行研究分析。结果表明,所采用的前混合磨料射流在压力20 MPa、磨料浓度25%、靶距70 mm、移动速度约500 mm/min时,除锈效率最高,同比其他除锈方法,前混合磨料射流对钢板表面处理具有除锈效率高、质量好、比能耗低及操作灵活、对环境污染小等特点。     

高压水射流冲孔基本规律的实验研究

采用高压水射流实验系统分别进行水压力、射流靶距、时间等单因素影响实验,分析这些因素对水射流冲孔效果的影响规律。实验结果表明:随着水压力的增加,射孔深度呈线性增加;当喷嘴直径为1.02mm时,水射流的最佳靶距为2mm;高压水射流存在极限射流深度,在此之后,时间增加,其射流孔孔深基本不变;改变时间、靶距以及水压力,试块水射流孔径基本无变化。     

后混式高压磨料水射流磨料分布规律分析

为了提高带钢后混式高压磨料水射流除鳞清理效率, 设计了磨料分布测试装置, 以试件表面磨料冲击坑数量来表征磨料在射流横截面上的分布, 研究了靶距和工作压力对磨料在射流横截面上分布的影响。结果表明, 磨料在射流横截面径向的分布服从正态分布规律, 靶距增大会导致磨料分布范围增大, 分布分散化、均匀化, 且磨料的分布范围与靶距成一阶线性关系; 工作压力与磨料的分布范围成正比关系, 且提高工作压力会增大喷嘴混合腔中有效混合的磨料总数。     

基于BP神经网络的磨料水射流抛光质量研究

针对磨料水射流抛光质量与各工艺参数间,因复杂的非线性关系而无法用传统的数学方法建模的问题,基于BP神经网络理论,建立了磨料水射流抛光BP神经网络模型。以磨料水射流抛光铝合金轮毂为例,在考虑磨料浓度、入射角度、射流压力、靶距、横移速度5个工艺参数的情况下,通过正交实验收集27组样本数据,对样本数据进行方差分析和F检验,获得各工艺参数对表面粗糙度值影响的强弱,从而确定网络模型的输入参数为磨料浓度、靶距、横移速度与表面粗糙度,输出参数入射角度、射流压力,并将样本数据用于网络模型的训练和检测。在网络模型预测的入射角度与射流压力下进行抛光实验,测得铝合金轮毂表面粗糙度的实际值与实验值之间的相对误差最小为0.92%,最大为2.89%。结果表明:该网络模型能快速、准确地预测入射角度与射流压力,实现对抛光质量的间接控制。     

超高压磨料水射流工艺参数优化实验研究

为了提升磨料射流的切割效率，通过研制的超高压磨料水射流切割系统开展了不同工艺参数对石灰岩的切割效果研究。结果表明：随着水射流压力的增加，切割深度首先表现为线性增大，然后增速逐渐放缓；最佳磨料流量参数为0.6 kg/min；最佳初始射流靶距为5 mm；磨料射流的切割深度随喷嘴横移速度呈下降趋势；随着射流切割角度的增加，切割深度呈现出“M”型变化趋势，在80°时切割深度达到最大值；基于正交试验进行极差分析，明确工艺参数对切割深度的影响权重由大到小依次为水射流压力、喷嘴横移速度、磨料流量、喷嘴切割角度和射流靶距，得出最佳的切割参数组合为水射流压力400 MPa，磨料流量0.8 kg/min，喷嘴横移速度1 mm/s，射流靶距6 mm，射流切割角度80°。     

前混合磨料射流水下切割混凝土的试验研究

试验制备了混凝土试件,利用前混合磨料射流切割装置,试验研究了影响前混合磨料射流水下切割诸参数（压力、靶距、磨料浓度和横移速度）与切割深度的关系。试验结果表明：前混合磨料射流水下切割混凝土与水下切割钢板规律基本一致。     

压力脉动对高压纯水射流喷射噪声的影响

定量分析了高压纯水射流喷射噪声A声压级与射流压力、压力脉动及射流靶距的联系,主要得出了喷射噪声在常见条件下随着压力脉动的减小反而略有增加的结论。因为压力脉动减小导致流速增加,从而使冲击噪声和涡流噪声略有增加。     

模具的表面强化技术

介绍了模具制造业中常用的模具表面强化方法及其特点．主要有改变模具工件表面成分的渗碳、渗氮、渗硼、多元共渗等方法，被覆法如电镀、化学沉积、物理气相沉积、等离子体化学气相沉积、碳化物被覆、放电表面处理等方法，不改变模具工作零件表面成分的火焰表面淬火、激光强化处理、表面喷丸强化等方法．     

空气动力掏煤工艺之压风排水排渣关键技术

基于谢一矿地面钻井空气动力掏煤压风吹水吹渣工程实践，通过分析环空内气体携水携渣机制、吹水作业单次下钻深度，对压风排水排渣关键技术进行了研究。首次确定了套管段吹水作业单次下钻深度、吹水时间等策略；提出了煤层段是否含水条件下的吹水吹渣技术，包括下钻接单根速度要快，开始下行前须先实现压风洗井循环，并使钻柱保持旋转状态，且下行速度宜缓，以及针对固结干煤粉的定点强吹法等技术要点；理清了环空“架桥”、钻杆“倒吸”堵塞发生机制及处理对策，认为在洞穴内有水条件下，下钻前不实现压风洗井循环，是导致环空“架桥”堵塞的主因，而起钻使钻头位置高于堵塞部位，再压风洗井即可解堵；钻杆“倒吸”堵塞则是由于其在井口放气过快导致的，关闭放气阀，或放气减速，即可预防；探究了空气动力造穴高压放喷排渣机制和技术，认为，高压下放喷，环空中压降大，固气混合流体上返流速快，返排效果好；钻杆下入洞穴内的顶部和中低部相比，后者条件下煤粉上返量更多；对放喷后大块率增加的垮塌煤体可采用旋转钻头碾压破碎、定点强吹实现目标。     

断层突水预测控制理论研究

为研究断层突水机理及其预测控制方法,以“实用矿山压力控制”理论为指导,在考虑采动引起的岩层运动及矿山压力对岩溶水压及断层煤柱的影响的基础上,理论分析了底板岩溶水剧增的原因及传统防治水方法存在的问题,以此为基础,建立了跨断层开采的预测控制力学模型,制定了相关控制准则。结果表明：岩溶水压的增大与采动所引起的上覆岩层运动有重要关系,特别是对于封闭型溶洞其水压会在支承压力作用下剧增;留设断层煤柱的传统防治水方法是不合理的,应采用把开切眼布置在经相邻工作面推进,构造应力已经释放的“内应力场”中,以最短距离推过断层的方案;“工作面长度越大,突水可能性越大”的传统观点是不准确的,工作面长度必须大于基本顶第1次断裂步距才能有效抑制底板回弹,防治底板突水。     

磨料水射流切割钢丝胶管的研究

对井下常用零件-钢丝胶管的切割做了一些实验研究,实验采用前混合磨料射流进行切割,由于磨料水射流具有切割时无味、无气体产生、无火花、加工安全、振动小、噪声低等优点,使其有可能成为煤矿井下危险环境安全切割的适用技术。试验探讨了射流压力、磨料流量、喷射靶距和横移速度对切割深度的影响。     

基于磨料水射流的多晶硅车削试验与建模

笔者通过进行磨料水射流车削多晶硅片的试验研究,说明了磨料水射流车切多晶硅这类脆性材料的可行性。磨料水射流车削多晶硅的表面质量主要受射流压力、进给速度、靶距和主轴转速的影响。在正交试验设计的基础上,采用回归分析方法,在磨料水射流车削多晶硅过程中,建立了主要加工工艺参数对表面粗糙度影响模型。通过对该模型的相关指标的分析表明,回归方程有一定指导意义。该模型为合理选择磨料水射流车削工艺参数提供了理论基础,在半导体制造业具有较大应用价值。     

电火花线切割加工与磨料水射流加工质量的对比研究

针对快走丝电火花线切割加工和磨料水射流加工,笔者从尺寸精度、表面粗糙度及微观表面形貌等几个方面对两种加工方法进行了试验研究。分析结果表明,在试验条件下快走丝线切割φ20mm圆和20mm×20mm正方形的尺寸误差分别为0.08和0.04mm;磨料水射流切割同样尺寸试件的平均尺寸误差分别为0.09和0.1625mm,但磨料水射流切割加工试件存在一定的锥度。在试验条件下,快走丝线切割试件和磨料水射流切割试件表面粗糙度为Ra2.197μm。显微照片表明,电火花线切割样品表面有烧伤黑色区域、凸凹不平的小坑以及不同尺寸大小的熔融球状物,揭示出电火花线切割对材料熔化蚀除加工的本质;磨料水射流切割表面布满了小沟槽,揭示了高速流体和粒子流物理蚀除加工的机理。