基于高压水射流涂层清理仿真与试验研究

高压水射流是近年来备受行业关注的高科技清洗技术，与传统清洗方式相比，可清洗形状多变、结构复杂的零部件，能灵活运用在空间狭窄、环境复杂的场合。根据涂层清理的特点和技术要求，研究了高压水射流清理涂层的方法，探索了高压水射流全方位清理涂层技术的可行性，在水射流作用下，确定涂层清理全过程的基本理论和试验方法；通过建立模拟水射流冲击下涂层内部应力分布的数值模型，确定了水射流和涂层之间单向流固耦合的数值算法。结果显示了涂层在不同射流速度和靶距冲击下的流场冲击压力和涂层内部应力分布规律。通过试验验证了利用水射流清理涂层操作的可行性，所得结论可为设计和优化高压水射流清理精密零件工艺及相关设备提供参考依据。     

碳化硅研抛过程中表面损伤的仿真与实验研究

碳化硅在研抛加工过程中极易产生表面损伤,从而影响工件表面质量和疲劳性能。基于硬脆材料的研抛去除机理,建立有限元仿真模型,模拟单颗粒研抛过程,分析了工件材料的去除过程,以及不同工艺参数对表面应力分布和表面去除形貌的影响。通过计算机控制精密研抛工艺对碳化硅进行研抛试验,进一步分析了各工艺参数下表面形貌的变化,结果表明,较小的主轴转速、较大的磨粒尺寸和研抛深度对工件表面破碎损伤严重,而进给速度对工件表面去除效果的影响不明显,不同工艺参数对表面损伤影响变化趋势与模拟分析结果吻合较好。研究结果对于选择合理的研抛工艺参数以获得良好的表面质量具有重要意义。     

磨料水射流对金属材料去除力和去除模型的研究

磨料水射流抛光技术作为一种新型技术,广泛应用于表面抛光加工作业中,利用含有细小磨料粒子的抛光液在高压作用下,与工件表面发生冲击、冲蚀而去除材料,以达到抛光目的。采用单颗粒磨料粒子使材料产生塑性变形模型来研究磨料水射流对金属材料的去除力,通过对纯水射流冲击材料的作用力和射流中磨料射流对材料的作用力以及接触应力的理论推导,得出磨料射流中轴线上磨料颗粒去除金属材料最大打击力和最大剪应力以及最大拉应力;通过建立伯努利方程,得到射流压力与金属材料的剪切力和拉应力的直接关系,为工程上磨料水射流抛光喷嘴设计和泵压选择提供了理论参考依据。     

旋转式超声波加工机理的有限元分析

利用有限元软件LS-DYNA建立了单颗磨粒旋转冲击玻璃工件的模型,计算模拟出工件受冲击的材料去除过程,分析了材料去除机理。模拟结果表明:冲击瞬间,裂纹交汇,接触区材料大片剥落;冲击过程中,工件表面裂纹开叉扩展,内部裂纹发展成亚表面层裂,磨粒持续压溃材料;切削力小,随着切削深度的增加,切削力变大。利用有限元软件LSDYNA对金刚石磨粒冲击玻璃材料的过程进行数值模拟,计算冲击过程的形变和切削力,研究工件表面和内部裂纹的产生与扩展过程,分析材料去除机理。     

微生物去除加工晶体铜的表面质量实验研究

通过跟踪微生物去除加工两类不同晶粒尺寸纯铜的表面粗糙度和表面形貌的变化规律,研究了微生物去除加工表面的形成机理。结果表明,纯铜加工表面质量会随着微生物去除加工时间的增加而变差,晶粒粒度会对其微生物加工表面质量产生影响;不同的工件原始表面质量对微生物去除加工初始阶段的表面质量有明显影响;前期机械加工所形成的划痕会随着微生物去除加工而逐渐变小,当机械作用表面被去除后,影响微生物加工表面质量的主要因素是工件的晶界及亚晶界。     

磨料水射流加工去除模型研究

采用ANSYS Fluent对磨粒流场进行瞬态CFD仿真,得到射流过程中磨粒的分布和速度;并研究射流加工区磨粒运动机制,研究表明,新型后混合式磨料水射流加工中磨粒很容易穿过射流加工的静压区直接与工件发生作用进而去除材料。建立磨粒冲击塑性材料的冲击变形磨损模型,并结合Finnie塑性剪切磨损去除模型建立磨料水射流加工去除模型,模型表明,射流加工中心区域的材料去除量最高。根据新型后混合式磨料水射流系统进行塑性材料的磨料水射流加工试验,结果表明,射流加工中心区域材料去除最高,这是由于射流加工中心区域磨粒冲击角度较大、磨粒速度较高,材料以冲击变形磨损去除为主;远离射流冲击中心区域材料去除较低,材料以剪切磨损去除为主,与磨料水射流加工去除模型是完全一致的,证实磨料水射流加工去除模型的正确性。     

预压力可调式超声振动挤压系统的表面压光试验研究

超声振动挤压加工(超声压光)技术是利用超声电信号驱动振子前端的挤压工具头产生高频振动,对工件进行每秒数万次的冲击,使工件表面材料产生塑性变形。利用预压力可调式超声振动挤压加工系统对40Cr棒料进行振动挤压加工试验,得到了各加工参数对工件表面粗糙度的影响规律,并通过材料弹塑性理论和振动理论验证了此实验数据规律的正确性与可靠性;通过对挤压加工前后工件表面粗糙度的对比,表明此振动挤压加工系统可显著提高工件的表面质量。     

射流束切削时在边壁约束下的直径增大变形及加工表面质量研究

利用氯化钠晶粒射流切削生物骨材料时,射流束变形可能会导致骨材料切削断面产生预期之外的损伤,不利于生物组织的后期恢复。为探索射流束切削加工时在边壁约束下产生的变形,以及相应加工表面的质量特点,设计了磨料水射流切削可视化实验。使用高速摄影机拍摄磨料水射流加工过程,利用可视化手段观测射流束变形情况,并使用表面粗糙度Ra表征加工表面质量。研究发现,射流束在前端边壁与两侧边壁共同约束下存在沿切削进给方向的直径增大变形,该变形使加工表面粗糙度沿切深的减小幅度增大及出现频率增多。最后对表面粗糙度Ra沿切割深度的变化数据进行二次处理,提出了一种新的建立磨料水射流切削材料表面粗糙度预测模型的思路。     

高压水射流清洗技术现状及发展前景

高压水射流清洗技术是近年来发展起来的一门新兴科学,它利用高压水发生设备产生高压水,通过喷嘴将压力转变为高度聚集的水射流动能完成清洗、切割、破碎等各种工艺的技术.高压水射流清洗技术适用于冶金、石油、化工、电力、交通、国防、市政环卫、矿山等多行业、多领域各类管线、热交换器、容器、船舶、车辆及大型设备的内外清洗. 随着现代社会对清洗行业提出的效率、洁净率及环保要求的不断提高,高压水射流清洗技术的普及应用成为工业清洗的必然趋势.     

磨料水射流切割石材加工表面质量的试验研究

文中对高压磨料水射流切割石材的加工表面质量进行了试验研究,分析了水射流压力、靶距、切割速度和磨料流量对加工表面质量的影响。结果表明:当水射流压力增大时,光滑区切割深度增大,而表面粗糙度先减小后增大;当靶距增加时,表面粗糙度增大,而切割光滑区切割深度减小;当切割速度增加时,表面粗糙度增大,而光滑区切割深度迅速减小;当磨料流量增加时,表面粗糙度减小,而切割表面的光滑区深度先增大后减小。     

水射流辅助激光刻蚀Al2O3陶瓷的试验研究

设计了一套用于实验的水射流辅助激光刻蚀加工装置,将激光和介质射流冲蚀加工相结合,研究激光加工参数和射流加工参数对试样材料激光复合刻蚀量和截面质量的影响。实验结果表明,激光工艺参数和射流加工参数对工件加工表面的质量优劣有着决定性的影响;该复合加工工艺可以清除加工时产生的90%以上熔渣,能有效地降低材料表面粗糙度,使得加工出的盲孔成为较为规则的倒三角形。     

三相射流去毛刺工艺的试验研究

金属切削毛刺是影响精密零件棱边质量及使用性能的主要因素之一。三相射流去毛刺技术是一种柔性工艺方法。三相射流去毛刺的作用过程和机理非常复杂,不仅与射流及作用条件有关,而且与材料的性质及毛刺的形状密切相关。通过正交试验,分析了三相射流工作条件对材料去除量和冲蚀深度的影响,讨论了磨料粒度与加工表面粗糙度的关系。     

超高压水射流盘式清洗装置工作效率试验研究

利用高速水射流的冲击动能,可以实现钢制结构表面除漆除锈的目的。通过理论分析并计算出影响清洗效率的主要参数的最优值,采用试验分析方法验证喷嘴孔径、单喷嘴靶距、射流压力等清洗参数的优选结果。根据最优清洗参数,进行清洗盘行进速度与压力对清洗效果的影响的试验;研究清洗盘工作时喷嘴的运动,提出一种清洗盘喷嘴布置结构设计,以及一种新型清洗盘工作的运动方式。     

定向喷嘴布置对PDC钻头井底流场影响研究

定向喷嘴布置的方式对PDC钻头的井底流场将有很大的影响,尤其是能改变PDC钻头的水力性能,因而研究定向喷嘴布置具有重要的意义.本文分析了喷嘴的不同布置方法,并通过数值方法模拟其对PDC钻头井底流场的影响.结果表明:在不完全对称布置方案的冲击区,在射流刚开始从喷嘴处流出去,但还未接触井底,各喷嘴射流处于衰减地带之内,这样的话将对钻头的清洗和携带岩屑离开井底非常有效果;在漩涡区,喷射角大、距钻头中心远的喷嘴射流则对清洗和携带井壁附近的岩屑起主要作用,喷射角小、距钻头中心近的喷嘴射流则对清洗和携带井底中心的岩屑起主要作用;在刀翼上的附面层由于周围喷嘴的影响,刀翼切削面低速区明显减少,剪应力增大,更好地预防、清除PDC钻头的泥包.最终达到提高机械钻速的效果.     

冰射流铝合金表面脱漆试验研究

针对铝合金2A12基体开展冰射流表面脱漆试验研究,重点研究了在定点喷射条件下,冰射流喷射压力和喷射时间对表面脱漆效果和基体表面形貌的影响。试验结果表明,在0.2MPa喷射压力下,冰射流可有效清除铝合金表面有机油漆涂层,而且喷射压力越高,表面脱漆就越彻底。在各种冰射流条件下,脱漆后的基体表面粗糙度不存在明显的变化规律,同时基体表面的SEM图反映出在较低喷射压力0.5MPa下,基体表面未发生明显塑性变形;在0.7MPa喷射压力下,经过7s喷射时间,基体表面会出现少量由高速冰粒冲击产生的冲蚀坑,而且喷射时间为15s时,冲蚀坑的数量有所增加。     

结合水下注气系统的高压水射流清洗技术的研究

为了有效扩大水下高压水射流清洗喷嘴的有效靶距,提出了一种结合水下注气系统的高压水射流清洗技术;设计了一套结合水下注气系统的高压水射流水下模拟实验装置,该装置通过水面高度控制和压力控制有效抑制了大流量水射流实验工况下的内部压力波动;计算并分析了在水深为10m的水下清洗过程中,喷嘴外环流内的气液比对射流流场的影响。分析结果表明,增大喷嘴外环流中的气液比,可以有效地增大射流的喷射速度,研究结果为水下清洗实际作业提供了理论依据。     

钻杆外壁清洗射流流场的数值分析

在采用高压水射流清洗钻杆外壁过程中,为了得到最佳的清洗位置和清洗角度,必须提高钻杆的清洗效率和质量,文章建立了外部射流流场控制方程组,结合标准的k-ε湍流模型进行化简求解,采用ICEM CFD建立网格模型,通过Fluent软件采用VOF气液两相流模型和SIMPLE算法对喷嘴外部流场进行数值模拟分析。在一定的喷射范围内,改变喷射角度模拟对钻杆外壁的理论清洗情况,在最佳的清洗情况下确定喷头在整个清洗装置中的安装位置和喷射角度。分析结果表明:在600mm的安装距离中,随着喷射角度的减小,射流束的分流情况越来越明显,当减小到15°时,流束基本朝向一边;该喷射范围内,随着轴线位置的增大,速度和压力都呈现衰减状态,当距离超过500mm,速度衰减较明显,所以适宜的喷射距离为500mm;当喷射角度除15°和90°时衰减较大外,其余角度下衰减情况基本相同。再通过对壁面打击力的分析得出最佳的喷射角度为60°。     

机械加工影响表面粗糙度的因素及改善措施

机械加工工件时加工精度与机床的精度及包括刀具、夹具、工件在内的整个系统有直接的关系,影响机械加工精度的因素很多,如机床制造零件的误差和安装误差以及加工过程中的有关操作,需要掌握机械加工中各种工艺对加工零件表面质量影响的规律,以便运用这些规律来控制零件加工的表面粗糙度,最终改善零件的表面质量、提高产品使用性能、减少机械设备的损坏、降低生产成本、提高经济效益。本文探讨了机械加工影响零件表面粗糙度的因素及改善措施。     

超高压水射流作用下岩石损伤破碎机理

由于水射流的高紊动与岩石材料的复杂性,水射流作用下岩石破坏机理的研究一直都是难点问题。运用全解耦流固耦合理论,建立超高压水射流冲击岩石介质的数值分析模型,射流采用标准k－ε模型和控制体积法,岩石采用线弹性和有限元法,计算分析淹没条件下岩石介质在水射流冲击作用下内部的应力分布规律。其次,根据岩石介质内部应力分布特征,基于岩石微元强度遵循Weibull分布的概率理论,将Mohr-Coulomb破坏准则作为随机分布变量,建立岩石损伤变量演化方程和连续损伤统计本构模型及用量纲一破坏系数来表征岩石破坏的准则。再次,按建立的流固耦合分析模型、岩石损伤模型和破坏准则,运用分阶段法对水射流的破岩过程进行了数值分析。最后,运用扫描电镜对水射流切割岩石断口形貌进行观测试验,分析岩石在超高压射流作用下微观破坏机制,主要有穿晶断裂和剪切错动两种形式,进一步验证数值模拟分析的结果,建立起水射流破岩过程中岩石微观破坏机制和宏观断裂分析的桥梁。