前混合水射流喷丸单丸粒冲击特性研究

单丸粒冲击特性是研究混合射流表面喷丸强度和覆盖率的基础指标,丸粒特性与靶材特性均会对冲击后的弹坑形态产生影响。以不同热处理后的18CrNiMo7-6低碳合金钢为靶材,研究了不同丸粒冲击条件下的弹坑特性。从弹坑形成机理出发,建立了单丸粒冲击弹坑尺寸模型,并通过试验研究,修正了高硬度靶材弹坑的误差,使弹坑深度预测误差降低到30%以下。在此基础上,研究了弹坑相关特征参数(深径比、坑深坑直径占比、脊高)的规律。结果表明,丸粒硬度和靶材硬度对深径比以及坑深直径占比影响最为显著,而弹坑周边的脊状结构只存在于低硬度靶材中。各参数对脊高的影响由大到小分别为丸粒直径、丸粒硬度和丸粒速度。

先进喷丸表面改性技术研究进展

综述了先进喷丸表面改性技术研究现状及应用,阐述了微粒子喷丸、激光喷丸、超声/高能喷丸、高压水射流喷丸的基本原理,与传统喷丸对比发现,微粒子喷丸可提高材料的耐磨性,激光喷丸可精确控制定位,超声/高能喷丸可实现材料表面纳米化,高压水射流喷丸可承受半柔性冲击并减少应力集中.此外,对各种喷丸技术综合分析并进行对比,认为超声喷丸、复合喷丸(高能-微粒喷丸,激光-机械喷丸)综合性能最佳,并展望了未来应重点开展的工作.

空化水射流对黄铜表面强化性能的影响

选用黄铜作为研究对象,通过淹没射流的方法进行表面强化。研究了水空化射流压力、射流时间对黄铜表面光洁度、表面硬度和硬化层厚度的影响。结果表明:水空化射流对黄铜表面有明显强化效果,射流压力和喷射时间对其空化喷丸能力以及表面硬度和硬化层厚度有重要影响;与传统喷丸相比,水空化射流冲击后表面粗糙度低、表面硬度高,是一种有发展前景的表面强化方法。

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M ises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.

前混合水射流喷丸表面粗糙度的试验研究

选择喷丸压力、喷嘴扫描速度、靶距为影响因素,选用直径为0.25mm的玻璃弹丸,应用前混合水射流对45钢和2Al1铝合金材料进行喷丸试验;采用针描法测量喷丸表面粗糙度,利用扫描电镜观察喷丸表面宏观形貌特征.结果表明,前混合水射流喷丸会使受喷材料的表面粗糙度明显增大,且表面粗糙度随着喷丸压力的增加而增大,随着扫描速度的增加而减小,并存在最大表面粗糙度靶距;在整个喷丸表面上出现宽度近似相等的"垄沟"状条形变形带,并布满了无数个形状不规则的无间隙的冲击凹坑,粗糙度曲线呈现"锯齿"形状,它与喷丸表面"垄沟"状形貌特征十分吻合.

高压水射流喷丸强化技术

基于组织结构和力学行为分析了高压水射流喷丸强化的机理,给出了各种射流形式喷丸强化的作用效果,提出了前混合水射流和前混合自激振荡水射流喷丸强化的新方法。研究表明,高压水射流喷丸强化技术先进、优势明显,具有广阔的应用前景。

高压水射流喷丸技术及发展

水射流喷丸强化技术是喷丸领域的又一新技术,它有利于改善材料表面的性能,延长其疲劳寿命,并能克服传统喷丸技术的不足。简单地介绍高压纯水射流、空化射流、脉冲射流、磨料射流等几种高压水射流喷丸技术及它们的发展情况。

前混合水射流喷丸强化喷嘴流场的数值模拟

为研究前混合水射流喷丸强化喷嘴流场流动特性,应用FLUENT软件对喷嘴流场进行数值模拟。根据射流的流动特性,数值模拟中多相流动采用欧拉模型,湍流涡黏模型采用标准k-ε模型,分析了水和弹丸流场轴心速度和轴心动压强的变化规律及不同喷丸压力、收敛角和弹丸浓度对喷嘴流场的影响规律。研究表明:前混合水射流的水流场和弹丸流场轴心速度存在速度滑移,水流场的轴心速度大于弹丸流场的轴心速度,而弹丸流场的轴心动压强明显大于水流场的轴心动压强;且水流场和弹丸流场的轴心速度和轴心动压强均随着喷丸压力的增加而增大、随着喷嘴圆锥收敛角和弹丸浓度的增加而减小,在13°圆锥收敛角时喷嘴的性能最好。

铝合金7075T651高压水喷丸强化工艺试验研究

高压水喷丸强化是金属表面强化的新方法,即利用在水中的高压水射流所产生的气穴效应打击金属零件表面,从而对零件进行表面强化的工艺。基于不同的高压水喷丸强化工艺参数,对航空常用铝合金材料7075T651开展高压水喷丸强化试验,分析了强化试件的表面形貌、表面质量、表面残余应力以及强化层组织结构。结果表明,液体冲蚀过程中会产生气泡多次溃灭现象,由此产生同心圆环形强化区域;喷射压力和喷射距离是影响材料表面质量和残余应力分布的重要工艺参数;高压水喷丸强化后强化层晶体取向发生了改变,晶粒明显细化,为原始组织晶粒度的66.7%。

水射流表层改性技术研究进展

运用水射流技术对高硬度渗碳淬火零件进行局部强化是表层改性研究的一个新兴方向。以表层改性应用为重点,依次介绍了纯水射流、后混合以及前混合水射流的特点及应用场合。在综合对比各种射流特点的基础上,提出了前混合射流是表层改性中较为理想的一种射流方式,并对前混合射流改性中存在的问题进行了探讨,认为混合射流在射流束形成、参数测量、喷嘴形状与使用寿命上需要深入研究,改性后变质层的表面完整性、表面质量的提升工序及高应力集中处的有效改性、形成射流的连续性和稳定性等问题有待进一步解决。在上述机理问题解决的基础上,对射流改性装备进行完善和提升,可以展开以齿轮、叶片、花键轴等具体零件为对象的工程应用研究。

高压水射流喷丸强化技术

基于目前在使用传统喷丸技术中存在的一系列问题的基础上,通过前人对水的不断研究和探索,提出了一种新的喷丸强化技术——水射流喷丸强化。它的使用将改变传统的热加工技术为冷加工技术。通过对某种合金的实验性研究分析,初步得出了该技术优越性所在。与传统喷丸技术的比较,进一步阐明了高压水射流喷丸强化技术的优越性、环保性和前景的广泛性。

后混合水射流喷丸喷头内流数值模拟

为研究玻璃珠弹丸在后混合水射流喷丸喷头内的运动轨迹和速度特性,根据液固两相流动的拉格朗日离散相模型,应用FLUENT软件对喷头内液固湍流进行了数值模拟,得到了连续相的轴向速度和轴向动压强,获得了弹丸的运动轨迹和弹丸的轴向速度随行程及时间的变化规律。结果表明,连续相在喷头混合室入口处存在环形回流区,在混合室内呈非对称流动;弹丸在喷头内的轴向速度沿行程分为4个阶段,依次是弹丸在混合室内的回流段、弹丸第1次加速段、弹丸在环形回流区的减速段和弹丸第2次加速段,其在弹丸喷嘴出口截面上靠近轴心的轴向速度达到连续相轴心最大轴向速度的94.77%。

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。

后混合水射流喷丸强化装置设计

以后混合高压水射流技术为基础,结合传统喷丸强化工艺,设计了可实现喷丸全覆盖率的四轴三联动喷头运动式龙门结构的后混合水射流喷丸强化装置,并首次设计了提高受喷零部件定位精度的激光工件定位装置。为后混合水射流喷丸强化技术的深入研究及工业推广奠定了基础。

42CrMo钢等离子氮化和水射流喷丸复合处理

利用真空脉冲等离子氮化技术,探究等离子氮化处理的最佳工艺参数;而后利用高压水射流喷丸技术研究了氮化前进行水射流喷丸预处理对氮化层的组织和性能的影响。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等对氮化层的显微组织、形貌、含氮量、相成分进行检测和分析,采用XRD应力测定仪,表面粗糙度仪,显微硬度仪对渗氮层表面完整性进行了分析。结果表明：等离子氮化工艺最佳温度为530~540℃,等离子氮化后表面完整性（表面残余应力,粗糙度,表层硬度梯度,渗层形貌）得到改善。而经过复合处理使γ＇相衍射强度增强,氮化层均匀,渗层厚度增加超过100μm,进一步改善了等离子渗氮层质量和性能。

水射流喷丸预处理对42CrMo钢氮化后接触疲劳性能的影响

利用高压水射流喷丸技术(WSP)和真空脉冲等离子氮化技术,研究了水射流喷丸预处理对42CrMo钢等离子氮化后的滚动接触疲劳性能的影响。采用OM、SEM、TEM、XRD应力测定仪、表面粗糙度仪、显微硬度仪对等离子氮化和复合处理后试样的渗层显微组织、结构以及表面完整性进行了表征,并对疲劳断口形貌进行了分析。结果表明:经过WSP预处理后,42CrMo钢获得了更好的氮化效果,疲劳性能得到大幅提升。原因是经WSP预处理后,试样表面细小弥散的氮化物和表层晶粒的细化有利于抑制表面裂纹的萌生与扩展,改变了疲劳裂纹的萌生机制,次表层硬度的提高以及更深的残余压应力影响层推迟了次表层裂纹的萌生,更高的次表层残余压应力抑制了次表层二次裂纹的萌生以及主裂纹的扩展,延长了42CrMo钢渗氮后的接触疲劳寿命,使得失效机理更接近于赫兹理论。

后混合水射流喷丸工艺对18CrNiMo7-6渗碳钢表面性能的影响

目的探究不同后混合水射流喷丸工艺对18Cr Ni Mo7-6渗碳钢表面性能的影响。方法运用超景深三维显微系统、三维表面形貌测量系统、X射线残余应力分析仪及HV-1000显微硬度计等,对后混合水射流喷丸前后试样的表面形貌、表面粗糙度、残余应力及显微硬度随层深的变化情况进行分析。结果后混合水射流喷丸时,弹丸和水会对试样表层产生一定的冲蚀、磨损、剪切作用,使试样表面产生新的凹坑。表面粗糙度Ra值随着喷射压力P及喷射靶距H的增加而增大,随着喷嘴移动速度v的增加而减小。试样显微硬度最大值都出现在表面,且随层深的增加,硬度值逐渐减小,喷射压力P=300 MPa时,表面硬度值达到62.8HRC,比试样初始表面硬度值增加了7.35%。试样材料所能引入的残余压应力具有固有最大值σmirs,当引入的残余压应力未达到σmirs时,所产生的最大残余压应力值σmcrs随喷射压力P的增加而增大,但随喷射靶距H和喷嘴移动速度v的改变变化不大。当引入的残余压应力达到σmirs时,所产生的最大残余压应力值σmcrs即为σmirs,不再改变,但是最大残余压应力距表面距离值zm仍会随着喷射压力P的增加而增大。结论后混合水射流喷丸后,试样表面粗糙度变化较大,表层显微硬度有一定提高。残余应力的分布主要与喷射压力P有关,而与喷射靶距H和喷嘴移动速度v关系不大。

水膜效应对前混合水射流喷丸强化的影响

为了研究水膜效应对射流喷丸强化效果的影响,采用水位测针测量靶体表面水膜的厚度,利用ABAQUS软件模拟了玻璃弹丸冲击2A12铝合金靶材的过程。弹丸采用速度加载方式,计算方法选用中心差分时间显式算法,获得了有、无水膜条件下,靶体材料表层径向残余应力和轴向位移的变化规律。结果表明:有、无水膜条件下,喷丸在靶体表层产生的径向残余应力和轴向位移变化规律相同,水膜效应对产生的径向残余应力和轴向位移影响不显著;当弹丸速度为90 m/s时,有、无水膜条件下喷丸产生的最大径向残余压应力和最大轴向位移分别为-399.0、-406.9 MPa和0.0116、0.0142 mm。

高压水射流喷丸机床结构设计探析

高压水射流喷丸机床主要功能是对工件表面进行喷丸硬化处理，是在普通超高压水射流切割机床的基础上进行的改造设计，可以增加喷丸处理功能并提高机床利用率。高压水射流喷丸技术是一种以水为介质的新型加工工艺，是将普通水经过特殊处理后注入一个超高压增压系统迅速增压，然后再将这种高压水输送到弹丸喷头喷出形成高压水射流并在混合室产生一定的高压。

前混合水射流喷丸残余应力的数值模拟

金属材料的疲劳破坏已经成为制约金属零件使用寿命的主要因素,用水射流喷丸来改变金属材料表面的残余应力以提高金属零部件的疲劳寿命已成为最有效的方法。本文根据有限元理论,运用动力显式算法建立有限元模型,将喷丸过程简化为弹丸撞击靶体的模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件进行了数值模拟。结果表明:研究靶体的残余应力分布情况能得出最大残余压应力的值及位置,能得出残余应力场的分布和残余应力场深度;研究靶体的应变能够得出靶体表面的变形和表面Y应变的分布。