基于水射流技术的纤维增强塑料冲蚀性能研究

纤维增强塑料材料由于其具有密度小、耐腐蚀性好、电磁绝缘性等特点,因此在航空航天及土木工程领域应用广泛。但是纤维增强塑料异形件用传统的工艺成型方法,存在成本较高、制造周期长等问题。引入磨料水射流切割技术,由于以水为加工高能束,因此被加工材料的切口光滑无烧蚀,还能提高加工效率,节约成本,环保安全。分析了高能射流的形成机制,建立了粒子对纤维增强塑料的冲蚀模型,材料破坏的演化模型并分析其去除机理,最后通过调节主要工艺参数(射流压力、进给速度、靶距、粒子尺寸),分析其对冲蚀性能的影响规律。成果可以提高磨料水射流加工新材料的加工质量和加工效率,具有重要的理论意义和使用价值。     

金刚石超薄切割砂轮的特点

金刚石超薄切割砂轮主要用于精密切槽和切断,一般采用深切缓进给磨削法。具有磨削深度大、进给速度小、砂轮与工件的接触面积大、切缝窄、金属切除率高、磨削精度高、加工表面质量好及材料利用率高等特点。其一般规律如下：     

磨料射流套管切割技术在深水弃井中的应用

磨料射流切割技术是近几十年发展起来的高新技术,其原理是在水射流中加入金刚砂或石榴石等较硬固体磨料颗粒,通过高压泵加压、经脐带缆输送至喷嘴后冲击被切割物体,具有切割质量高,易于实现自动控制,对环境无污染等优点。在弃井作业中能够实现多层管串及管间水泥一体化快速切割,大大提升作业效率。磨料射流切割技术运用在深水作业中,主要需要克服管线沿程水力摩阻对作业压力的影响,本文旨在从这方面研究磨料射流套管切割技术在深水弃井中应用的可行性。     

固定床熔渣气化炉内冷态气固两相流动特性

为了研究固定床熔渣气化炉喷嘴射流速度和安装角度对炉内流场的影响,搭建了固定床熔渣气化炉冷态试验平台,并结合Fluent软件进行了建模。结果发现:(1)随着气体流量和射流速度的不断增加,气体在物料内部的穿透距离不断加长;(2)随着喷嘴下倾角度的增加,射流深度、回流区径向深度及回流区高度呈不断减小趋势;当喷嘴下倾5°~10°布置时为最优工况,料层内部喷嘴方向射流穿透深度适中,炉内流场分布较好;(3)随着喷嘴切圆角度的不断增大,喷嘴对冲碰撞作用越小,气流逐渐偏离径向区域,喷嘴轴截面气体分布量逐渐变少,料层内部射流穿透深度先增大后减小。综合考虑各因素,喷嘴下倾5°并切圆旋转10°布置时,料层内部水平方向射流穿透深度最大,炉内流场分布较好。     

电流密度对金刚石表面镍层形貌及加工特性的影响

金刚石颗粒的表面形貌影响着固结磨料研磨垫(FAP)基体对其的把持能力。设计了一种实验室用金刚石滚镀装置,采用电镀方式,探索了电流密度对金刚石表面镍层形貌的影响;采用镀镍金刚石制备了FAP;比较了不同金刚石制备的FAP加工过程中的摩擦系数、声发射信号和工件的表面粗糙度;采用马拉松式实验,研究了FAP的材料去除速率。结果表明:改装后的滚镀装置可以获得镀层均匀的电镀金刚石颗粒。电镀金刚石表面的粗糙程度随着电流密度的增大而提高。加工中的摩擦系数、声发射信号和工件的表面粗糙度均呈现出随电流密度提高而增大的规律,但均低于化学镀镍金刚石。马拉松式试验中,含化学镀镍金刚石的FAP材料去除速率优于含电镀镍金刚石的FAP。     

进给电流对FeCuCo基结合剂金刚石绳锯性能影响

采用FeCuCo基结合剂为原料和优化的制作工艺,以金刚石参数设计理论为依据,根据被切割石材的基本特征,制作出金刚石绳锯并进行石材矿山切割实验,研究绳锯进给电流I对FeCuCo基结合剂金刚石绳锯锯切性能的影响规律。结果表明:在不同进给电流时,随着锯切的进行和串珠直径的逐渐消耗,绳锯锯切效率逐渐提高,而工具理论寿命逐渐降低;随着进给电流的增加,绳锯串珠表面单颗金刚石平均切削厚度h c值呈逐渐增加的趋势,表面完整态金刚石出刃高度平均值也呈逐渐增加的趋势,且进给电流越大,串珠表面金刚石出刃高度越大;随着进给电流的提高,岩屑D50粒度也呈现逐渐增大的趋势,且明显远大于单颗金刚石平均切削厚度h c值,这是由于金刚石颗粒的切削机理属于有裂纹扩展的“体积破碎”方式产生的。     

基于Fluent的喷嘴型式对干冰清洗影响的模拟仿真

喷嘴作为干冰清洗系统的关键部件之一,其形状、结构形式及内部流场的分布对清洗效果都有很重要的影响。通过Fluent模拟软件,针对不同结构形式的喷嘴进行建模计算,模拟研究得到了圆形喷嘴和方形喷嘴的压力场、速度场及粒子分布情况。研究结果表明:喷嘴出口处的压力远大于大气压力,气体在喷嘴出口处产生膨胀,在环境中产生激波现象。通过改变喷嘴结构形式,方形变圆形,气体射流速度在环境中衰减变缓,激波传输距离增加,气体湍动程度增大。     

氧化锆陶瓷沟道磨削表面质量研究

在氧化锆陶瓷沟道磨削中,为提高表面质量,并提高磨削效率、降低成本,采用单因素实验切入式磨削沟道,研究工艺参数对氧化锆陶瓷沟道表面质量的影响规律及材料的去除机理,并通过扫描电子显微镜,观察磨削后的表面形貌,在单因素实验基础上进行正交实验,对工艺参数进行优化.实验结果表明,表面粗糙度值Ra、R3y 、Rz随磨削深度、砂轮线速度、工件进给速度增大而减小;优化组合参数为磨削深度20 μm、砂轮线速度40 m/s、工件进给速度7 000 mm/min.为提高磨削效率、降低成本,可以适当提高磨削深度,适当的增加磨削热量有利于降低表面粗糙度;采用切入式方法磨削沟道,磨削内圈沟道时,尽量选用半径较大的金刚石砂轮;存在适当大小的峰谷高度差,波谷可以起到储油作用,有助于轴承润滑,减少轴承磨损.     

光滑粒子流体动力学方法模拟石英玻璃超精密切削过程

应用无网格光滑粒子流体动力学(SPH)方法,建立了石英玻璃SPH模型,模拟了石英玻璃超精密切削过程,分析了0.1~1.0μm多组切削深度下材料去除模式和应变分布情况,以及不同刀具前角时切削过程中裂纹形成机理及其对超精密加工过程的影响。仿真结果表明:石英玻璃能在微纳尺度上实现塑性域去除。通过研究微裂纹与塑性应变的关系发现:在前角为0°、切削速度10 m/s、刀具钝圆半径0.1μm的仿真条件下,石英玻璃塑脆转变临界切削深度是0.18μm;刀具负前角切削可以得到更好的表面加工质量,说明负前角切削更适合石英玻璃超精密加工。金刚石飞切实验数据验证了SPH仿真结果的合理性。     

YAG晶体研磨工艺与研磨后亚表面损伤研究

YAG晶体是一种典型硬脆材料，莫氏硬度达8.5，常温下不溶于任何酸碱，加工难度较大。针对YAG晶体研磨加工，本工作提出一种分步研磨工艺。基于游离磨料研磨的方法，在研磨过程中逐级减小碳化硼(B₄C)磨料粒径，选用磨料W40、磨料W28、磨料W14、磨料W7分步骤研磨，4种磨料的粒度范围依次为：40～28μm、28～20μm、14～10μm、7～5μm。通过研磨参数试验研究了每个步骤中研磨压力、研磨盘和摆轴转速、研磨液中B₄C质量分数等参数对研磨效果的影响，得出最佳研磨参数；通过截面显微法测量出YAG晶体研磨后亚表面损伤的深度，确定后续抛光去除量，并探究了亚表面损伤深度h _SSD与研磨后表面粗糙度R_a的关系。研究表明：当研磨压力为44.54 kPa、研磨盘和摆轴转速为60 r/min、研磨液中B₄C质量分数为15%时，每个研磨步骤均取得最好研磨效果：磨料W40、磨料W28、磨料W14、磨料W7研磨的材料去除率分别为83.12、57.32、27.54、9.53μm/min，研磨后表面...     

研磨液对440c不锈钢磁力研磨效果的影响

分别以46#机械油和煤油对440c不锈钢表面进行磁力研磨。通过正交试验对研磨加工的工艺参数进行优化,从表面粗糙度、基体质量损耗、三维表面形貌等方面对比研究了上述2种研磨液对不锈钢表面光整效果的影响。结果表明,以机械油为研磨液时的光整效果更好,磁力研磨的最佳工艺条件为:主轴转速2 500 r/min,加工间隙1.8 mm,进给速率60 mm/min,磨料填充量2.0 g。在最佳工艺条件下研磨后,工件的表面粗糙度由0.381μm降至0.032μm,大量毛刺和划痕得以去除,镜面效果良好。     

柠檬酸钠对管电极电解加工气膜冷却孔的影响

以航空发动机涡轮叶片常用材料Inconel718镍基高温合金为基材进行电解加工,得到气膜冷却孔。通过几组对比实验,分析了电解液中柠檬酸钠质量分数和NaNO_3质量分数对电解加工过程稳定性、表面质量和加工精度的影响,得到电解加工的最优工艺条件为:NaNO_3质量分数8%,柠檬酸钠质量分数2%,电解液流量10 m L/min,电极进给速率8μm/s,加工电压8 V。在该工艺条件下,加工过程稳定,冷却孔附近表面质量较好,加工精度较高。     

气固射流扩散火焰形态研究

利用文丘里效应,自行设计气固射流扩散火焰（气固喷射火）实验装置,分别采用147 μm和178 μm两种粒径均匀的白色石英砂以近似恒定速率卷吸入火焰中,来研究固体颗粒对火焰形态的影响,特别地,通过关闭侧面进砂口所形成的气态射流扩散火焰（气态喷射火）与之相比较。理论分析和实验结果表明,砂子进入火焰中会降低火焰温度,并且粒径为147 μm的砂子进入火焰的质量大于178 μm砂子,导致小粒径气固喷射火具有更低的火焰温度,从而具有更低的层流燃烧速度和更大的火焰Froude数,最终使其具有更高的推举高度和火焰高度。对比分析气固喷射火和气态喷射火实验结果,也表明固体颗粒对火焰温度的冷却作用导致气固喷射火更容易产生推举现象并具有更高的火焰高度。     

3D打印金属粉末/PVA复合浆料的成型质量分析

聚乙烯醇是一种无毒的水溶性高分子材料,被广泛地用作粘结剂。浆料挤出打印技术结合了熔融沉积技术(FDM)与粉末注射成型技术,可用于打印结构复杂、高精度的金属零件。利用该技术打印铜粉(Cu)/PVA复合浆料,研究了打印工艺参数如喷嘴直径、分层高度、挤出压力和打印速度对坯体成型质量的影响。浆料流量随挤出压力的增大而增大,二者基本呈线性关系;分层高度的设置与喷嘴直径有关,分层高度为喷嘴直径的70%～80%时,打印效果最佳;挤出压力与打印速度的匹配度直接影响了成型质量。实验结果表明:在喷嘴直径D=0. 51 mm,挤出压力p=206 k Pa,打印速度V=15 mm/s,分层高度H=0. 35 mm的最优工艺参数下,能够打印出高质量的金属坯体。     

柠檬酸钾对铜、钴和TEOS去除速率及选择性的影响

针对钴阻挡层化学机械抛光(CMP)中,Cu、Co、TEOS等多种异质材料去除速率选择性差,采用络合剂柠檬酸钾配制多层铜布线钴阻挡层抛光液,研究了柠檬酸钾含量对Cu、Co、TEOS去除速率及选择性的影响,并在钴阻挡层图形片上进行了平坦化验证。结果表明,柠檬酸钾能够有效地提高Cu、Co、TEOS三者的去除速率,当磨料为5%(质量分数),H_2O_2为5 m L/L,TT-LTK为0.5 m L/L,柠檬酸钾为30 mmol/L,p H=10时,铜、钴、TEOS的去除速率分别达到216,530,493 ?/min。此时,Co与Cu和TEOS与Cu的去除速率选择比较高,可达V_(Cu)∶V_(Co)∶V_(TEOS)≈1∶2.45∶2.28,碟形坑和蚀坑的深度得到有效降低,铜钴晶圆表面粗糙度得到明显改善。     

磨料对Inconel718镍基高温合金磁力研磨效果的影响

选择粒度均为W7(即直径5~7μm)的Al_2O_3和SiC两种球形复合磁性磨粒分别对Inconel718镍基高温合金进行磁力光整加工,工艺条件为:以46#机械油作为研磨液,主轴转速1 000 r/min,进给速率10 mm/min,加工间隙2 mm,磨料填充量2.5 g。从工件表面粗糙度和微观形貌两方面对比分析了两种磨粒对Inconel718合金研磨效果的影响。结果表明,在Al_2O_3磨粒的研磨下,工件表面粗糙度从0.560μm降至0.049μm,表面微观形貌得以改善,达到镜面效果;而在SiC磨粒的研磨下,工件的表面粗糙度由原始的0.493μm降至0.124μm,表面微观形貌变化不大。Al_2O_3磨粒对Inconel718的研磨效果优于SiC磨粒。     

喷嘴结构改进及其液体射流过程颗粒团聚研究

在重质原料液的射流阶段降低反应温度会导致液体呈现不同的黏度,促使颗粒聚集形成不同尺寸的团聚结构,阻碍了原料液的热量传递,减缓了裂化反应的速率,颗粒团聚是流体焦化反应工艺面临的一个重要而又具有挑战性的问题。选用水-沙系统模拟热态沥青-焦炭系统,利用气罩装置改进喷嘴结构,基于电导信号法测量多黏度液体射流过程的电导信号随时间的变化规律,研究不同条件下流化床内颗粒团聚过程。研究结果表明：多孔气罩装置可以为喷嘴射流创造理想的稀相环境,避免了液滴在射流空腔以及交换区域的聚集和压缩;液体射流在床层扩散过程中可以观察到不同的流化阶段,即颗粒润湿阶段、团聚形成阶段、团聚隔离阶段;较高的气液比可以有效地阻止颗粒团聚,相比于较低的流化气速,较高的气速条件允许高黏度糖水溶液参与液体射流。本研究为多黏度液体射流过程颗粒团聚现象的在线监测提供了理论研究基础,确保了流化床内射流液滴与颗粒表面的良好接触。     

基于微米划痕实验的单晶硅去除机制研究

通过微米划痕实验研究单晶硅在微米尺度下的材料变形和去除特性,分别从划痕轮廓、划痕力以及声发射信号方面分析划痕速度对于单晶硅材料去除方式的影响规律。实验发现:随着划痕速度的提高,单晶硅脆塑转变和脆性破坏阶段的划痕深度和划痕力曲线波动程度减弱,弹塑性去除及脆塑转变的区域范围增加;弹塑性变形和脆塑转变阶段没有声发射信号,声发射信号首次出现在脆性去除阶段起始点,其所对应的载荷随着划痕速度的提高而增大;并且单晶硅弹塑性阶段的划痕力波动程度和增长速率低于脆塑转变和脆性去除阶段的划痕力波动程度和增长速率。在微米尺度下单晶硅塑性去除的深度在50 nm以内,微米尺度下单晶硅的去除方式主要为脆性去除。结果表明,提高划痕速度有利于减小单晶硅脆性去除的范围,从而增大塑性去除和脆塑转变的加工范围。     

连续长玻纤增强PA6复合材料的制备与性能研究

通过熔压浸润工艺制备了连续长玻纤增强PA6复合材料,分别考察了PA6树脂流动速率、相容剂、粒子切粒保留长度对材料力学性能、浸润效果以及生产效率的影响。结果表明:提升树脂流动性可以提升玻纤的浸润效果,使用减链剂可以达到与合成的高流动树脂相当的流动特性,当减链剂含量超过1%时,冲击强度下降明显;相容剂种类对复合材料的力学性能影响较大,POE-g-MAH高温环境下热稳定性和活性不足,不适用于连续长玻纤增强PA6复合材料,POE-g-GMA可以大幅提高复合材料的力学性能;复合材料力学性能随粒子切粒保留长度的增加而增大,当粒子切粒保留长度超过12 mm时,力学性能开始下降,当粒子切粒保留长度超过15 mm时,性能劣化严重。确定当减链剂含量0.5%,POE-g-GMA添加量7%,粒子切粒保留长度10 mm时,各项性能达到最佳,与国外同类材料相比,具有显著的性能优势。     

复合调理剂对城市污泥过滤压榨特性的影响

采用连续进料的实验装置进行城市污泥脱水试验,深入研究了聚合氯化铝和生石灰的添加对城市污泥过滤和压榨特性的影响。结果表明聚合氯化铝的添加有利于形成更大的絮体,生石灰的添加提高了滤饼的渗透性,当聚合氯化铝和生石灰的添加剂量分别为6%和20%(与污泥中干固相的质量比)时,过滤比阻由6.5×1013降至7.9×1012 m·kg-1,压缩系数由1.4降至0.9。压榨理论分析表明聚合氯化铝和生石灰的添加降低了滤饼的黏性和弹性,提高了滤饼中粒子的蠕变性能,导致主压榨阶段的作用减小(从0.098降至0.017),而第三压榨阶段的作用增加(从0.159增至0.298)。另外,较高的压榨压力有利于滤饼中粒子的蠕变、结合水的去除以及滤饼固含量增加,但由于结合水的去除速率较慢,较高压榨压力对应于较长的压榨时间。