面向再制造的高压水射流清洗研究与应用

发布时间：2017-09-25 08:24

  本文关键词：面向再制造的高压水射流清洗研究与应用

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【摘要】：随着社会的逐步发展,依靠资源消耗来发展经济已经越来越难以实现,自然资源终有枯竭的一天,而再制造便是世界各国所能共同接受的一种有效减少资源消耗的手段,其可以极大增加资源的重复利用率,同时减少生成废弃物,削弱对环境的压力。再制造清洗是再制造工作的先决条件,进行再制造的零部件的清洗质量直接制约着探伤、检测、修复、装配等后续工艺,因而需要受到足够重视。传统的再制造清洗一般采用人工清洗、化学清洗、高温焚烧、抛丸等,存在污染重、成本高、工人劳动强度高等问题,因此,本课题提出把高压水射流技术移植到到再制造工作中。高压水射流,即是通过高压泵等设备为常压下的水加压,达到几兆帕以上甚至几百兆帕,然后通过较小孔径的喷嘴而转变成为高速的微细水射流,使之蕴含极大的冲击能量,从而完成一定任务的技术。高压水射流清洗运用物理手段,利用高压水射流的冲击性能对污染物进行清理,并且对用过的水加以过滤循环使用,进一步降低成本,可以解决以上手段遇到的多数问题。本课题围绕高压水射流清洗,利用COMSOL Multiphysics模拟分析喷嘴内流场分布,研究不同喷嘴参数时对流场的影响,比较了喷嘴轴线速度与出口径向速度的分布情况,从而优化喷嘴结构,为喷嘴选用给出建议。开发了适用于试验研究的高压水射流试验台,实现了被清洗物的装夹、靶距调节、靶面横移速度调节、水射流压力调节等功能；选择铸铁件表面涂层为研究对象,试验分析了不同靶距、压力、横移速度等情况下铸铁件表面涂层的去除规律,对于涂层去除率的量化问题,摒弃称重等旧方法,创造性地引入计算机图像处理手段,对试验后的材料进行成像处理,而后利用原有涂层与露出的铸铁基体颜色不同进行色域区分,进而可以统计出实际涂层清洗面积；分析各因素对清洗效果的单因素影响规律,同时利用响应面分析方法建立响应面模型,得出多因素复合影响的方程式,分析多因素复合清洗规律,优化工艺参数组合。利用高压水射流对再制造零部件进行清洗,强大的冲击力会对表面质量产生影响,为了研究这种影响的程度,通过白光干涉仪观测了清洗过后钢材料基体表面的粗糙度变化范围,并对表面进行细致观察,查找到形状特殊的孔洞,对孔洞进行了形貌分析。课题研究成果可为高压水射流在再制造清洗中的应用提供方案选择及理论、技术支持。
【关键词】：再制造清洗 高压水射流 喷嘴结构优化 涂层清洗
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O358;TB490
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 论文研究背景和意义13-15
• 1.2 高压水射流清洗技术介绍及喷嘴形式15-18
• 1.2.1 高压水射流清洗技术特点15
• 1.2.2 喷嘴型式15-18
• 1.3 研究现状综述18-20
• 1.4 研究目的及研究方法20-21
• 1.4.1 研究目的20
• 1.4.2 研究方法20-21
• 1.5 研究内容21-23
• 第2章 喷嘴内部流场的仿真分析及结构优化23-35
• 引言23
• 2.1 水射流喷嘴的仿真分析方案23-26
• 2.1.1 COMSOL Multiphysics软件介绍23
• 2.1.2 喷嘴结构23-24
• 2.1.3 相关参数计算24-25
• 2.1.4 建立模型及求解25-26
• 2.2 喷嘴结构对内部流场的影响26-34
• 2.2.1 喷嘴收缩角对内部流场的影响26-29
• 2.2.2 喷嘴出口直径对内部流场的影响29-32
• 2.2.3 喷嘴出口段长度对内部流场的影响32-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第3章 高压水射流清洗涂层试验研究35-49
• 引言35
• 3.1 喷嘴及设备介绍35-39
• 3.2 试验材料39-40
• 3.3 单因素清洗效果研究40-43
• 3.3.1 试验方案40
• 3.3.2 试验步骤40-41
• 3.3.3 试验结果41-43
• 3.4 水射流清洗工艺条件的优化43-47
• 3.4.1 响应面法拟合清洗方程及优化清洗参数43-44
• 3.4.2 模型分析与结果44-46
• 3.4.3 响应面图形分析46-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第4章 高压水射流清洗对基体损伤试验研究49-55
• 引言49
• 4.1 试验材料49-50
• 4.2 试验方案50
• 4.3 表面粗糙度变化分析50-52
• 4.4 表面损伤微观形貌观察52-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第5章 总结与展望55-57
• 5.1 总结55
• 5.2 展望55-57
• 参考文献57-61
• 攻读学位期间发表的学术论文及参与科研项目61-63
• 致谢63-64
• 附件64

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本文编号：916376