CN111843843A - 一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法 - Google Patents

一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111843843A
CN111843843A CN202010548442.5A CN202010548442A CN111843843A CN 111843843 A CN111843843 A CN 111843843A CN 202010548442 A CN202010548442 A CN 202010548442A CN 111843843 A CN111843843 A CN 111843843A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cavitation
workpiece
ultrasonic
shot blasting
solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202010548442.5A
Other languages
English (en)
Inventor
罗开玉
樊天怡
邵亦锴
杜家龙
鲁金忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN202010548442.5A priority Critical patent/CN111843843A/zh
Publication of CN111843843A publication Critical patent/CN111843843A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/006—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods using material without particles or pellets for deburring, removal of extended surface areas or jet milling of local recessions, e.g. grooves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/08—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for polishing surfaces, e.g. smoothing a surface by making use of liquid-borne abrasives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C9/00—Appurtenances of abrasive blasting machines or devices, e.g. working chambers, arrangements for handling used abrasive material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

本发明涉及空化喷丸强化领域，具体涉及一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法。该方法先将工件要喷丸强化的部位进行研磨、抛光，放入空化容器中，再根据加工要求配置粒径不同的混合颗粒溶液，最后将工件放置在溶液中，设置空化参数，进行混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸。通过超声作用形成的空泡破灭后形成大量微小空泡群，微小空泡在材料的表面溃灭时可产生高达数GPa的冲击波，一方面该冲击波直接作用于工件表面，形成残余压应力层，另一方面空泡破灭的微射流诱发颗粒高速运动，撞击工件表层，形成残余压应力层。溶液中的大颗粒主要用于产生较深残余应力层，溶液中的小颗粒用于减少加工表面的粗糙度，提高表面加工质量。

Description

一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法
技术领域
本发明涉及空化喷丸强化领域，具体涉及一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法。
背景技术
在水力机械中出现的含有微小空泡(气穴现象)的多相流，常常会导致严重的表面气蚀损害。例如，气穴现象对泵、阀体、水下涡轮喷射发动机等的损害。因此，过去的许多工作致力于损害机理的研究。
从发现空化现象以来，空化现象的理论已经有了很大的发展，研究者们已着眼于空化现象及其形成机理的积极应用，如：水下清洗、石油钻井、材料表面强化、超声空化冶金等工程技术领域，因此该技术具有广泛的社会应用前景。近年来，空化喷丸工艺作为一项节能、环保的绿色表面处理技术，以其独特的优势受到了国内外学者的广泛关注。
空化喷丸技术作为一项新型表面强化处理技术，它的工作原理是合理利用淹没式高速高压水射流空化后形成的大量微小空泡群，微小空泡在材料的表面溃灭时可产生高达数GPa的冲击波压力，利用该压力来强化材料表面。空化喷丸能使金属零部件的近表面形成压缩残余应力层，改善微观组织结构，进而提高零部件的疲劳寿命、耐磨及耐腐蚀性能。
空化喷丸技术和传统喷丸相比，有如下技术优势：该工艺很容易实现对微小复杂表面的强化处理，例如对微小孔和微小齿轮表面的强化，并且对材料的表面损伤较小，能够获得更光滑的表面。并且在喷丸工程中，不会对材料表面产生热效应。
然而在进行空化喷丸时，加工时间较长，作用效率较低，且难以调控金属工件表面的残余应力大小，并且较难获得均匀的残余应力层分布。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法。该方法先将工件要喷丸强化的部位进行研磨、抛光，放入空化容器中，再根据加工要求配置粒径不同的混合颗粒溶液，最后将工件放置在溶液中，设置空化参数，进行混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸。通过超声作用形成的空泡破灭后形成大量微小空泡群，微小空泡在材料的表面溃灭时可产生高达数GPa的冲击波，一方面该冲击波直接作用于工件表面，形成残余压应力层，另一方面空泡破灭的微射流诱发颗粒高速运动，撞击工件表层，形成残余压应力层。溶液中的大颗粒主要用于产生较深残余应力层，溶液中的小颗粒用于减少加工表面的粗糙度，提高表面加工质量。
其具体实施步骤如下：
(1)将工件要喷丸强化的部位进行研磨、抛光，要求研磨抛光后的粗糙度小于 Ra0.2；
(2)将工件放入空化容器中，将超声波伸缩杆置于工件上方，距离为1-2mm；
(3)根据加工要求配置粒径不同的混合溶液，大颗粒直径A为0.07-0.08mm，中颗粒直径B为0.04-0.05mm，小颗粒直径C为0.01-0.02mm，大颗粒，中颗粒，小颗粒的质量比D为1:1:1，混合溶液浓度E为20-40kg/m3；
(4)将混合溶液倒于空化容器中，使得工件距离液面距离F为10-20mm；
(5)启动搅拌器，同时启动水循环系统，设置空化喷丸参数：超声振动时间G 为2s，暂停时间H为2-5s，工作时间I为60-120min；
(6)空化喷丸结束后将工件取出，用超声波清洗器洗净，用烘干机烘干并利用 XRD残余应力测试仪测量表面残余应力，测量方法为侧倾固定Ψ法，定峰方法为交相关法，Ψ角(°)为0°，25°，35°和45°，判断残余应力是否符合要求，若不符合要求则重复步骤(1)-(6)；
(7)用砂纸将振动杆磨平，将混合溶液倒出，重复步骤(1)-(6)进行下一个工件的混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸。
本发明有益效果：相较于传统的空化强化，本发明同时利用了空泡溃灭产生的冲击波以及冲击波诱发的高速颗粒对工件进行空化喷丸强化，溶液中的大颗粒主要用于产生较深残余应力层，溶液中的小颗粒用于减少加工表面的粗糙度，提高表面加工质量，溶液中的中颗粒则既可以产生较大的残余应力，又能获得较好的表面粗糙度，能够有效缩短加工时间。因此本发明具有以下优点：(1)本发明引入的残余应力层较传统的空化强化较深，幅值较大；(2)经过本发明强化后的工件残余应力分布均匀，表面形貌较传统空化强化均匀，一致性优良。(3)根据工件材料的不同，本发明可以选取粒径不同的颗粒进行超声均匀空化强化以得到更好的力学与机械性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的装置结构示意图。
图2为传统空化喷丸的试样x方向的二维形貌图。
图3为混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的试样x方向的二维形貌图。
图4(a)为传统空化喷丸深度方向的残余应力，图4(b)为混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸试样深度方向的残余应力图。
其中1为传感器，2为噪声防罩，3为搅拌器，4为超声波伸缩杆，5为工件， 6为超声波发生器，7为混合颗粒溶液，8为载物台，9为空化容器，10为水循环系统。
具体实施方式
本发明先将工件需要喷丸的部位进行研磨、抛光，放入空化容器9中，将其固定在载物台8上并将超声波伸缩杆4置于工件5上，再根据加工要求配制粒径不同的混合颗粒溶液7，并将配置好的混合溶液倒入空化容器9中，启动搅拌器 3，启动水循环系统10，在超声波发生器6上设置空化参数，关闭噪声防罩2，进行混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸，空化喷丸结束后打开噪声防罩2，关闭搅拌器3，将工件5取出。
结合附图以2Cr13马氏体不锈钢工件为例，2Cr13马氏体不锈钢尺寸为长22.5mm，宽12.25mm。一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的具体步骤为：
1.用180号，400号，800号，1200号以及1500号砂纸依次打磨2Cr13马氏体不锈钢工件，使其表面粗糙度达到Ra 0.2。
2.将2Cr13马氏体不锈钢工件放入空化容器9中，将其固定在载物台8上并将超声波伸缩杆4置于工件上方，距离为1mm；
3. 2Cr13马氏体不锈钢硬度大，可达275HV，因此为了获得较大的残余应力层深度以及幅值，选取大颗粒直径为0.08mm，为了获得更好的表面质量已经残余应力一致性，选取小颗粒直径为0.015mm，中颗粒起到过渡作用，其直径为0.045 mm大颗粒，中颗粒小颗粒的比例为1:1:1，溶液浓度为30kg/m3；
4.将混合颗粒溶液7倒于空化容器9中，使得2Cr13马氏体不锈钢工件距离液面距离为10mm；
5.启动搅拌器3，在超声波发生器6上设置空化喷丸参数：超声振动时间为2s，暂停时间为3s，工作时间为60min，启动水循环系统10，关闭噪声防罩2；
6.空化喷丸结束后打开噪声防罩2，关闭搅拌器3，将2Cr13马氏体不锈钢工件取出，用超声波清洗器洗净，用烘干机烘干并利用XRD残余应力测试仪测量表面残余应力，测量方法为侧倾固定Ψ法，定峰方法为交相关法，Ψ角(°)为0°， 25°，35°和45°，判断残余应力是否符合要求，若不符合要求则重复步骤(1)；
7.用砂纸将振动杆4磨平，使其粗糙度达到Ra 6.3，将混合溶液倒出，重复步骤 1-6进行下一个工件的混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸。
本例的实施使得材料表面相对于传统空化喷丸表面形貌更均匀，一致性优良，如图2、3所示，传统空化喷丸得到的试样表面对应的粗糙度为Ra 0.256，混合溶液超声均匀空化喷丸得到的试样表面对应的粗糙度为Ra 0.184。同时，本例的实施还引入了更深、幅值更大的残余应力层，如图4所示。

Claims (6)

1.一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将工件要喷丸强化的部位进行研磨、抛光；
(2)将工件放入空化容器中，将超声波伸缩杆置于工件上方；
(3)根据加工要求配置粒径不同的混合溶液，大颗粒直径A为0.07-0.08mm，中颗粒直径B为0.04-0.05mm，小颗粒直径C为0.01-0.02mm，大颗粒，中颗粒，小颗粒的质量比D为1:1:1，混合溶液浓度E为20-40kg/m3；
(4)将混合溶液倒于空化容器中；
(5)启动搅拌器，同时启动水循环系统，设置空化喷丸参数；
(6)空化喷丸结束后将工件取出，用超声波清洗器洗净，用烘干机烘干，测量表面残余应力，判断残余应力是否符合要求，若不符合要求则重复步骤(1)-(6)；
(7)用砂纸将振动杆磨平，将混合溶液倒出，重复步骤(1)-(6)进行下一个工件的混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸。
2.如权利要求1所述的一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法，其特征在于，步骤(1)中，要求研磨抛光后的粗糙度小于Ra 0.2。
3.如权利要求1所述的一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法，其特征在于，步骤(2)中，超声波伸缩杆距离工件1-2mm。
4.如权利要求1所述的一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法，其特征在于，步骤(4)中，混合溶液倒于空化容器中后，工件距离液面距离F为10-20mm。
5.如权利要求1所述的一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法，其特征在于，步骤(5)中，空化喷丸参数为：超声振动时间G为2s，暂停时间H为2-5s，工作时间I为60-120min。
6.如权利要求1所述的一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法，其特征在于，步骤(6)中，利用XRD残余应力测试仪测量表面残余应力，测量方法为侧倾固定Ψ法，定峰方法为交相关法，Ψ角(°)为0°，25°，35°和45°。
CN202010548442.5A 2020-06-16 2020-06-16 一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法 Withdrawn CN111843843A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010548442.5A CN111843843A (zh) 2020-06-16 2020-06-16 一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010548442.5A CN111843843A (zh) 2020-06-16 2020-06-16 一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111843843A true CN111843843A (zh) 2020-10-30

Family

ID=72987186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010548442.5A Withdrawn CN111843843A (zh) 2020-06-16 2020-06-16 一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111843843A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113084714A (zh) * 2021-04-21 2021-07-09 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种空化喷丸装置
CN114559057A (zh) * 2022-01-27 2022-05-31 上海工程技术大学 一种改善增材制造金属构件疲劳性能的复合装置及方法
CN115652050A (zh) * 2022-10-25 2023-01-31 西北工业大学 一种超声空化喷丸装置及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6038900A (en) * 1998-02-06 2000-03-21 Fuji Kihan Co., Ltd. Method for a surface treatment of metallic product
US6449998B1 (en) * 1999-03-24 2002-09-17 Sintokogio, Ltd. Shot peening method and device therefor
CN105908203A (zh) * 2016-05-31 2016-08-31 刘洪建 一种铝合金表面处理工艺
CN108838514A (zh) * 2018-06-28 2018-11-20 江苏大学 一种激光空化抛光材料表面的装置及方法
CN108942688A (zh) * 2018-07-17 2018-12-07 安徽理工大学 一种镁合金的搅拌摩擦焊接头表面磨料气射流抛光方法
CN109719631A (zh) * 2017-08-31 2019-05-07 波音公司 用于流体空化磨蚀表面精加工的方法和装置
CN110315399A (zh) * 2019-07-05 2019-10-11 太原理工大学 近场超声空化复合流体剪切的微细齿轮光整加工装置及加工方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6038900A (en) * 1998-02-06 2000-03-21 Fuji Kihan Co., Ltd. Method for a surface treatment of metallic product
US6449998B1 (en) * 1999-03-24 2002-09-17 Sintokogio, Ltd. Shot peening method and device therefor
CN105908203A (zh) * 2016-05-31 2016-08-31 刘洪建 一种铝合金表面处理工艺
CN109719631A (zh) * 2017-08-31 2019-05-07 波音公司 用于流体空化磨蚀表面精加工的方法和装置
CN108838514A (zh) * 2018-06-28 2018-11-20 江苏大学 一种激光空化抛光材料表面的装置及方法
CN108942688A (zh) * 2018-07-17 2018-12-07 安徽理工大学 一种镁合金的搅拌摩擦焊接头表面磨料气射流抛光方法
CN110315399A (zh) * 2019-07-05 2019-10-11 太原理工大学 近场超声空化复合流体剪切的微细齿轮光整加工装置及加工方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113084714A (zh) * 2021-04-21 2021-07-09 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种空化喷丸装置
CN114559057A (zh) * 2022-01-27 2022-05-31 上海工程技术大学 一种改善增材制造金属构件疲劳性能的复合装置及方法
CN114559057B (zh) * 2022-01-27 2023-11-10 上海工程技术大学 一种改善增材制造金属构件疲劳性能的复合装置及方法
CN115652050A (zh) * 2022-10-25 2023-01-31 西北工业大学 一种超声空化喷丸装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111843843A (zh) 一种混合颗粒溶液超声均匀空化喷丸的方法
Laguna-Camacho et al. A study of cavitation erosion on engineering materials
CN101886160B (zh) 乳化液射流金属表面改性方法
Nagalingam et al. Effects of ambient pressure and fluid temperature in ultrasonic cavitation machining
Yu et al. Material removal mechanism of two-dimensional ultrasonic vibration assisted polishing Inconel718 nickel-based alloy
CN102513913A (zh) 一种铝合金微弧氧化的后处理方法
Toh The use of ultrasonic cavitation peening to improve micro-burr-free surfaces
Wang et al. Cavitation–silt erosion in sand suspensions
Wang et al. Experimental investigation into the effect of process parameters on the Inconel 718 surface integrity for abrasive waterjet peening
CN108581649A (zh) 一种高效磁力表面处理方法
CN110948398B (zh) 钛合金表面氧化层的超声波辅助空化磨粒流精整方法
Wang et al. Effect of water in oil emulsion on the surface quality of Inconel 718 alloy during coupling electrical pulse and ultrasonic treatment
CN104673972B (zh) 一种射流喷丸装置
CN114559057B (zh) 一种改善增材制造金属构件疲劳性能的复合装置及方法
Poláček et al. Impact of pressure of surrounding medium on plain water jet cutting of rocks
Zhao et al. Control model and the experimental study on the ultrasonic vibration-assisted electrolytic in-process dressing internal grinding
CN112575324A (zh) 复合钢板、制备方法及应用
CN110804693A (zh) 一种提高金属工件耐气蚀性能的表面处理方法
Ma et al. Injection water jet peening of carburised 18CrNiMo7-6 steel surfaces
Hyun et al. Cavitation and electrochemical characteristics in seawater by water cavitation peening of 5083-O Al alloy for ships
Ashrafi Viscoelastic abrasive waterjet
Hu et al. Mathematical model for abrasive suspension jet cutting based on orthogonal test design
JP2009226581A (ja) 超高圧水流ピーニング方法及び装置
Dong et al. Water jet shot peening strengthening surface roughness
CN210528988U (zh) 超声液体刀冲击金属材料表面纳米化专用装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20201030