機械電子畢業(yè)論文免費
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機械電子畢業(yè)論文免費下載篇1
論水力機械抗汽蝕表面防護技術(shù)
0 引言
水力機械設(shè)備是構(gòu)成水電站的主要裝置,可以將水力能源轉(zhuǎn)化為電力能源。水力機械能否良好地運行不僅直接與水電站的運行狀況相聯(lián)系,還關(guān)系到整個電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的穩(wěn)定性和運營效益。相關(guān)調(diào)研發(fā)現(xiàn),國內(nèi)目前運營中的水電站,半數(shù)以上都存在水力機械的過流部件尤其是轉(zhuǎn)輪的磨損和汽蝕的問題。汽蝕破壞縮短了檢修周期,使檢修工作量增加了,既對電力生產(chǎn)產(chǎn)生了嚴重的影響又造成了大量的人力、物力、財力的浪費。因此,提高水力機械的運行可靠性,延長其使用壽命,是當前亟待解決的問題。
1 材料的汽蝕機理
水力機械的金屬材料出現(xiàn)磨損和汽蝕現(xiàn)象時,其損傷程度因其材料性能和運行環(huán)境而異。根據(jù)有關(guān)實驗研究表明,涂層材料和整體材料在抗汽蝕機理方面存在著較大的差異性;不同整體材料也有不同的抗汽蝕機理。對于金屬材料來說,其金屬屈服極限加大,汽蝕凹坑的平均深度會變淺。屈服極限高的金屬材料,沖擊脈沖能量主要消耗于彈性變形;屈服極限低的金屬材料,沖擊脈沖能量主要消耗于塑性變形。隨著金屬屈服強度的變化,汽蝕凹坑數(shù)也呈現(xiàn)出同樣的變化趨勢。
對相關(guān)研究成果進行分析,發(fā)現(xiàn):整體材料的汽蝕過程可以在大體上分成四個步驟,即孕育、升高、穩(wěn)定及衰退階段。對于熱噴涂層來說,其涂層結(jié)構(gòu)多孔、呈層狀、粒子會發(fā)生氧化作用。氧化物和孔隙對于裂紋的產(chǎn)生和擴展會起到促進作用,如果熱噴涂層的層次與層次之間沒有足夠的結(jié)合強度,裂紋就會一層一層逐步擴展直至脫落,最終導致材料報廢,造成一部分經(jīng)濟損失。
2 表面涂層防護技術(shù)在水力機械中的應(yīng)用
2.1 高速火焰噴涂防護技術(shù)
高速火焰噴涂可以制成高質(zhì)量的涂層,采用這種工藝方法對水力機械進行抗汽蝕表面防護是近幾年發(fā)展起來的。高速火焰噴涂而成的涂層具有接近鑄態(tài)組織、材料氧化少、孔隙率低、基體結(jié)合強度比較高的優(yōu)點。高速火焰噴涂工藝能夠使機械設(shè)備的熱變形控制在較小的范圍內(nèi),汽蝕率也比較低,也不會影響到基體材料的結(jié)構(gòu)組織。建材市場中有一種金屬陶瓷應(yīng)用十分廣泛,其涂層主要由高速火焰噴涂制作而成。目前這種涂層也廣泛應(yīng)用在水力機械的抗汽蝕防護中,對水力機械起到了非常好的保護作用。
2.2 電鍍涂層防護技術(shù)
稀土鉻合金是電鍍涂層的主要應(yīng)用成分。電鍍涂層在應(yīng)用到水電站的水力機械中后,使其工作壽命比之前延長了2倍。電鍍涂層在常溫下即可加工,涂層表面光滑,硬度達到了HV1000,不存在變形的問題。所以,電鍍涂層擁有良好的抗磨蝕性和抗汽蝕性??蛊g電鍍涂層也有一定的缺點,就是鍍層比較薄,即使經(jīng)過14-16個小時的電鍍,其厚度仍舊在0.025-0.035厘米左右。電鍍涂層在泥沙含量和水流量比較大的地方的使用性能仍舊不理想。
2.3 熱處理和滲氮和滲鋁
相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),將水力機械進行熱處理,即低溫淬火和低溫回火之后,可以提高其抗磨損能力。另外,水力機械進行滲氮和滲鋁處理之后,其部件的抗汽蝕性可以翻倍提高。但是其缺點是必須要整體進行滲氮和滲鋁處理,不適合現(xiàn)場加工,受到了加工設(shè)備和空間的限制,只能在制造廠的車間內(nèi)進行處理。
2.4 涂刷高分子材料
現(xiàn)在的水力機械部件防護涂層中應(yīng)用比較廣泛的高分子材料主要有陶瓷、橡膠、環(huán)氧樹脂、復合尼龍、聚氨脂等。高分子材料在涂層中的使用比較有利的一面是:其韌性比較好,本身就具備著很好的抗汽蝕性;施工過程比較簡單,對技術(shù)的要求比較低;需要的溫度較低,不會引發(fā)熱變形,從而避免發(fā)生雙金屬腐蝕。不利的一面是:基體與涂層的結(jié)合強度比較低,高分子材料涂層比較容易脫落,從而影響其使用效果。高分子材料涂層比較容易脫落,所以在其吊運、拆裝的過程中都要采取相應(yīng)的措施防止退層的脫落,給現(xiàn)場工作增加了難度。
2.5 噴熔
我國早在1985年左右就開始使用噴熔技術(shù)來提高水力機械的抗汽蝕功能了。噴熔所采用的材料主要是司太立合金和Ni基合金等合金粉末,也有少數(shù)的材料是金屬陶瓷。
噴熔合金粉末擁有的優(yōu)勢在于:投資少、設(shè)備比較簡單、效率比較高,適合現(xiàn)場進行修復施工;如果噴熔的質(zhì)量比較好,那么基體與噴熔涂層的結(jié)合程度就會比較好,涂層表面也比較均勻,光滑平整,硬度也較高。 噴熔合金粉末擁有的劣勢在于:質(zhì)量和熱變形不穩(wěn)定。 噴熔的過程分為噴粉和重熔,在進行高溫重熔之后,水力機械會產(chǎn)生比較嚴重的熱變形。
為了避免產(chǎn)生熱變形,一般會采用分塊噴熔的方法,結(jié)果導致了塊與塊之間結(jié)合的程度較差,在機械的運行過程中這些部位容易形成裂紋并成為汽蝕源,汽蝕極易向基體進行擴展,從而造成嚴重損失。金屬陶瓷主要由粘結(jié)金屬相和金屬碳化物構(gòu)成,金屬陶瓷擁有陶瓷與金屬的雙重特點,耐高溫,彈性和硬度都比較大,抗磨損性和抗汽蝕性的效果都比較好。但是,金屬陶瓷涂層也有相應(yīng)的缺點,其脆性大,韌性也比較差,價格比較貴,表面打磨也比較困難。而且在人工實施氧乙炔噴熔方式制作的金屬陶瓷涂層,其致密性與連續(xù)性比較低,涂層中的產(chǎn)生的孔隙比較容易導致裂紋的出現(xiàn),而且其質(zhì)量和熱變形也很難控制。
2.6 堆焊
在我國,比較常用的水力機械抗汽蝕表面防護技術(shù)是堆焊法。其主要優(yōu)勢是現(xiàn)場施工比較方便、技術(shù)成熟、設(shè)備較為簡單。缺點:其焊層比較厚、不均勻,且沖淡率較大,加工余量也比較大;要求水力機械的基體材料必須要有比較高的可焊性;工期比較長,費用較高,打磨與焊接的強度、難度比較大;易使轉(zhuǎn)輪葉片產(chǎn)生熱變形,對轉(zhuǎn)輪原有尺寸、外形造成影響;補焊部位的金屬晶體比較容易變粗,并形成雙金屬效應(yīng)處理區(qū),產(chǎn)生汽蝕。
3 納米材料涂層的發(fā)展前景
通過分析產(chǎn)生磨損及汽蝕的原因,我們可以知道,水力機械的抗汽蝕表面防護技術(shù)的要求是:第一,表面涂層應(yīng)該具備一定的耐腐蝕性;第二,表面涂層應(yīng)該具備一定的顯微硬度;第三,表面涂層應(yīng)該具備一定的韌性;第四,表面涂層應(yīng)該具備一定的強度,只有滿足這幾點要求,水力機械才能夠具備良好的抗汽蝕效果。但是,目前的單一金屬材料很難做到同時滿足這幾項要求。
納米材料是介于宏觀與微觀中間的介觀材料,所以有著其獨特的性能。隨著科學技術(shù)的發(fā)展,人們對納米材料獨特的性能有了更進一步的認識,有很多國家的研究人員都把研究重點放在了納米材料和納米材料的實際生產(chǎn)應(yīng)用上。其中,有些學者的研究結(jié)果表明,納米材料能夠同時提高金屬材料的韌性與硬度,這一特性滿足了抗汽蝕材料的要求。
圖1~3為武漢理工大學能源與動力工程學院有關(guān)WC-12Co金屬陶瓷復合材料HVOF噴涂層抗汽蝕性能的最新研究進展,其中C表示微米WC-12Co涂層,N表示納米結(jié)構(gòu)WC-12Co涂層,165為水輪機鋼ZG006Cr 16 Ni 5 Mo。圖1的結(jié)果表明:相對于傳統(tǒng)微米結(jié)構(gòu)WC-12Co材料HVOF涂層,納米結(jié)構(gòu)WC-12Co材料HVOF涂層孔隙率更低,結(jié)構(gòu)更致密,涂層中的WC顆粒分布均勻且較細小。
從圖2中可以看出,納米結(jié)構(gòu)WC-12Co涂層的HV 0.2硬度值從1 379到1 693,而微米WC-12Co的HV 0.2硬度值從965到1 120,納米結(jié)構(gòu)WC-12Co涂層的顯微硬度比微米WC-12Co涂層提高50%左右。
圖3的結(jié)果表明:納米結(jié)構(gòu)WC-12Co材料HVOF涂層的汽蝕率僅為微米WC-12Co材料HVOF涂層的1/3,由此可見它的抗汽蝕性能已得到了顯著提高,基本接近了目前抗汽蝕性能最優(yōu)良的水輪機鋼ZG006Cr 16 Ni 5 Mo。
4 結(jié)語
水力機械的抗汽蝕表面防護技術(shù)有很多,在這些技術(shù)的實際操作應(yīng)用中都有其優(yōu)勢也有其劣勢。如何高效利用其優(yōu)點,減少其缺點帶來的影響,是當前有關(guān)人員需要解決的問題。就目前來說,高速火焰噴涂納米材料涂層的抗汽蝕效果比較優(yōu)良,應(yīng)該得到進一步的研究與應(yīng)用。
機械電子畢業(yè)論文免費下載篇2
淺談機械制造工藝發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
近些年來,隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展,對機械制造的功能以及性能要求也逐漸提高,而要滿足其發(fā)展需求,則需要對其進行改進和創(chuàng)新,這也是未來機械制造工藝發(fā)展的必然趨勢,對此,本文主要對機械制造工藝發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢進行分析。
1 機械制造工藝發(fā)展現(xiàn)狀分析
機械制造工藝的發(fā)展是體現(xiàn)出一個國家機械發(fā)展水平的關(guān)鍵性因素,尤其是在近些年的發(fā)展中,機械制造工藝中所應(yīng)用的先進技術(shù),如自動化控制技術(shù)、激光技術(shù)等也逐漸在改進和完善。
1.1 自動化控制技術(shù)
自動化控制技術(shù)是機械制造工藝的重要組成部分,自動化控制技術(shù)主要體現(xiàn)在自動化加工的生產(chǎn)線、自動化制造模塊、自動化制造工程等幾方面[1]。例如,機械制造過程中實施自動化制造系統(tǒng),可以有效的減少人力的投入,而且,每個加工過程都能夠精準的并按照設(shè)定的要求對機械進行加工,形成自動化加工的流水線。然而,在市場經(jīng)濟不斷發(fā)展轉(zhuǎn)變的過程中,現(xiàn)階段所采用的自動化控制技術(shù)已無法滿足機械制造工藝生產(chǎn)需求,會對機械制造工藝發(fā)展產(chǎn)生制約性,因此,要確保機械制造工藝的可持續(xù)發(fā)展,應(yīng)需要對未來的發(fā)展趨勢進行分析和定位。
另外,在自動化加工生產(chǎn)線上以及制造工廠中,自動化控制技術(shù)也被廣泛的應(yīng)用到機械制造工藝中,而且,在機械制造工藝實施的過程中,對自動化技術(shù)極為重視,需根據(jù)市場機制的發(fā)展進行改進和創(chuàng)新,而且,從某個角度來講機械制造工藝水平也將決定著一個國家制造業(yè)發(fā)展的整體水平?,F(xiàn)階段我國機械制造工藝的發(fā)展不容樂觀,發(fā)展進程更是令人擔憂,無論是從機械制造工藝的生產(chǎn)效率還是生產(chǎn)質(zhì)量上,都要比一些西方發(fā)達國家落后很多,尤其是在國際市場競爭日益劇烈下,我國的機械制造業(yè)將面臨著更加嚴峻的挑戰(zhàn),因此,在機械制造工藝發(fā)展的過程中,對其工藝的改進和創(chuàng)新極為迫切。
1.2 激光技術(shù)
激光技術(shù)主要包括激光熱處理技術(shù)、快速成型技術(shù)等,是當前機械制造工藝發(fā)展中被廣泛應(yīng)用的技術(shù)。該技術(shù)的運用主要是為了延長機械部件的使用壽命,對一些部件的表面進行熱處理,從而有效的提升部件的耐磨性,是機械制造工藝發(fā)展的重要組成部分[2]。然而,在機械制造工藝迅速發(fā)展的過程中,不僅僅滿足于激光技術(shù),更加強對其他先進技術(shù)的引用,從而推動機械制造工藝的迅速發(fā)展。另外,在快速成型技術(shù)中,也廣泛的應(yīng)用到激光技術(shù),如,將計算機CAD單元與激光切割技術(shù)的結(jié)合,可以在零件制造或樣品制造中得到廣泛的運用,而且,在該種技術(shù)之下,可以通過計算機單元的指揮性來對制造過程進行指揮,具有直接、快捷的優(yōu)勢。而且,在快速成型技術(shù)中,在不借助模具、輔助工具的基礎(chǔ)上,能夠一次性的對零件進行加工,尤其是對一些較為復雜的零件,更具有較強的加工優(yōu)勢,被廣泛的應(yīng)用到機械制造工藝中。當然,在科技迅速發(fā)展之下,對快速成型技術(shù)也應(yīng)進行不斷的改進和創(chuàng)新,要向著自動化、智能化等方向發(fā)展,不斷的提升機械制造工藝生產(chǎn)水平。
2 機械制造工藝的發(fā)展特點
機械制造工藝在發(fā)展的過程中,主要具備機械制造工藝、管理以及人員的三者有效結(jié)合;機械制造具備可持續(xù)發(fā)展的特點;具有系統(tǒng)工程的特點;具有多科學交叉融合的特點等等,其也充分突出了機械制造工藝發(fā)展對一個國家的重要性,其特點具體分析如下。
2.1 機械制造工藝、管理以及人員的三者有效結(jié)合
隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展,機械制造工藝也在不斷的變革,從目前的發(fā)展情況來看,已經(jīng)不再是單純的進行管理,而是將機械制造定位在工藝、管理、人員三者,不斷的招聘高新人才,并對制造流程進行不斷的改進和完善,這樣才能讓機械制造行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模不斷的擴大,才更有利于機械制造工藝的發(fā)展,而且,在此過程中,企業(yè)也能獲取最佳的經(jīng)濟效益,從而推動機械制造行業(yè)的快速發(fā)展。另外,在機械制造行業(yè)的發(fā)展中,將工藝、管理、人員三者進行有機的結(jié)合,能夠提升工程技術(shù)以及經(jīng)營管理水平,更有利于機械制造行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。
2.2 機械制造具有可持續(xù)發(fā)展的特點
隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,機械制造工藝也在進行不斷的發(fā)展和變革,而且,機械制造工藝會根據(jù)資源、環(huán)境等方面的發(fā)展進行不斷的改進,此外,機械制造工藝的發(fā)展應(yīng)充分體現(xiàn)出環(huán)保生產(chǎn)的目的,尤其是在當前社會的發(fā)展中,機械制造工藝的應(yīng)強調(diào)清潔、靈活、高效、低耗,同時,在機械制造工藝發(fā)展的過程中,應(yīng)將清潔制造以及綠色生產(chǎn)的理念融入到機械制造中,這也是確保機械制造工藝可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。
2.3 具有系統(tǒng)工程的特點
從現(xiàn)代制造系統(tǒng)工程學來看,機械制造過程可以說是一個制造系統(tǒng)的過程,所以機械制造過程是個系統(tǒng)工程。因此,應(yīng)將傳統(tǒng)機械制造技術(shù)與現(xiàn)代的計算機技術(shù)、自動化技術(shù)、傳感技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)以及新材料技術(shù)進行有機的結(jié)合,使機械制造工藝成為控制機械制造生產(chǎn)過程的信息流、能量流和物質(zhì)流。
2.4 多科學交叉融合特點
現(xiàn)代機械制造工藝融合了多學科的理論知識及技術(shù)。傳統(tǒng)的機械制造工藝單一,不同專業(yè)、學科之間界限分明,而現(xiàn)代的制造工藝已經(jīng)向著多學科交叉融合的方向發(fā)展,各專業(yè)和學科在不斷滲透,其各專業(yè)之間的界限逐漸淡化。
3 機械制造工藝未來發(fā)展趨勢 通過以上的分析了解到,機械制造工藝在發(fā)展的過程中,需要加大技術(shù)投入,應(yīng)向著數(shù)字化、自動化、精細化、集成化等方向發(fā)展,這樣才能確保機械制造工藝的可持續(xù)發(fā)展,促進國家機械制造水平的快速提升。
3.1 數(shù)字化發(fā)展
隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展,機械制造工藝以及應(yīng)用的技術(shù)也在逐漸向著數(shù)字工程、數(shù)字體系等發(fā)展 [3-4]。所謂數(shù)字化主要就是以先進的數(shù)字化、自動化技術(shù)作為主導,實現(xiàn)工藝流程的數(shù)字化信息化,從而推動機械制工藝的快速發(fā)展,而且,從當前的發(fā)展形勢來看,機械制造工藝向著數(shù)字化方向發(fā)展也是必然的趨勢,同時,數(shù)字化技術(shù)對機械制造工藝的改進以及促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展具有多方面的作用。例如,機械制造過程中,在數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用之下,可以利用數(shù)字化信號的傳輸方式來對機械制造進行數(shù)字化的管理,可以對機械制造工藝全過程進行監(jiān)測,避免了制造過程中問題的出現(xiàn),從而有效的提升機械制造工藝的生產(chǎn)效率。另外,機械制造管理人員也可以根據(jù)數(shù)字信號來對機械工藝生產(chǎn)進行管理和決策,也就是說,數(shù)字信號也將成為機械制造生產(chǎn)的重要因素。
3.2 自動化發(fā)展
在科技不斷的發(fā)展的過程中,自動化技術(shù)發(fā)展也極為迅速,而且,自動化技術(shù)的應(yīng)用范圍也極為廣泛,尤其是在機械制造工藝中的應(yīng)用,從而實現(xiàn)機械制造工藝的自動化生產(chǎn)[5]。另外,在機械制造工藝迅速發(fā)展的過程中,使用者對機械產(chǎn)品的需求也在不斷的提升,這無疑是給機械制造帶來更大的挑戰(zhàn),而以往的功能單一性的生產(chǎn)設(shè)施已無法滿足當前的機械制造工藝生產(chǎn)要求,因此,需要通過自動化技術(shù)的應(yīng)用以及對其技術(shù)的創(chuàng)新,不斷的向著功能多樣化的自動化方向發(fā)展,為機械制造生產(chǎn)帶來更全面的生產(chǎn)技術(shù)。此外,在經(jīng)濟市場快速發(fā)展之下,工業(yè)生產(chǎn)對機械的需求也在不斷的提升,不僅僅是對機械的功能提出了一定的要求,同時也在數(shù)量上提出了要求,而要滿足工業(yè)發(fā)展的需求,則需要進行大批量零配件的生產(chǎn),以往的制造工藝很難滿足大批量的生產(chǎn)需求,而且,在生產(chǎn)過程中,很容易出現(xiàn)生產(chǎn)問題而造成機械產(chǎn)品質(zhì)量不合格、功能不合格、性能不合格等問題,從而造成大量的資源浪費。因此,在機械制造工藝生產(chǎn)過程中,只有提升自動化水平,加強對自動化技術(shù)的改進,才能滿足用戶的需求,對機械產(chǎn)品進行大批量的生產(chǎn),對提高生產(chǎn)線的效率也有著極大的作用,而且,在未來的發(fā)展中,機械制造工藝生產(chǎn)中的自動化技術(shù)也會不斷的進行改進和創(chuàng)新,進而提升機械制造工藝自動化水平。
3.3 精細化發(fā)展
隨著近些年來機械制造工藝的不斷發(fā)展,工藝加工方式以及加工材料也有所進步,而在這個過程中,對機械制造工藝加工的精細化要求也在不斷的提升,因此,在未來的發(fā)展中,機械制造工藝生產(chǎn)必然會向著精細化的方向發(fā)展[6]。例如,在20世紀初期,機械制造生產(chǎn)的誤差已降至10 ,在逐漸的發(fā)展中生產(chǎn)誤差下降至1 ,而在20世紀90年代期間,機械工藝生產(chǎn)的誤差已降至0.01 ,尤其是當前機械制造工藝生產(chǎn)的過程中,其誤差已經(jīng)降至為1nm,這也說明機械制造工藝生產(chǎn)不斷的在向著精細化的方向發(fā)展,而且,在今后的發(fā)展中,機械制造工藝也將會以納米作為單位,對推動機械制造工藝發(fā)展有著極大的作用。
3.4 集成化發(fā)展
在科學技術(shù)快速的過程中,對機械制造工藝也應(yīng)進行不斷的改進和創(chuàng)新,尤其是現(xiàn)代工業(yè)對機械的功能、性能等綜合要求在不斷提升,也將推動機械制造工藝的創(chuàng)新,打破傳統(tǒng)陳舊的制造觀念,不斷的促進機械制造工藝的發(fā)展。集成化主要是將機械制造工藝的各項功能進行集成化管理,這也是未來機械制造工藝必然的發(fā)展趨勢,以往機械制造工藝過于分散,在生產(chǎn)制造的過程中,不便于過程的管理,甚至會因管理不善而對機械制造的質(zhì)量造成直接的影響,而在集成化、連續(xù)化的發(fā)展下,則能有效的規(guī)避傳統(tǒng)分散型工藝生產(chǎn)制造中的弊端,不僅對提升機械制造工藝生產(chǎn)效率有著極大的作用,更有利于機械制造工藝的可持續(xù)發(fā)展。此外,集成化發(fā)展,從另一個角度來分析,是對機械制造工藝整體流程的集成化生產(chǎn),從各個零部件的設(shè)計加工到成品的制作,都本著機械制造的整體性原則進行的,是一個自動化的生產(chǎn)流程,實現(xiàn)設(shè)計、制造加工、產(chǎn)品檢驗、裝備等整個過程的自動化運行,從而有效的提升機械制造的生產(chǎn)效率,更有利于機械制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
4 結(jié)語
綜上所述,在科學技術(shù)迅速發(fā)展的過程中,機械制造工藝的發(fā)展也極為迅速,而且,機械制造工藝也不僅僅滿足于當前的發(fā)展現(xiàn)狀,應(yīng)不斷的對其技術(shù)進行改進和創(chuàng)新,如,向著數(shù)字化、自動化、精細化等方向的發(fā)展,通過不斷的改進和創(chuàng)新,促進機械制造工藝水平的大幅度提高,促進機械制造行業(yè)的長遠發(fā)展。