微信公众号
万企千校公众号
千校万企科技
手机网站
咨询电话: 010-66083178(工作日8:30-17:00) 请登录 注册
联系我们
联系人:王秀秀
电话:010 -66083178
网址:www.qxwq.org.cn 
地址:北京市西城区广安门
内广义街5号广益大厦
大赛作品详情

作品名称:废”尽其用——废热障涂层刀片射流去除及其清洁回收系统设计
学校名称:山东理工大学
参赛队伍:“废”尽其用
参赛学生:张文文 崔潇彤 王锦宜 薛佳旭  
指导老师:高海波  

详细说明
简介:

开发背景:为响应国家“十四五”节能减排与“双碳”战略目标,解决钨、钴等战略性稀缺资源过度消耗的问题,本项目针对工业生产中大量报废但基体完好的硬质合金涂层刀片,开发了一套回收系统。传统高温氧化+球磨的回收方法存在刀具损伤大、涂层去除不彻底、无法处理复杂形状刀具等缺点。本系统旨在通过创新技术,实现废刀片的高效、高质、绿色回收再利用。

结构说明:本系统是一个集成了光学、流体动力与精密机械的复合加工平台,主要由以下部分组成:激光系统:采用波长1080nm、最大功率33W的脉冲激光器,作为热源使涂层熔化或汽化。水射流系统:包含气动增压装置(最高压力70MPa)和直径为0.3mm的喷嘴,产生高速射流用于冲击去除熔融涂层并冷却基体。复合切割头与运动平台:由三轴滑台、激光头和水射流喷嘴集成,可通过伺服电机实现X、Y、Z三个方向的精密运动,以适应复杂刀具轮廓。控制系统与辅助系统:包括驱动装置、干燥系统(防结雾)、照明系统等,确保加工过程稳定可靠。

功能与使用说明:该系统主要用于去除废热障涂层刀片表面的失效涂层,使其基体能够被直接再生利用(如重新涂层)或进行材料回收。使用流程:操作人员将废刀片装夹于工作台,通过控制面板设定加工路径与参数(如激光功率、水射流压力、运动速度)。系统启动后,激光与水射流同步作用于刀片表面,通过“激光加热-水射流冲击冷却”的协同作用,精确剥离涂层,而保持硬质合金基体完好无损。


设计说明

1. 设计原理
系
统的核心设计原理是 “激光-水射流复合加工”。

激光的热效应:高能量密度的激光束使涂层材料瞬间熔化或汽化。水射流的机械与冷却效应:冲击作用:高速水射流将熔融状态的涂层冲离基体表面。冷却作用:水流能迅速带走基体上的热量,极大减少了激光加工带来的热影响区和热损伤,避免了基体材料因过热而产生裂纹或性能下降。这种“热-力-冷”耦合的作用机制,实现了涂层的高效、洁净与低损伤去除。

2. 设计方案
设计方案
围绕能耗管理与工艺优化展开,构建了完整的系统能耗模型,具体分为四个模块:基本能耗模块 (P_basic):系统待机功耗,如激光对焦和路径编辑。辅助系统能耗模块 (P_auxiliary):干燥、照明等系统在加工时的功耗。加工运动系统能耗模块 (P_feed):与运动速度呈线性关系的伺服系统功耗。激光水射流涂层去除模块 (P_L-W):核心加工功耗,包括激光功率(与泵浦电流相关)和水射流功率(与压力、流量相关)。通过建立的 材料去除比能耗模型,可以精确计算和优化加工总能耗,为实现低能耗、高效率的回收工艺提供了理论依据和调控手段。

产品特色

1. 创新性:技术首创:提出了 “激光-水射流复合加工” 技术用于回收废涂层刀片,属绿色再制造领域的创新工艺。工艺创新:提出了刀片 “改制” 与 “梯度PCBN刀头焊接修复” 两种再生方式,并建立了基于 神经网络 的剩余寿命评估与综合评价体系。材料创新:设计并制备了梯度PCBN刀头材料,其切削性能优于原刀片和均质材料。

2. 可行性:理论支撑:建立了严谨的激光-水射流耦合理论模型和完整的系统能耗模型,工艺参数可量化、可优化。技术成熟:所采用的激光器、运动平台、增压装置等均为成熟工业部件,系统集成度高,具备工程化实施的基础。

3. 完整性:系统构建了从 背景分析 → 原理研究 → 系统设计(机械、控制、能耗)→ 工艺建模 → 性能/创新点分析 的完整技术链条。不仅提供了涂层去除设备,还形成了包含 评估、修复、再制造 在内的全套废刀片回收解决方案。

4. 规范性:设计过程严格遵循工程规范,通过数学建模和公式推导(如伯努利方程用于水射流速度计算)进行定量设计。文档结构完整,内容详实,符合技术设计说明书的规范要求,具备良好的专业性和可读性。
扫码申请
职业领航师
千校选才官
找工作
万企岗位小程序
一键咨询
注册简历
查询
资料下载
返回顶部