水刀高壓、超高壓設(shè)備中增加設(shè)備壁厚可在一定程度上提高其承載能力，但隨壓力的增高，無限制增加壁厚會使器壁上應(yīng)力分布更不均勻，同時(shí)從節(jié)省材料和加工方便的角度來講也是不可取的。解決此問題的有效方法是使器壁產(chǎn)生壓縮預(yù)應(yīng)力。在施加工作壓力后，因內(nèi)壁已有的壓縮殘余應(yīng)力使器壁上應(yīng)力最大的內(nèi)壁應(yīng)力降低，可提高設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性。而獲得預(yù)應(yīng)力最簡便、最易控制的方法是自增強(qiáng)處理。
自增強(qiáng)處理是在設(shè)備正式使用之前，在高壓缸體上施加2倍工作壓力以上的壓力使缸體內(nèi)壁屈服，產(chǎn)生徑向擴(kuò)大的殘余變形，然后卸除壓力。由于外層材料的彈性收縮，使已經(jīng)塑性變形的內(nèi)層材料在彈性恢復(fù)后產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。其最大優(yōu)點(diǎn)是施加工作壓力后，應(yīng)力最大的內(nèi)壁應(yīng)力降低了，應(yīng)力分布變得比較均勻，全部應(yīng)力維持在彈性范圍內(nèi)，彈性承載能力增加，同時(shí)提高缸體疲勞壽命。而經(jīng)自增強(qiáng)處理后材料的力學(xué)性能并未出現(xiàn)惡化，相反由于材料進(jìn)行了一次預(yù)應(yīng)變處理（該預(yù)應(yīng)變很小），反而能夠部分提高材料的力學(xué)性能。
考慮內(nèi)外徑分別為r1、r2的圓筒，當(dāng)施加壓力不斷增大，內(nèi)壁應(yīng)力達(dá)到材料屈服點(diǎn)時(shí)，內(nèi)壁首先屈服，并隨壓力不斷升高塑性變形由內(nèi)壁向外擴(kuò)展，一直到達(dá)所需要的半徑6處，該壓力即為自增強(qiáng)處理需控制的壓力。
(1)零件準(zhǔn)備：零件加工完畢后首先對內(nèi)壁進(jìn)行磨削加工，盡量減少表面缺陷。
(2)滾壓：使用滾軋輪對零件承壓表面進(jìn)行滾壓，使零件表面產(chǎn)生塑性變形，滾壓完成后在材料表面存在殘余應(yīng)力，提高零件的疲勞壽命，這是常規(guī)的自增強(qiáng)方法。
(3)水壓處理：對于核心高壓零件，為進(jìn)一步提高使用壽命，需要對其進(jìn)一步進(jìn)行水壓處理，即通過對工件內(nèi)腔加注超高壓，并保持一定時(shí)間，使工件內(nèi)表面充分塑性變形。由于液體特性，在高壓腔體內(nèi)處處壓強(qiáng)相等，材料受到均勻的擠壓，經(jīng)過這樣處理的工件表面物理特性基本一致，可以將高壓零件的壽命提高2-4倍。
自增強(qiáng)最常用的方法是利用液體壓力直接作用于圓筒內(nèi)壁使之塑性變形，然后卸除壓力獲得殘余應(yīng)力。對于高壓缸體進(jìn)行自增強(qiáng)處理，先按式確定最佳自增強(qiáng)壓力，液壓缸體兩端的密封采用密封塞頭，一端的密封塞頭連接超高壓油泵，高壓油由此進(jìn)入缸體內(nèi)。采用壓力傳感器或壓力表直接測量自增強(qiáng)過程中的壓力，同時(shí)在缸體外壁任一部位用應(yīng)變片測量自增強(qiáng)過程中外壁周向應(yīng)變。試驗(yàn)裝置流程。自增強(qiáng)處理過程中，為取得必要的數(shù)據(jù)，采用間斷升壓，每個(gè)壓力級下停泵1- 2min，讀取壓力及缸體外壁周向應(yīng)變后繼續(xù)升壓至下一壓力級，直到升至最佳自增強(qiáng)壓力。
當(dāng)對用具有明顯塑性硬化材料（高強(qiáng)鋼）制造的超高壓缸體進(jìn)行自增強(qiáng)處理時(shí)，試驗(yàn)記錄有自增強(qiáng)壓力與缸體外壁應(yīng)變兩個(gè)參數(shù)，宜采用控制缸體內(nèi)壓力即最佳自增強(qiáng)壓力，而并非控制缸體外壁周向應(yīng)變。因?yàn)閷τ诟邚?qiáng)鋼，壓力的波動對彈塑性界面半徑6不很敏感，控制自增強(qiáng)壓力范圍不需很嚴(yán)格，壓力容易控制。相比之下，由于缸體外壁應(yīng)變大小受諸多因素影響，按外壁應(yīng)變理論值來控制自增強(qiáng)外壁周向應(yīng)變度就比較困難。
下面是高壓水射流切割機(jī)超高壓缸體自增強(qiáng)處理技術(shù)的一個(gè)實(shí)例，以此提高缸體的工作壓力和疲勞壽命。該超高壓缸體為厚壁圓筒，內(nèi)徑34mm、外徑85mm、筒長205mm;所用材料的1000MPa，缸體在常溫下工作，工作壓力為0-400MPa。當(dāng)對該缸體進(jìn)行738MPa的自增強(qiáng)處理，卸除壓力后該缸體的殘余應(yīng)力分布，水刀實(shí)際壓力與圓筒周向應(yīng)變。
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