Наукові основи високоефективного гідрорізання тонкостінних виробів з неметалевих композитів

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.03.07. - процессы физико-технической обработки. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”. - Киев, 2001.

В диссертации решена важная научно-техническая проблема повышения эффективности гидрорезания путем управления процессами высокоэнергетической струйной эрозии неметаллического композитного материала с целью локализации деструкции материала в требуемом минимальном объеме за счет оптимизации условий протекания нестационарных процессов трещинообразования, обусловленных геометрическими параметрами зоны резания и ее напряженным состоянием.

Показано, что формообразование при струйном резании, формирование поверхностного слоя, и, следовательно, показателей микро- и макрогеометрии бороздки реза является следствием зарождения, развития и слияния микротрещин, двигающихся в определенном направлении, которое зависит от интенсивности струйного воздействия, геометрических параметров струи, свойств и структуры обрабатываемого материала. На основе анализа физической модели гидрорезания неметаллического композитного материала предложен обобщенный алгоритм его моделирования.

Отличительной чертой предложенного алгоритма является моделирование поверхности бороздки резания как некоторой огибающей, проходящей через точки полной деструкции материала вследствие струйного воздействия. Если величина деструкции, или ее размеры не превышают критических значений, слой считается поврежденным, однако не разрушенным, а степень повреждения позволят установить толщину деструкции образованной поверхности резания.

Разработка оригинальной методологии и выполнение комплекса теоретико-экспериментальных исследований позволила доказать, что пульсирующая нагрузка периферийной частью струи фронта гидрорезания играет важную роль в формировании микрогеометрии поверхностного слоя и в степени его деструкции вследствие протекания многоциклового разрушения микрообъемов поверхности. Впервые, с помощью метода хемографии удалось проследить изменения поверхностного слоя, его микрогеометрии и деструкции, на основании чего сделан вывод о степени влияния данного механизма и о размерах зоны его проявления.

Изучены процессы локального струйного резания - удаления поверхностного слоя с многослойной оболочки. Установлен критерий локальности струйной эрозии и показано, что удаление квазихрупкой поверхностной пленки сопровождается изменением слоя, находящегося под ней. При этом, проявление упруго-пластических свойств слоя приводит к изменению микрогеометрии поверхности адгезионного сцепления. Важным является также тот факт, что повышение эффективности процесса удаления пленки путем ее разрушения с одновременным нарушение адгезионногно сцепления с основой обеспечивается за счет макисмально возможного увеличения диаметра струмеформирующего сопла, однако при обеспечении определенного давления (скорости истечения жидкости), являющегося важным энергетическим параметром интенсивности протекания процесса.

Таким образом, предложенная методика расчета режимов локального струйного гидрорезания базируется на учете упруго-пластических свойств поверхности, адгезионной прочности пленки, требуемой микрогеометрии поверхности после обработки, что позволяет наиболее точно установить значение необходимого давления истечения жидкости, и по максимальной мощности гидросистемы установить возможный диаметр сопла.

Созданы технологические основы обеспечения эффективного гидрорезания тонкостенных изделий с заданными показателями качества. Показано, что оптимальные условия протекания нестационарных процессов струйной эрозии твердого тела создаются при обеспечении докритического угла наклона элементов поверхности раздела, образованной в процессе струйной эрозии композита, и для разных материалов эти углы не превышают 3-150.

Угол наклона элементов образованной поверхности раздела является также универсальным параметром, позволяющим оценивать степень деструкции поверхности, оценивать показатели микро- и макрогеометрического качества. При этом предложенная методика расчета режимов резания базируется на учете свойств и структуре обрабатываемого материала и изначальном определении допустимого с учетом требований к обработанным поверхностям угла наклона лимитирующего элемента - находящегося на разделе фракций композитного материала. В дальнейшем, по установленным режимам проведения обработки оценивают ожидаемые показатели качества, проверяют производительность процесса, уточняют его себестоимость.

Такая последовательность в определении режимов резания позволяет устанавливать показатели качества поверхности в процессе назначения режимов гидрообработки, и выполнять их корректирование на действующем оборудовании без проведения дополнительных исследований, что снижает материальные затраты на оптимизацию технологии.

Предложен ряд технических решений выполнения отдельных элементов оборудования, создана адаптивная система гидрорезания, разработаны принципы ее управления. Показано, что обеспечивать заданное качество поверхности в диапазоне давлений 150-250 МПа можно только за счет снижения производительность процесса, что иногда снижает показатели эффективности гидрорезания. В то же время, получить заданное качество обработки при ее выполнении с максимальной производительностью можно, используя систему адаптивного управления процессом струйного разрушения. Контролируемыми координатами в такой системе является положение и диспергация потока отработанной жидкости, которые определяются положением элементов поверхности раздела. Управления системой двухкоординатное, двухзонное, с параллельно-последовательным регулированием скорости рабочей подачи и мгновенного значения давления истечения рабочей жидкости.

Созданная система прошла испытания и показала высокую эффективность ее использования: обеспечение высокого качества полученных поверхностей раздела выполнялось с производительность, на 40-50% большей, чем при обработке традиционным способом.

Ключевые слова: эффективность, качество при обработке, гидрорезание, гидроразрушение, поверхностная гидрообработка, исследование состояния поверхности, оборудование высокого давления, гидроструйные головки, инструмент, технология.

Підп. до друку ______________ Формат 60х84/16

Автор. арк. 1.92 Облік.-видавн. арк. 2.07

Тираж 120 прим. Замовлення № ______

Типографія

Размещено на Allbest.ru