Определение энергоэффективных режимов резания многослойных материалов гидроабразивной струей

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.9

Определение энергоэффективных режимов резания многослойных материалов гидроабразивной струей

Степанов Ю.С.

Барсуков Г.В.

Михеев А.В.

ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК»

Россия, г. Орел

Аннотация

Авторами статьи, разрешая пошагово систему уравнений движения абразивной частицы с подвижными граничными условиями, получена зависимость подачи сопла при гидроабразивном резании многослойных материалов от давления истечения струи, толщины материала, природы самого материала, формы абразива, количества слоев, зазора между слоями, степени упрочнения в области резания и расхода абразива.

Abstract

Authors of the paper, allowing the step by step system of equations of motion of a particle abrasion with moving boundary conditions, the dependence of flow nozzle With waterjet cutting laminates of the jet discharge pressure, the thickness of the material, the nature of the material itself, forms an abrasive, the number of layers, the gap between the layers, the degree of hardening in cutting and abrasive flow.

Энергоемкость валового внутреннего продукта России в 2,5 раза выше среднемирового уровня. В государственной программе Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» запланировано к 2020 г. снижение общей энергоемкости промышленного производства на 31,3%; снижение общей электроемкости промышленного производства на 31,8%.

Одной из ключевых экологически чистых технологий радикально решающей вопросы производства деталей из любых материалов является гидроабразивное резание. Явные преимущества этой технологии обеспечили ее внедрение на многих предприятиях страны. В ряде случаев она является единственно возможной. Однако, как правило, изготовителями гидрорежущего оборудования преследуется одна цель - выполнение машинной задачи по обеспечению показателя назначения. Доля затрат на электроэнергию и воду составляет 20 %, на абразив 60 % от общих затрат на гидроабразивное резание, что говорит о высокой энергоемкости процесса [1, 2].

А между тем оказался возможным другой подход, который отличается от известной технологии пакетной резки однотипных деталей гидроабразивной струей, когда снижают подачу сопла, а, следовательно, и производительность обработки для резания нижележащих слоев, что существенно повышает энергоемкость процесса.

Отличительной идеей предлагаемой разработки является использование остаточной энергии струи, являющейся отходом производства, которой недостаточно при традиционной технологии на резание нижележащих слоев материала, т.е. по сути, использование вторичного энергетического ресурса.

При моделировании проникания абразивного зерна в металлы в качестве модели преграды использована модель пластически сжимаемой среды, которая при нагружении изменяет свою плотность по определенному закону, а при разгрузке сохраняет плотность, полученную при нагружении [3].

Основные уравнения такой среды для случая одномерного движения:

, (1)

, (2)

где - начальное расстояние частицы от центра симметрии;

- смещение частицы; - время;

, -начальная и текущая массовая плотность частиц металла;

- радиальное напряжении;

- тангенциальное напряжение;

- соответственно для сферического, цилиндрического и плоского случая движения.

Авторами получено выражение для определения подачи сопла при резании пакетированного материала следующем в виде (рис. 1):

,

где - толщина k-го слоя;

- необходимое количество абразивных частиц для прорезании материала толщиной .

Условие сквозного проникания для k-го слоя запишем в виде:

. (3)

Таким образом, разрешая пошагово систему уравнений движения абразивной частицы с подвижными граничными условиями, получена зависимость подачи сопла при гидроабразивном резании от давления истечения струи, толщины материала, природы самого материала, формы абразива, количества слоев, зазора между слоями, степени упрочнения в области резания и расхода абразива.

гидроабразивный резание сопло

Литература

1. Степанов, Ю.С. Современные технологии гидро- и гидроабразивной обработки заготовок [Текст] / Ю.С. Степанов, Г.В. Барсуков, Е.Г. Алюшин / Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2012. - № 6 - С. 15- 20.

2. Галиновский, А.Л. Минимизация технологической себестоимости гидроабразивного резания с учетом стоимостных и технологических параметров процесса обработки [Текст] / А.Л. Галиновский, В.А. Тарасов, В.М. Елфимов // Известия высших учебных заведений «Машиностроение».-2011.-№4.- с. 46-54.

3. Степанов, Ю.С. Математическое моделирование процессов сверхзвукового удара и проникания тел в металлические преграды [Текст] / Ю.С. Степанов, Г.В. Барсуков, А.В. Михеев - Орел: «Издательский дом «Орлик», 2012. - 160 c.

Степанов Юрий Сергеевич, д.т.н., профессор, директор НОЦ «Орелнано» ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», г. Орел.

Тел. (4862) 475071, E-mail: stepanov@ostu.ru

Барсуков Геннадий Валерьевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой ТМиКТИ ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК»,

Тел. (4862) 541503, E-mail: awj@list.ru

Михеев Александр Васильевич, докторант, научный сотрудник НИЛ ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», г. Орел

Тел. (4862) 541503, E-mail: awj@list.ru

Размещено на Allbest.ru