Влияние факторов гидроабразивной резки на шероховатость обработанной поверхности, её твердость, овальность и конусообразность

5. Shargal M. Evaluation of search algorithms and clustering efficiency measures for machinepart matrix clustering / M. Shargal, S. Shekhar, S.A. Irani // IIE Transactions, 27, 43-59 (1995).

Туркин Михаил Владимирович - Turkin Mikhail Vladimirovich -

начальник технологического бюро ФГУП head of production engineering office FSUE

«НПЦ газотурбостроения «Салют», «Gas-turbine engineering research

г. Москва and production center «Salut», Moskow

Статья поступила в редакцию 13.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011

УДК 621.924.93

В.В. Шпилев, М.К. Решетников

ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ, ЕЁ ТВЕРДОСТЬ, ОВАЛЬНОСТЬ И КОНУСООБРАЗНОСТЬ

Приведены проведенные авторами экспериментальные исследования в области гидроабразивной резки, описано влияние подачи режущей головки, твердости обрабатываемого материала и расхода абразива на шероховатость обработанной поверхности, её твердость, конусообразность и овальность.

Гидроабразивная резка, математическая модель

V.V. Shpilev, M.K. Reshetnikov

IMPACT OF ON WATERJET CUTTING ROUGHNESS OF THE MACHINED SURFACE,

ITS HARDNESS, OVAL AND CONICAL

The article presents the authors conducted experimental research in the field of waterjet cutting, filing describes the effects of the cutting head, the hardness of the material flow and abrasive roughness of the machined surface, its hardness, taper and roundness.

Waterjet cutting, the mathematical model

Метод гидроабразивной резки - альтернатива не только механической, но и лазерной, плазменной, электроискровой и кислородной резке, а при необходимости обработки материалов, не терпящих температурного воздействия, является единственно возможным и наиболее эффективным и универсальным из родственных методов. Следует отметить, что до настоящего времени теории струйной гидроабразивной обработки, охватывающей все стороны процесса, еще не существует, поэтому исследование этого процесса представляет определенный научный интерес.

Экспериментальные исследования процесса гидроабразивной резки проводились с целью технико-экономического обоснования использования этого процесса взамен существующей технологии. Основная часть экспериментов проводилась на базе ФГУП «Саратовский агрегатный завод» (ФГУП «САЗ») и Саратовского государственного технического университета (СГТУ). 160

Для получения математической модели процесса гидроабразивной резки использовали метод полного многофакторного эксперимента. За параметры оптимизации приняли шероховатость обработанной поверхности Яа, отклонение от овальности А ов обработанной поверхности и отклонение от конусообразности А кон обработанной поверхности, а за факторы взяли твердость материала заготовки Т, расход абразива Q и подачу £ . В методике исследований

были приняты интерполяционные модели, которые выражают степенную зависимость выходных параметров от регулируемых факторов процесса.

Исследования проводились на установке гидроабразивной резки ЧПУ (СКС) с осями X-У, тип '^ххууВ-^-Б. Станок '^ххууВ-п2-В - это координатный режущий станок, несущий технологические головки водной струи сверхвысокого давления или водоабразивной струи сверхвысокого давления. Шероховатость обработанной поверхности определяли на профило-метре «Абрис ПМ7», отклонение от овальности и конусообразности обработанной поверхности определяли при помощи микрометра МК 0-25 мм (0.01) кл.1. При исследовании использовались заготовки из стали 30ХГСА и стали 20.

После обработки результатов экспериментов получили следующие математические модели:

Яа = 4ЯЩ123Т -ол" 80207

Аов = 0.122Q0 0013Т-00048оош \,

А оон = 0.475Q 0 0031Т-0033 8 0 01 где Яа - шероховатость обработанной поверхности; А ов - отклонение от овальности обработанной поверхности; А кон - отклонение от конусообразности обработанной поверхности; Q -расход абразива; Т - твердость материала заготовки; 8. - подача режущей головки.

Анализ полученных зависимостей показал, что значение шероховатости обработанной поверхности увеличивается по мере возрастания скорости резания, точнее подачи режущей головки. Шероховатость становится более грубой, увеличивается угол конуса, в нижней части сечения материала появляется борозда (рис. 1).

Рис. 1

Особое влияние на шероховатость оказывает количество абразива в водяной струе, что объясняется наличием вкраплений единичных частиц абразива в плоскости реза и на лицевой поверхности обрабатываемой детали. С чрезмерным увеличением количества абразива в водяной струе число вкраплений резко возрастает, частицы не могут беспрепятственно покидать место реза, в щели резания образуется «подушка» из абразивных частиц, эффективность обработки снижается, увеличивается значение шероховатости. Также известно, что чем выше твердость обрабатываемой стали, тем меньше высота микронеровностей, следовательно ниже значение шероховатости.

Построены соответствующие графики, демонстрирующие зависимости шероховатости Яа, отклонение от овальности А ов обработанной поверхности, отклонение от конусообразности Акон обработанной поверхности от подачи Б, твердости материала Т, расхода абразива Q (рис. 2-10).

Анализируя зависимости отклонения от овальности и конусообразности, можно увидеть, что в приблизительно равной степени с увеличением подачи и количества абразива в абразивной струе увеличивается значение отклонения от формы обрабатываемой поверхности, связанное с ухудшением условий резания, увеличивается разброс абразивных частиц, снижаются режущие свойства инструмента, а с повышением твердости значения отклонения от овальности и конусообразности уменьшаются.

К|-7--т.::

100 2W .Шш 1тишиj г Д-.-;.:.' .v.-. '= % ?

Munmnsh ?::•.:.:!

Рис. 2. Зависимость шероховатости Ra от подачи S

I я ] 6 I 4. 1

]

юо ш 14'; 160

.htftltt ППШ mil J. м-'V.v:?

Мшнпгт / ::-

Рис. 3. Зависимость шероховатости Ra от твердости материала Т

200 400 600

Ли.Г чшь f uw хъ'хж

Мигиипгть 7:!- 'И НИ: 1 .ч.ч/хан

Рис. 4. Зависимость шероховатости Ra от расхода абразива Q

ЛЙ

й,й (1П

J.4

ii .v.'j

7

1 ."г.ч/щ

ЮР 300

МЙЕЙМЙШ* f Q ¿(Hi iL 3<3tiLim<-i<иъ i? S-JC

Рис. 5. Зависимость отклонения от овальности А о

обработанной поверхности от подачи S

A/iV .*ti

0.5

CJ

о.:

Ai'i .'.'f ; 4

I и

J

hi

JJP 170 I

200 W (iiJO

i-v.w

^¿¿Ж'/Ш'а K1SiViti'\nt\t JsSiiLimL.'i/i >•: %JW.i'¿-"jta'/w

MtiLWtlUHb 2- №5-2 Рис. 7. Зависимость

Зиёитгкинь 2- ¿-20 i '^jfS-2 s Рис. 6. Зависимость отклонения от овальности А _ отклонения от овальности А

обработанной поверхности от твердости материала Т

обработанной поверхности от расхода абразива Q

ж"",;' .. "..' 1,..

J . '"''. Ж

Лйж«in Г -:--fT JSiBrjrjjrtmm 7 J/- Л' г/.f.vi-V.'

Ч'.ч -v

"V 1  зЦ и' Wim' -

'.1 1 2

.

1

fiV-ffl

i ¡Гш-гП i! rt1

.hi/ltn twit nih / .'?-№ ;уЧу пп/тм ihfiarntiiinnh - Г //¡та S - j ж/м«

Ми? ген / г- # i f=/7i '.i-.n .'кйипюпгпи, -i\'.-j

O0

Рис. 8. Зависимость Отклонения от конусообразности Акон обработанной поверхности от подачи Б

Рис. 9. Зависимость Отклонения от конусообразно-сти Акон обработанной поверхности от твердости материала Т

Рис. 10. Зависимость Отклонения от конусообразно-сти Акон обработанной поверх ности от расхода абразива О

ЛИТЕРАТУРА

1. Методика выбора и оптимизации контролируемых параметров технологических процессов. РДМУ 109-77. М.: Изд-во стандартов, 1978. 63 с.

Шпилев Василий Владимирович -

аспирант кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета

Решетников Михаил Константинович -

доктор технических наук, профессор кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета

Shpilev Vasily Vladimirovich -

post-graduate faculty «Technology of mechanical engineering» Saratov State Technical University

Reshetnikov Mihail Konstantinovich -

doctor of technical sciences, professor

of chair «Manufacturing Engineering», Saratov

State Technical University

Статья поступила в редакцию 23.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011

УДК 621.924.93

В.В. Шпилев, М.К. Решетников, Н.Н. Береда

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАКРУЧИВАЕМОЙ АБРАЗИВНОЙ СТРУИ ПРИ ГИДРОАБРАЗИВНОМ РЕЗАНИИ

Проведены теоретические исследования активной границы сверхзвуковой двухфазной струи. Для увеличения режущей способности гидроабразивной струи, предложено закручивать её в смесительной трубке путем нарезания спиралеобразной канавки. Предложены поправки в законы распространения жидкостной струи круглого сечения, учитывающие её закручивание. Получена зависимость расширения диаметра струи в зависимости от расстояния до поверхности контакта струи с материалом, расхода абразивных частиц и от диаметра сопла.

Гидроабразивная резка, закручивание струи, двухфазный поток V.V. Shpilev, M.K. Reshetnikov, N.N. Bereda MODELING TWISTS ABRASIVE JETS FOR CUTTING WATERJET

The theoretical studies of active-phase boundary of a supersonic jet. To increase the waterjet cutting ability of the jet, invited her to twist in the mixing tube by cutting spiral grooves. Amendments proposed to the laws of propagation of a liquid jet of circular cross section, taking into account its twist. The dependence of the expansion of the diameter of the jet, depending on the distance from the contact surface of the jet with the material flow of abrasive particles and the diameter of the nozzle.

Waterjet cutting, twisting of the jet, two-phase flow