Повышение эффективности технологических процессов гидроабразивной резки деталей (стр. 2 )

       Конкурсные работы, представленные по результатам исследований, были отмечены дипломами лауреата и финалиста конкурсов: VI Всероссийская научно-техническая конференция молодых специалистов, посвященная 90-й годовщине образования (г. Уфа, 2015),  VIII Всероссийский межотраслевой молодежный конкурс научно-технических работ и проектов в области авиационной и ракетно-космической техники и технологий «Молодежь и будущее авиации и космонавтики» (г. Москва, 2016г),  VIII Всероссийский межотраслевой молодежный конкурс научно-технических работ и проектов в области авиационной и ракетно-космической техники и технологий «Молодежь и будущее авиации и космонавтики» (г. Москва, 2016г.), Международный молодежный форум «Будущее авиации и космонавтики за молодой Россией» (Рыбинск-Москва-Жуковский, 2017г.)

Публикации результатов работы. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 научных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, приложения. Основная часть работы изложена на 157 страницах, содержит 147 рисунков, 9 таблиц. Список литературы включает 104 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, направленной на решение важной научно-технической задачи повышения эффективности процесса гидроабразивной резки за счет оптимизации режимов обработки на основе разработки адекватной теоретической модели формирования шероховатости поверхности реза

В первой главе проведен анализ различных методов раскроя листовых материалов. Произведено сравнение методов обработки. Описана сущность и  технологические возможности  гидроабразивной резки. Приведены сведения об оборудовании, абразиве используемых в процессе.

Анализ работ таких ученных как , , D. Arola, M. Ramulu, Y. Zhang, , J Chao, J. Zeng, , показал что существуют зависимости для определения размерных характеристик изделия получаемого методом гидроабразивной резки. Описаны влияния режимов резания на точность получения криволинейного профиля детали. Предложены возможности увеличения режущей способности путем закручивания струи, дискретной подачи абразива.

Однако недостаточно проработаны зависимости для прогнозирования шероховатости поверхности реза от основных технологических параметров обработки (давление струи, зернистость, размер, расход абразива, подача сопла, физико-механические параметры материала и т д). Технолог на производстве сталкивается с трудностью определения не только шероховатости поверхности реза, но и размеров зоны гладкого и волнистого реза. Отсутствие адекватных теоретических моделей формирования профиля шероховатости не позволяет выполнять оптимизацию процесса резки, с учетом требований заданной шероховатости.

В заключение главы сформированы цели и задачи  диссертационных исследований.

Вторая глава содержит теоретические исследования формирования профиля шероховатости поверхности реза при гидроабразивной резке толстолистовых материалов.

В главе рассмотрена закономерности взаимодействия частиц с поверхностью обработки. Исследовано влияние технологических параметров обработки на шероховатость поверхности реза, а также описан механизм формирования зоны волнистого и гладкого резов. 

Основываясь на зависимостях съема металла при единичном взаимодействии абразивного зерна при обработке  деталей свободным абразивом предложенных , а также на результатах исследований , по формированию шероховатости при шлифовании получена зависимость формирования профиля шероховатости поверхности реза при гидроабразивной резке.

Шероховатость поверхности детали после обработки свободными абразивами представляет собой совокупность абразивных царапин, оставленных частицами. Неровные края (рис. 1) образуются вследствие наложения одной царапины на другую. Можно предположить, что если бы частицы абразива оставляли бы полные срезы,  то сумма ширины всех полных срезов на некотором уровне нормального сечения равнялась бы ширине обрабатываемого участка:

                (1)

где - количество зерен, оставивших свой след в данном нормальном сечении детали, а вершины всех неровностей в сечении AMCD располагались бы на одной линии.

Рис. 1 Схема образования профиля шероховатости поверхности при обработке свободными абразивами

На уровне, где сумма всех частиц, прошедших через данное сечение детали равна ширине обрабатываемого участка, расположена средняя линия между вершинами всех неровностей в данном нормальном сечении. Учитывая то, что величины и Lед связаны между собой, расчеты произвели на единице длины нормального сечения детали Lед.

Величину определили при условии, что именно на этой высоте выполняется равенство:

, при  (2)

где  zi - число лунок на уровне li от отпечатка наибольшей глубины - hmax, z0 - номинальное количество взаимодействующих  частиц над квадратом упаковки рабочей среды, H0 – разновысотность активных частиц, k - показатель распределения глубины отпечатков.

Внедрение частицы происходит при предельно малых углах внедрения частиц б. Для расчета шероховатости поверхности угол внедрения частиц принимаем до 1є.

Сумма глубин всех царапин, оставленных частицами в нормальном сечении АМСД:

  (3)

где zсеч - общее число всех зерен, контакт которых возможен с данным нормальным сечением детали.

На уровне AM  zсеч имеет вид:

  (4)

Величина Hус определяется зависимостью:

                                (5)

Максимальная глубина внедрения частицы описана в работах , , для гидроабразивной резки соответственно примем:

                 (6)

сч – плотность материала частиц, кг/м3; ks - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности детали на площадь фактического контакта, К – объемная концентрация частиц в рабочей жидкости,  Рдин – динамическое давление смеси, Па;  ссм – плотность рабочей смеси жидкости и частиц кг/м3, D - диаметр частицы, м; КL – коэффициент потерь, учитывающий расстояние от сопла до поверхности обрабатываемой детали,  c - коэффициент оценивающий несущую способность контактной поверхности.

Среднее арифметическое отклонение профиля установившейся шероховатости:

                (7)

Экспериментально для гидроабразивной резки значение невозможно определить. Зернистость абразива, механические свойства обрабатываемого материала и режимы обработки влияют на , также как и на . По определению, величина  выше, чем . Для гидроабразивной резки приняли:

  (8)

Зависимость для расчёта условной высоты и среднего арифметического отклонения профиля установившейся шероховатости принимается:

                                        (9)

                                        (10)

Поскольку вероятность совершения микрорезания частицами в какой-либо фиксированный интервал времени зависит от продолжительности интервала и не зависит ни от начала его отсчета, ни от возможности реализации предыдущих или последующих аналогичных актов, то имеются основания считать рассматриваемый поток событий, соответствующим распределению Пуассона. В законе Пуассона л - интенсивность потока событий. Так как z0  это число зерен проходящих через единичную длину в единицу времени, а л это число полезных взаимодействий в единицу времени на площади квадрата упаковки, то через сторону квадрата упаковки 2R будет проходить частиц, а через единичную длину будет проходить  в больше частиц:

  (11)

  (12)