CC BY
23
УДК 621.9.048.7
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ РЕЗА ПРИ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ
С. С. Ковязин, Н. А. Сороковиков, А. В. Скрипка Научный руководитель - Н. А. Амельченко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: cerzh.kovyazin@outlook.com
Исследовано влияние технологических параметров на качество поверхности реза при гидроабразивной резке. Выявлена зависимость шероховатости поверхности реза от режимов резания, толщины и вида обрабатываемого материала.
Ключевые слова: технологические параметры, шероховатость поверхности, гидроабразивная обработка, скорость резания, размер абразива.
EFFECT OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON QUALITY SURFACE OF CUT AT HYDROABRASIVE TREATMENT
S. S. Kovyazin, N. A. Sorokovikov, A. V. Skripka Scientific Supervisor - N. A. Amelchenko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: cerzh.kovyazin@outlook.com
The influence of process condition on the quality of the cut surface during waterjet cutting was examined. The dependence of the roughness of the cut surface on the cutting conditions, thickness and type of machined material were revealed.
Keywords: technological parameters, surface roughness, hydroabrasive processing, cutting speed, size of abrasive.
Создание новых конструкционных материалов, усложнение форм изделий и ужесточение требований к качеству обработки ведут к появлению все более производительных и эффективных технологий, в том числе технологий обработки листовых материалов потоками энергии. При получении заготовок в заготовительном производстве, кроме известных методов формообразования, характерно выполнение операций по раскрою листового проката из разных материалов. Для тонколистовых конструкций и круглого проката раскрой металла производится рубкой (вырубкой) или резкой. Среди широко известных способов технологий обработки потоками энергии являются плазменная резка, лазерная резка, газовая резка. У каждой технологии с применением высокоэнергетических термических потоков есть определенные недостатки. Однако в последнее время широкой популярностью пользуются технологии гидроабразивной резки (ГАР) и высокоскоростного гидрорезания струей жидкости при давлении 600-800 МПа [1].
В основе процесса лежит образование водно-абразивной смеси, которая подается через сопло (дюзу) специальной формы диаметром 0,08...0,5 мм под давлением порядка 450 МПа и выходит из него с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью (до 900-1200 м/c и выше).
Поступая в смесительную камеру струя смешивается с частицами абразива. В качестве абразива используются зерна электрокорунда, кварцевый песок, гранатовый песок (оливин) или их смеси, либо другие высокотвердые материалы. Смешанная струя выходит из смесительной трубки с внутренним диаметром 0,5-1,5 мм и разрезает материал.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 1
Размер частиц абразива существенно влияет на скорость резания и подбирается равным 10-30 % диаметра режущей струи для обеспечения ее эффективного воздействия и стабильного истечения [2]. Обычно размер зерен составляет 0,15-0,25 мм (150-250 мкм), а в ряде случаев при необходимости получения поверхности реза с низкой шероховатостью - порядка 0,04-0,1 мм (40-100 мкм). Характер взаимодействия абразивных частиц, находящихся в струе, с поверхностью определяет производительность процесса и качество обработки. С увеличением размера зерна возрастает его кинетическая энергия, что повышает скорость резания, но ухудшает шероховатость при равных скоростях резания [3].
Основной задачей процесса гидроабразивной обработки является получение требуемой шероховатости поверхности реза заготовок, что зависит от ряда условий:
- операция является заготовительной и требует последующей обработки;
- обработанная заготовка является конечной деталью.
Анализом выявлено, что процесс разделительной резки выполняется с применением более крупного зерна абразива на скорости подачи, составляющей «80-100 % от максимальной. Качественной резке обычно соответствует скоростной диапазон в 33-65 %, тонкой резке - в 25-33 %, прецизионной резке - в 10-12,5 % от максимальной скорости подачи, обеспечиваемой техническими характеристиками оборудования. При этом используют абразив с фракцией от 40 до 100 мкм [4].
Процесс резания пластичных материалов абразивными частицами малых размеров имеет специфические особенности и до конца еще не изучен. Однако в данной работе предпринята попытка провести анализ механизма резания путем визуализации при резке оргстекла. Для проведения эксперимента была изготовлена оснастка, в которую устанавливали и зажимали пластинку из оргстекла. Процесс резания осуществляли при рабочем давлении 150-230 МПа. Значение скорости подачи режущей головки задавали ступенчато от 50 до 300 мм/мин. В качестве абразива использовали гранатовый песок зернистостью < 80 мкм при расходе 1,5 кг/мин; диаметр струи равнялся 2,6 мм. Далее пластинку разделили на две части и провели исследования поверхности раздела от точки, где струя проникает в пластинку, до точки, где она выходит наружу.
Параметры поверхности реза пластины представлены на рис. 1.
Рис. 1. Параметры поверхности реза по толщине пластины
На основании результатов исследований поверхности пластины выявлено, что при врезании до глубины 20-25 мм сохраняется чистая и гладкая поверхность с параметрами шероховатости Яа 1,6^6,3 мкм. По мере заглубления вглубь пластины скорость внедрения частиц в материал падает, шероховатость поверхности резко возрастает на выходе абразива при прорезке пластины и может составлять по Яа до 1,6^2,5 мм.
Анализируя данные рис. 1 можно сказать, что протекание процессов, из которых складывается резание абразивной струей, зависит от параметров струи, а также типа и толщины разрезаемого материала. На механизм резания материала могут влиять степень его пластичности, хрупкость, твердость и другие свойства.
Тем не менее, с некоторыми допущениями, на примере резания пластины из оргстекла можно описать механизм резания металла. По данным эксперимента процесс резания состоит из трех этапов, которые хорошо иллюстрируются на рис. 1:
- резание на входном участке, когда до достижения максимальной глубины реза действуют специфические механизмы;
- цилиндрическое резание, которое продолжается до достижения конца пластинки;
- резание на выходе, когда процесс заканчивается.
Были проведены аналогичные исследования при резке алюминия, конструкционной стали и титана. После обработки были проведены замеры шероховатости органолептическим методом с помощью эталонных образцов шероховатости, а так же с помощью профилометра.
На основании проведенных экспериментов на рис. 2 приведена зависимость шероховатости поверхности реза от глубины разрезаемого материала.
Рис. 2. График зависимости шероховатости поверхности от толщины материала: 1 - оргстекло; 2 - алюминий; 3 - сталь; 4 - титан
Таким образом, проведенные исследования позволили выявить механизм резания с применением гидроабразивной обработки при разделении листовых материалов. Установлена зависимость изменения шероховатости реза от режимов резания, толщины и вида обрабатываемого материала.
Библиографические ссылки
1. Технология гидроабразивной резки [Электронный ресурс]. URL: https://news.stanki.ru/ tehnologiya-gidroabrazivnoy-rezki/ (дата обращения: 12.03.2018).
2. Барсуков Г. В. Управление системой технологического обеспечения качества поверхности деталей в процессе резания сверхзвуковой струей жидкости // Справочник. Инженерный журнал. Приложение. Современные проблемы технологии машиностроения, 2003. № 8. С. 19-24.
3. Барсуков Г. В. Моделирование отклонения гидроабразивной струи по толщине раскраиваемого материала // Справочник. Инженерный журнал. Приложение. Современные проблемы технологии машиностроения, 2004. № 4. С. 8-13.
4. Оптимизация технологического процесса гидроабразивной резки деталей из авиационных материалов [Электронный ресурс]. URL:http://www.aviationunion.ru/Files/Nom_4_Verch.pdf/(дата обращения: 12.03.2019).
© Ковязин С. С., Сороковиков Н. А., Скрипка А. В., 2019
