Повышение эффективности разрезания листовых неметаллических материалов водоледяными струями высокого давления

• Автор: Бурнашов, Михаил Анатольевич
• Шифр специальности: 05.02.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 345 с. : ил.

Содержание.
Введение.
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Сущность технологии гидроструйной резки листовых 13 неметаллических материалов
1.2. Классификация технологий гидроструйной резки ЛНМ
1.3. Анализ исследований по применению рабочей жидкости различного 28 состава при гидрорезании материалов
1.3.1. Водоструйная резка
1.3.2. Гидроабразивное резание
1.3.3. Гидрополимерное резание
1.4. Разрезание ЛНМ высокоскоростными водяными струями с
частичками льда
1.5. Анализ известных подходов к моделированию процесса
формирования водоледяных струй
1.6. Обзор существующих конструкций оборудования высокого 81 давления для гидроструйных технологий резания
1.6.1. Насосы высокого давления
1.6.2. Гидравлические преобразователи давления
1.6.3. Технологический инструмент
1.6.4. Рукава высокого давления
1.6.5. Вспомогательное оборудование
1.7. Цель и задачи исследований
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ВОДОЛЕДЯНОЙ СТРУИ И РАЗРЕЗАНИЯ ЛИСТОВЫХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
2.1. Модель формирования и разгона водоледяной струи 104 I
2.2. Определение разрушающей способности водоледяной струи при 111

резании ЛНМ
2.3. Моделирование процесса формирования водоледяной струи
2.4. Определение температуры резания в слоях материала при раскрое 141 ЛНМ
2.5. Определение допустимой толщины пакета при раскрое ЛНМ
водоледяной струёй

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
ЗЛ. Общие положения методики
3.2. Стендовая база и измерительная аппаратура
3.2.1. Устройство элементов стендовой базы
3.2.2. Измерительная аппаратура
3.2.3. Образцы ЛНМ
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ
ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВОДОЛЕДЯНОГО РЕЗАНИЯ ЛНМ
4.1. Исследование влияния геометрических параметров водоледяного 190 инструмента на эффективность процесса резания
4.2. Исследование насыщения высокоскоростной водяной струи жидким
азотом при реализации технологии водоледяного резания
4.3. Исследование влияния насыщения высокоскоростной водяной струи
жидким азотом на эффективность водоледяного резания
4.4. Влияние давления воды и диаметра насадки на глубину резания
4.5. Влияние скорости перемещения инструмента на глубину резания
4.6. Влияние параметров резания ЛНМ на скорость приращения боковой
поверхности реза и удельную энергоемкость процесса
4.7. Анализ и обобщение экспериментальных данных, полученных на
стендовой установке и проверка адекватности расчетной модели
4.8. Исследования показателей качества поверхностей реза при 231 разрезании ЛНМ водоледяпыми струями
4.9. Определение потребного объема емкости для жидкого азота, 240 агрегатируемого с водоледяным инструментом
4.10. Исследования силовых и теплофизических параметров разрезания 243 ЛНМ водоледяными струями
4.10.1. Методика определения силы резания в процессе раскроя ЛНМ 243 водоледяными струями
4.10.2. Методика определения температуры в процессе раскроя ЛНМ
водоледяными струями ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ РАСКРОЯ ПАКЕТОВ ЛНМ 260 ВОДОЛЕДЯНЫМИ СТРУЯМИ
5.1. Обоснование параметров оборудования для резания ЛНМ 260 водоледяными струями
5.2. Определение технологических параметров резания ЛНМ

водоледяным инструментом
5.3. Расчет геометрических параметров технологического инструмента
5.4. Выбор параметров насосного оборудования для резки ЛНМ 267 водоледяными струями
5.5. Пример расчета параметров оборудования, инструмента и 268 технологических режимов резания ЛНМ водоледяными струями
5.6. Автоматизированная раскладка лекал обрабатываемых деталей на 270 ЭВМ, настилание пакетов ЛНМ
5.7. Определение оптимального маршрута технологического 273 инструмента. Разработка технологических процессов раскроя ЛНМ водоледяным инструментом.
5.8. Оценка экономической эффективности резки ЛНМ водоледяными 279 струями
Заключение
ЛИТЕРАТУРА

Приложение 1 Приложение 2 Приложение

составляло 140, 318 и 385 МПа. В ходе опытов при всех давлениях первоначально получено почти линейное увеличение глубины резания при увеличении расхода абразива, а затем, когда расход абразива достигал более высоких уровней (для каждого уровня давления) темп прироста глубины резания начинал уменьшаться, а при низком давлении воды наблюдалось даже уменьшение глубины резания. То есть, когда расход абразива достигал более высоких уровней, энергия, которую высокоскоростная водяная струя могла сообщать индивидуальным абразивным частицам начинала падать, в связи с чем происходило уменьшение скорости абразивных частиц, а, следовательно, и производительности гидроабразивной струи в целом.
К аналогичным выводам пришли в своих исследованиях Язичи (Yazici) [89], Файбериа и Оувенах [87], Чалмерс (Chalmers) [88] и Лауринат (Laurinat) с соавторами [89]. Было показано, что не существует никакой фиксированной оптимальной величины расхода абразива для резания какого-либо конкретного материала, гак как она является функцией несущей способности водяной струи, подающейся в смесительную камеру, и эффективности, с которой энергия воды может быть передана абразиву. В то же время было замечено, что для каждого уровня давления существует свой оптимальный расход абразива, обеспечивающий максимальную производительность резки. Оптимальный расход абразива изменялся вместе с уровнем давления воды вследствие изменяющейся способности высокоскоростной водяной струи передавать количество движения абразиву. Численно, рассчитанный как отношение массового расхода абразива к массовому расходу воды, для приведенных исследований он составил 0,19 [106] и 0,33 [107].
Анализ результатов, полученных в работах [88, 89], позволяет предполагать, что каждый конкретный инструмент для гидроабразивного резания, работающий по способу увлечения абразива, имеет свой индивидуальный характеристический параметр, выражаемый отношением массовых расходов абразива и воды, при котором достигается максимальная производительность