Повышение эффективности гидроабразивной обработки на основе учета энергии двухфазной режущей струи

• Автор: Яблуновский, Ян Юрьевич
• Шифр специальности: 05.02.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. РЕЗАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ
1.1 УСЛОВИЯ РАЗРЕЗКИ МАТЕРИАЛОВ ЖИДКОСТНОЙ СТРУЕЙ
1.2 Обработка материалов абразивно-жидкостной струей
1.3 Процессы разрушения при гидроабразивном резании
1.4 Анализ исследований процесса разрушения материала
1.5 Структурная макромеханика разрушения
1.6 Кавитационные явления при гидроабразивной обработке
1.7 Экспериментальная проверка кавитационных моделей
1.8 Механизм кавитационной эрозии
Выводы по главе
Цель и задачи исследования
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ГИДРО АБРАЗИВНОГО РЕЗАНИЯ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА
2.1 Аналитические методы построения модели работы гидроабразивной струи на стадии пробивки отверстия
2.2 Методика экспериментальных исследований
2.3 Оборудование, материалы и аппаратура, применяемые для исследований
2.4 Планирование многофакторных экспериментов и регрессионный
АНАЛИЗ
Выводы ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА
ГИДРО АБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ МАТЕРИАЛОВ
3.1 Схематическое представление процесса гидро абразивного резания
3.2 Модель двухфазной струи с твердыми частицами
3.3 Результаты расчетов движения гранул в двухфазной струе
3.4 Снижение энергии гранул при движении в неподвижной жидкой СРЕДЕ
3.5 Разрушение материала при гидроабразивном резании. Модель единичного ударного взаимодействия абразивной гранулы с
ПОВЕРХНОСТЬЮ МАТЕРИАЛА
Выводы ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РЕЗАНИЯ ГИДРО И ГИДРОАБРАЗИВНОЙ СТРУЕИ
4.1 Экспериментальное исследование кавитационных явлений при РЕЗАНИИ СТРУЕЙ ЖИДКОСТИ
4.2 Качество реза и дефекты, возникающие при гидроабразивной резке
МАТЕРИАЛОВ
4.3 Исследование этапов пробивки первичного отверстия
4.4 Влияние технологических параметров гидроабразивной обработки
НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗКИ ОБРАЗЦОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ
4.5 Внедрение результатов исследования
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
и - скорость гидроабразивной струи, м/с; р -давление, МПа;
5 - скорость подами сопла, м/с; й - глубина реза, м;
2 - расход гидроабразивного потока, кг/с;
2й - расход абразива, кг/с;
Отд - расход воды, кг/с;
I - время, с;
с - скорость звука, м/с;
г - расстояние от центральной оси сопла, м;
Кс - радиус сопла, м;
/ — длина сопла, м;
р0 - атмосферное давление, МПа;
0 ь— осевая скорость частицы, м/с; иа - скорость абразива, м/с;
°вод ~ скорость водяной струи, м/с;
Ек - кинетическая энергия, Дж;
1 - расстояние, м;
(р - угол распыла струи, рад.;
рг - концентрация абразива, шт;
рь - концентрация абразива на оси струи, м;
о0 - начальная осевая скорость абразива на выходе из сопла, м/с
Я - эквивалентный радиус абразивной частицы, м;
ра— плотность абразива, кг/м3;
рп - плотность воздуха, кг/м3.

В дальнейшем будет показано, что критерий времени накопления дефектов разрушения [7], записанный в форме (18), позволяет рассчитывать эффекты неустойчивого поведения динамических прочностных характеристик, наблюдаемые в экспериментах по разрушению твердых тел.
1.6 Кавитационные явления при гидроабразивной обработке
Общая картина образования кавитационного пузырька при гидрорезании представляется в следующем виде. В фазе разрежения акустической волны в жидкости образуется разрыв в виде полости, которая заполняется насыщенным паром данной жидкости. В фазе сжатия под действием повышенного давления и сил поверхностного натяжения полость захлопывается, а пар конденсируется на границе раздела фаз. Через стены полости в нее диффундирует растворенный в жидкости газ, который затем подвергается сильному адиабатическому сжатию.
Эрозия материала при гидрорезании рассматривается как результат периодического нагружения поверхности сферическими волнами, генерируемыми в зоне схлопывания кавитационных пузырьков. Особенностью кавитационного воздействия является образование в центре контактной поверхности зоны интенсивных разрушений. Повреждаемость материала при гидрорезании возникает вследствие образования под зоной контакта откольных продольных трещин, которые представляют собой систему мелких кольцевых трещин, соосных глубокой канальной трещине. Зона повреждаемости (раковина) занимает незначительную долю поверхности кратера (зоны контакта с ударной волной). Глубина продольных трещин на порядок меньше толщины упрочненного слоя. Процессы упрочнения и повреждаемость протекают одновременно.
В момент схлопывания, давление и температура газа достигают значительных величин от 100 до 1000 МПа. После схлопывания полости в