78131

Определение энергоэффективных режимов резания многослойных материалов гидроабразивной струей

Научная статья

Производство и промышленные технологии

Одной из ключевых экологически чистых технологий радикально решающей вопросы производства деталей из любых материалов является гидроабразивное резание. Явные преимущества этой технологии обеспечили ее внедрение на многих предприятиях страны.

Русский

2015-02-07

286.5 KB

1 чел.

УДК 621.9

определение энергоэффективных режимов резания

многослойных материалов гидроабразивной струей

Степанов Ю.С., Барсуков Г.В., Михеев А.В.

Россия, г. Орел, ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК» 

Авторами статьи, разрешая пошагово систему уравнений движения абразивной частицы с подвижными граничными условиями, получена зависимость подачи сопла при гидроабразивном резании многослойных материалов от давления истечения струи, толщины материала, природы самого материала, формы абразива, количества слоев, зазора между слоями, степени упрочнения в области резания и расхода абразива.

Authors of the paper, allowing the step by step system of equations of motion of a particle abrasion with moving boundary conditions, the dependence of flow nozzle With waterjet cutting laminates of the jet discharge pressure, the thickness of the material, the nature of the material itself, forms an abrasive, the number of layers, the gap between the layers, the degree of hardening in cutting and abrasive flow

.

Энергоемкость валового внутреннего продукта России в 2,5 раза выше среднемирового уровня. В государственной программе Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» запланировано к 2020 г. снижение общей энергоемкости промышленного производства на 31,3%; снижение общей электроемкости промышленного производства на 31,8%.

Одной из ключевых экологически чистых технологий радикально решающей вопросы производства деталей из любых материалов является гидроабразивное резание. Явные преимущества этой технологии обеспечили ее внедрение на многих предприятиях страны. В ряде случаев она является единственно возможной. Однако, как правило, изготовителями гидрорежущего оборудования преследуется одна цель – выполнение машинной задачи по обеспечению показателя назначения. Доля затрат на электроэнергию и воду составляет 20 %, на абразив 60 % от общих затрат на гидроабразивное резание, что говорит о высокой энергоемкости процесса [1, 2].

А между тем оказался возможным другой подход, который отличается от известной технологии пакетной резки однотипных деталей гидроабразивной струей, когда снижают подачу сопла, а, следовательно, и производительность обработки для резания нижележащих слоев, что существенно повышает энергоемкость процесса.

Отличительной идеей предлагаемой разработки является использование остаточной энергии струи, являющейся отходом производства, которой недостаточно при традиционной технологии  на резание нижележащих слоев материала, т.е. по сути, использование вторичного энергетического ресурса.

При моделировании проникания абразивного зерна в металлы в качестве модели преграды использована модель пластически сжимаемой среды, которая при нагружении изменяет свою плотность по определенному закону, а при разгрузке сохраняет плотность, полученную при нагружении [3].

Основные уравнения такой среды для случая одномерного движения:

,                                                     (1)

,                                    (2)

где  - начальное расстояние частицы от центра симметрии;

- смещение частицы; - время;

, -начальная и текущая массовая плотность частиц металла;

- радиальное напряжении;

- тангенциальное напряжение;

- соответственно для сферического, цилиндрического и плоского случая движения.

Авторами получено выражение для определения подачи сопла при резании пакетированного материала  следующем в виде (рис. 1):

,

где  - толщина k-го слоя;

- необходимое количество абразивных частиц для прорезании материала толщиной .

Условие сквозного проникания для k-го слоя запишем в виде:

.                               (3)

Таким образом, разрешая пошагово систему уравнений движения абразивной частицы с подвижными граничными условиями, получена зависимость подачи сопла при гидроабразивном резании от давления истечения струи, толщины материала, природы самого материала, формы абразива, количества слоев, зазора между слоями, степени упрочнения в области резания и расхода абразива.

Литература

1. Степанов, Ю.С. Современные технологии гидро- и гидроабразивной обработки заготовок [Текст] / Ю.С. Степанов, Г.В. Барсуков, Е.Г. Алюшин / Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2012. – № 6 – С. 15- 20.

2. Галиновский, А.Л. Минимизация технологической себестоимости гидроабразивного резания с учетом стоимостных и технологических параметров процесса обработки [Текст] / А.Л. Галиновский, В.А. Тарасов, В.М. Елфимов // Известия высших учебных заведений «Машиностроение».-2011.-№4.- с. 46-54.

3. Степанов, Ю.С. Математическое моделирование процессов сверхзвукового удара и проникания тел в металлические преграды [Текст] / Ю.С. Степанов, Г.В. Барсуков, А.В. Михеев – Орел: «Издательский дом «Орлик», 2012. –  160 c.

Степанов Юрий Сергеевич, д.т.н., профессор, директор НОЦ «Орелнано» ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», г. Орел.

Тел. (4862) 475071, E-mail: stepanov@ostu.ru

Барсуков Геннадий Валерьевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой ТМиКТИ ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК»,

Тел. (4862) 541503, E-mail: awj@list.ru

Михеев Александр Васильевич, докторант, научный сотрудник НИЛ ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», г. Орел

Тел. (4862) 541503, E-mail: awj@list.ru


Рис
. 1 - Зависимость максимальной подачи сопла от толщины листа и межслойного зазора


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33611. Городская инфраструктура: понятие, основные элементы. Зонирование территории города 44.5 KB
  Зонирование территории города Понятие инфраструктуры. Подходы к организации планировки и застройки территории города. Критерии зонирования территории города по трем основным факторам критериям: функциональному правовому и экономическому или ценовому. В состав; градообслуживающей сферы входят : жилищнокоммунальный комплекс ЖКК; транспортный комплекс; строительный комплекс жилищногражданское строительство и строительная индустрия местного значения; комплекс потребительского рынка торговля общественноепитание бытовое...
33612. Социальная инфраструктура муниципального образования: понятие и сущность 39 KB
  Социальная инфраструктура муниципального образования: понятие и сущность Три функциональноцелевых блока социальной инфраструктуры: общественнополитическая и интеллектуальнокультурная деятельность восстановление и сохранение физического здоровья коммунальнобытовое обслуживание. Целевые функции социальной инфраструктуры. Специфика финансирования объектов социальной инфраструктуры. Прогнозирование развития социальной инфраструктуры.
33613. Социальная инфраструктура муниципального образования как многоотраслевой комплекс 58.5 KB
  Целесообразное разделение функций по управлению ими между органами власти различных уровней определяется главным критерием функционирования социальной сферы улучшением условий жизни населения. На муниципальном уровне услуги социальной сферы доводятся непосредственно до потребителя. Воплощением их должны стать федеральная концепция развития отраслей социальной сферы и гарантируемые государством минимальные социальные стандарты реализуемые на уровне муниципальных образований как часть стратегии комплексного развития территории.
33614. Транспортная инфраструктура муниципальных образований 49.5 KB
  Классификация транспорта муниципального образования. Понятие транспорта. Виды городского транспорта. Особенности и недостатки городского транспорта.
33615. Жилищная инфраструктура муниципальных образований 39 KB
  Функции жилищной политики. Процесс реформирования жилищной сферы в России сталкивается с целым рядом проблем которые проявляются ярко и болезненно особенно в крупных городах в частности в г. Жилищная сфера содержит в себе огромный социально экономический потенциал исходя из этого социально экономическая роль жилья предопределяет необходимость глубокого исследования и теоретического переосмысления преобразований происходящих в жилищной сфере. Главная цель жилищной политики состоит в удовлетворении жилищных и эстетических потребностей...
33616. Понятие земельных ресурсов и собственность на землю. Категории земель 42.5 KB
  Категории земель Понятие земли и земельных ресурсов. Принципы управления земельными ресурсами установленные Земельным Кодексом РФ: 1Приоритет охраны земли перед использованием земли как недвижимого имущества. 2 Приоритет охраны жизни и здоровья человека который должен быть обеспечен при использовании земли даже если это требует больших затрат. 5 Сохранение особо ценных земель и охраняемых территорий изменение статуса которых не допускается или ограничивается к особо ценным землям и охраняемым территориям относятся ценные земли с х...
33617. Концепция национальной безопасности 49 KB
  безопасности РФ 2009 г. политики в области обеспечения безопасности личности общества и государства защищенности страны от внешних и внутренних угроз во всех сферах жизнедеятельности. Интересы личности состоят в реализации конституционных прав и свобод в обеспечении личной безопасности в повышении качества и уровня жизни в физическом духовном и интеллектуальном развитии человека и гражданина.
33618. Управление национальной безопасностью в Российской Федерации 46 KB
  Политика обеспечения национальной безопасности. Система обеспечение национальной безопасности. Основная задача и функции системы обеспечения национальной безопасности.
33619. Антитеррористическая безопасность Российской Федерации 54.5 KB
  Правовые и организационные принципы противодействия терроризму. Основные понятия принципы противодействия терроризму правовые и организационные основы профилактики терроризма и борьбы с ним минимизации и ликвидации последствий проявлений терроризма устанавливает ФЗ О противодействии терроризму от 06. Направления террористической деятельности: подготовка организация финансирование и реализация террористических актов; подстрекательство к терроризму; организация незаконных вооруженных формирований сообществ групп для реализации...