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

58693. Звязок прикметників з іменниками 47 KB
  Мета: Навчаюча: допомогти учням засвоїти матеріал про звязок прикметників з іменниками; закріплювати вміння встановлювати логіко-граматичні звязки; вдосконалювати вміння розрізняти прикметники серед інших частин мови...
58694. Чергування голосних звуків о е і в коренях слів 56.5 KB
  Мета: вчити учнів правильно писати о е і в корені слова; формувати орфографічну навичку письма вміння визначати корінь в слові; розвивати навичку чіткого мовлення уваги мислення; сприяти виховуванню почуття поваги до старших.
58695. Леся Українки “Бояриня” 39.5 KB
  Мета. Ознайомити учнів зі змістом твору, дослідити, як крізь призму особистого життя героїв розкрито трагедію рідного краю; розвивати творче мислення учнів, уміння аналізувати прочитане; виховувати любов до України, до її історичного минулого.
58696. Схоже і відмінне в кольорах. Порівняння предметів за кольором. Кольори. Вживання закінчень прикметників -й, -а, -е, -і 99 KB
  Мета: Продовжити засвоєння українських назв кольорів; збагачувати й активізувати словниковий запас учнів; удосконалювати орфоепічні вміння; формувати вміння вживати закінчення прикметників (-й, -а, -є, -і); порівнювати предмети за кольором; розвивати мовленнєві навички; виховувати любов до природи.
58697. Іменник. Загальне значення і граматичні ознаки іменника 8.41 MB
  Мета: розширювати і поглиблювати знання учнів про іменник як частину мови; познайомити з іменниками назвами істот та неістот їх характерними ознаками; з іменниками на позначення власних і загальних назв навчити розрізняти їх учити писати в великої літери власні іменники...
58700. Звязок іменників з прикметниками 444.5 KB
  Мета: розширити знання дітей про граматичний і смисловий зв’язок прикметників з іменниками; закріпити прийоми розпізнавання числа, роду, відмінка прикметників. Розвивати вміння будувати зв’язні розповіді га задану тему.
58701. Школьные правила 39 KB
  Цели Оборудование: проигрыватель, грамзапись с ритмической зарядкой; аудиозаписи: голоса птиц, школьных песен, “Урок поведения”, “Песня первоклашки”, Шадоус “Девушка в красном”; иллюстрация – “Зайчик”; игрушки – ёж, лесной медвежонок, зайчонок...