Повышение эффективности разрезания листовых  неметаллических  материалов водоледяными струями высокого давления (29.03.2010)

Автор: Бурнашов Михаил Анатольевич

Для проведения исследований по изучению влияния основных действующих факторов на показатели процесса водоледяного резания ЛНМ использовалась специальная установка, основными элементами которой являлись источник воды высокого давления, система подачи жидкого азота и технологический инструмент, конструкция которого позволяла изменять геометрические параметры в широком диапазоне.

Для замеров параметров эксперимента использовался измерительный комплекс, включающий в себя следующие элементы:

- для регистрации уровня давления воды высокого давления – стрелочный манометр прямого действия первого класса точности и тензоманометр с измерительной станцией на базе ПЭВМ;

- для регистрации скорости перемещения образцов ЛНМ относительно водоледяного инструмента – датчики линейных перемещений, встроенные в стол-податчик;

- для регистрации температуры исходной воды – ртутный термометр, установленный во всасывающей магистрали;

- для регистрации температуры воды после прорезания ЛНМ – ртутный термометр, установленный в приемной емкости стола-податчика.

- для регистрации температуры азота - измеритель криогенных температур СТМ-0125, предназначенный для измерения температур в диапазоне 2 – 400 K.

Эксперименты проводились на образцах различных материалов (таб. 2).

Таблица 2 - Образцы материалов, принятые к исследованиям

п/п Материал Твердость по Шору НSА

1 Резина МБС ГОСТ 7338-90 24

2 ПВХ листовой ППВ ГОСТ 18108-80 32

3 ПВХ листовой ППВ ГОСТ 18108-80 42

4 Резина МБС ГОСТ 7338-90 56

5 ПВХ ячеистой структуры ТУ 5772-001-18757376-99 67

6 ПММА ГОСТ 10667–74 78

7 ПММА ГОСТ 10667–74 83

В четвертой главе представлены экспериментальные исследования влияния параметров процесса на эффективность водоледяного резания ЛНМ. В ходе предварительных экспериментов были установлены геометрические параметры технологического инструмента (рис. 1), обеспечивающие наибольшую эффективность резания (глубину реза). Исследование параметров эксперимента методом множественной регрессии позволило получить выражение для расчета длины камеры смешивания:

lкс=e1,35* dо0,97/dkс0,7 (54)

В дальнейшем использовался технологический инструмент в трех исполнениях (табл. 3).

Таблица 3 - Исполнения технологического инструмента

dо, м lкс, м dkс, м

0,00020 0,020 0,015

0,00025 0,025 0,015

0,00030 0,030 0,015

Кроме того, было выявлено, что водоледяная струя имеет промежуточную структуру между гидроабразивной струей и струей чистой воды (рис. 2). Установлено, что водяная струя имеет активный участок по оси струи; гидроабразивная струя представляет собой поток разогнанных абразивных частиц, равномерно распределенных по сечению струи, тогда как водоледяная струя имеет и активный участок по оси и разогнанные ледяные частицы по периферии.

На основании анализа полученных экспериментальных данных можно утверждать, что для данной конструкции водоледяного инструмента существует рациональное соотношение диаметров отверстий коллиматора и струеформирующей насадки dк/dо ( 5, а, также, рациональное соотношение длины камеры смешивания и диаметра отверстия струеформирующей насадки lкс/dо ( 100 с точки зрения получения максимальной глубины реза.

а) б) в)

Рис. 2. Следы от: а) высокоскоростной струи воды; б) водоледяной струи; в) гидроабразивной струи

Экспериментальные исследования насыщения высокоскоростной водяной струи жидким азотом позволили установить, что:

- для одного диаметра струеформирующей насадки при неизменной конфигурации проточной части технологического инструмента соотношение расходов высоконапорной воды и жидкого азота в истекающей высокоскоростной струе постоянно и не зависит от давления воды, что позволяет задавать его лишь соответствующим, рассчитанным по эмпирической формуле диаметром дроссельной шайбы;

- существует рациональное, с точки зрения показателей эффективности резания, соотношение расходов.

Исследования влияния насыщения высокоскоростной водяной струи жидким азотом на эффективность водоледяного резания показали, что максимальная глубина реза достигается при вполне определенном значении концентрации с (%) увлекаемого жидкого азота, которое не зависит от твердости разрезаемого материала при всех давлениях воды для данного водоледяного инструмента и составляет примерно 25 %.

Результаты проведенных экспериментов приведены в табл. 4, на основании которых получена расчетная формула для определения диаметра дроссельной шайбы системы подачи жидкого азота dN :

Экспериментальные исследования по изучению влияния давления воды Ро и диаметра насадки на глубину реза проводились на образцах резины МБС гост 7338-90.

В ходе экспериментов устанавливалось влияние давления воды Ро на глубину реза h при диаметрах отверстия струеформирующей насадки

dо= 0,00020; 0,00025 и 0,00030 м. Давление воды Ро в опытах изменялось в пределах от 25 до 150 МПа.

Таблица 4 - Результаты исследований влияния концентрации увлекаемого водяной струей жидкого азота на эффективность разрезания ЛНМ

Р, МПа 50 100 150

d0, м dN, м QN, л/с Q0, л/с с, % QN, л/с Q0, л/с с, % QN, л/с Q0, л/с с, %


загрузка...