Повышение эффективности гидрорезания средствами акустической эмиссии

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ского государственного университета им. Н.А. Не- 6. Сигорский В. П. Математический аппарат ин-красова. — 2014. — № 1. — С. 29−31. женера.- Киев: Техника, 1977. — 765 с.
УДК 621. 9
галиновский Андрей Леонидович
доктор педагогических наук Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
galcomputer@yandex. ru
зосимов Матвей Бладимирович
кандидат технических наук Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова
zosimov@inbox. ru
Моисеев Валерий Александрович
кандидат технических наук Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
moiseev56@mail. ru
Хафизов Максим Васильевич
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
m-khafizov@mail. ru
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОРЕЗАНИЯ СРЕДСТВАМИ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
В статье рассматриваются вопросы повышения эффективности гидрорезания за счет управления качеством обработки с применением метода акустической эмиссии (АЭ), который хорошо зарекомендовал себя при выборе рациональных режимов токарной и ультразвуковой обработки материалов. Опытным путем установлено, что мощность АЭ отражает характер изменения производительности гидрорезания. Эксперименты проведены при варьировании угла взаимодействия ультраструи с поверхностью материала и расстояния от среза фокусирующей трубки до поверхности образца. Рассмотрено влияние спрееобразования на интенсивность акустического излучения, пропорционально увеличивающегося с ростом расстояния от среза фокусирующего сопла до поверхности образца. Установлено, что применение данного метода может быть целесообразно с практической точки зрения для оперативного выбора рациональных режимов гидрообработки, в особенности когда осуществляется переход на резание новых материалов. Показана необходимость дальнейших исследований по уточнению влияния спрея ультраструи на мощность акустического излучения в целях повышения точности определения оптимальных режимов ультраструйной обработки. Утверждается, что аналогичные результаты могут быть получены при решении вопросов оптимизации гидроабразивной резки материалов.
Ключевые слова: ультраструйная обработка, гидрорезание, технологические режимы, акустическое излучение.
Ультраструйная технология имеет заметное число варьируемых технологических параметров, причем как очевидных, так и латентных. К параметрам ультраструйной обработки материалов и жидкостей относятся: скорость подачи гидро-, гидроабразивной струи (?, мм/с) — твердость обрабатываемого материала (НЕС) — толщина обрабатываемого материала (Н, отн. ед.) — шероховатость поверхности (Ег, мкм) — температура ультраструи (Т, °С) — глубина гидрокаверны, (Н, мм) — расход абразива (с, г/мин) — унос массы материала вследствие эрозии (Ат, мг) — величина валика пластического оттеснения материала (Ь, мкм) — давление жидкости, создаваемое насосом высокого давлении (Р, МПа) — АЭ — акустическая эмиссия- газонасыщение струи жидкости / суспензии (^ отн. ед.).
Многие из перечисленных параметров являются малоизученными, в особенности их взаимного влияния и взаимосвязи. Опираясь на многолетний опыт освоения ультраструйных технологий и системный анализ результатов исследований [3- 4- 6−8], мы получили свои качественно-количественные результаты числа взаимосвязей для параметров гидроструй-
ной обработки материалов и жидкостей. Определено, что в настоящее время установлено только около 40% возможных взаимосвязей параметров. Также отмечается недостаточная изученность их влияния на уровень акустического излучения.
Наряду с расходом абразива и варьированием давления в гидросистеме, для которых во многом уже решены вопросы выбора рациональных режимов, в частности по критерию обеспечения максимальной производительности и минимальной себестоимости реза [9], существует группа других оптимизируемых параметров, имеющих важное значение для обеспечения повышения эффективности ультраструйной обработки. В [2- 5] показано, что изменение угла взаимодействия ультраструи и поверхности образца а, а также варьирование расстояния от среза фокусирующего сопла до него Ь позволяет повысить производительность резания. Вместе с тем в настоящее время отсутствуют необходимые для реализации этих идей методики выбора данных параметров.
В контексте решаемой задачи по разработке экспресс-метода определения рациональных режимов ультраструйной обработки материалов опыт-
© Галиновский А. Л., Зосимов М. В., Моисеев В. А., Хафизов М. В., 2014 Вестник КГУ им. H.A. Некрасова М- № 6, 2014
59
системотехника
Эксперимент по определению взаимосвязи технологических и акустико-эмиссионных параметров ультраструйной обработки материалов
Гидрорезание (ГР)
t 1 г
ГР при ГР при
a^var L^var
Гидроабразивное резание (ГАР)
1 г 1 г
ГАР при a^var ГАР при L^var
1 i 1 1
Запись сигнала акустической эмиссии, расчет мощности сигнала по критерию
MARSE
Обработка экспериментальных данных, оформление результатов, получение зависимостей искомых параметров
a (H) — а (АЭ) — а (m)
L (H) — ЦАЭ) L (m)
a (H) — а (АЭ) — a (m)
L (H) — L (АЭ) L (m)
Выдача практических результатов по выбору рациональных режимов ультраструйной обработки по информативным критериям АЭ
Рис. 1. Этапы проведения экспериментов по определению взаимосвязи технологических и акустико-эмиссионных параметров ультраструйной обработки материалов
ным путем установим связь между отдельными технологическими и акустико-эмиссионными параметрами. Основные этапы эксперимента приведены на рис. 1.
К ультраструйной обработке относится гидро-и гидроабразивное резание. В обстановке масштабности исследований, из двух обозначенных способов далее более подробно остановимся на изучении гидрорезания.
Эксперимент проводился на установке FLOW (США) в Центре гидрофизических исследований МГУ им. М. В. Ломоносова. Были выбраны следующие параметры технологических режимов:
— давление рабочей жидкости, P = 410 МПа-
— скорость подачи сопловой головки, S = 2 мм/с.
В качестве материала мишени выступал алюминиевый сплав Д16Т, выбранный по причине невысоких физико-механических характеристик и хорошей обрабатываемости.
Вопрос варьирования расстояния от среза фокусирующего сопла до поверхности образца легко решаем за счет технических возможностей используемого оборудования. Для рассматриваемого случая применима разработанная в [1] схема проведения эксперимента. Для обеспечения изменения угла взаимодействия ультраструи и поверхности преграды образец закреплялся в специальных поворотных синусных лекальных тисках, что показано на рис. 2. Показания акустической эмиссии снимались с помощью осциллографа АКИП с широкополосным акустическим датчиком (частотный диапазон 1−500 КГц). Мощность сигнала оценивалась по критерию MARSE (Measured Area of the Rectified Signal Envelope — измеренная площадь под
огибающей сигнала). Измерение проводилось на центральном участке гидрокаверны.
В первой части экспериментов проводилась ультраструйная обработка поверхности образцов при углах взаимодействия от -60° до +60° (рис. 3а). Для каждого случая измерялась глубина образовавшихся гидрокаверн и акустическая эмиссия, рассчитывался параметр MARSE. После этого данные заносились в таблицу и по ним строились экспериментальные зависимости.
В результате ультраструйного воздействия жидкости на поверхности образца образовались гидро-
Рис. 2. Схема экспериментальной установки. 1 — исследуемый образец- 2 — высокоскоростная струя жидкости- 3 — струйная головка- 4 — датчик АЭ- 5 — осциллограф- 6 — компьютер- 7 — опоры- 8 — прижим- 5& quot- - подача режущей головки- Ь. — расстояние, принимаемое за неизменное-
среднее, А 7 А 1
а — угол наклона образца- ^ - усилие прижима датчика АЭ к образцу
13 8
а) б)
Рис. 3. Участки гидрокаверн в центральной части образцов, полученные на различных режимах обработки (а — при различном угле а- б — при различном расстоянии до поверхности образца)
каверны различной глубины и ширины (рис. 3). Из схемы эксперимента видно, что, кроме угла взаимодействия а, также изменяется и расстояние Ь, и для измерений глубины гидрокаверны было установлено фиксированным значение Ь., равное
т, А среднее^ А
12 мм. С целью исключения влияния краевых эффектов, связанных с неустановившимся режимом работы гидрооборудования, измерения производились на центральной части образца.
Глубины гидрокаверн Н измерялись при помощи металлографического микроскопа МИМ-1600Б, макро- и микрометрические винты которого обладают шкалами, отображающими изменение расстояния. Учитывая наличие шероховатости поверхности на дне гидрокаверны, измерения глубины проводились по 10 точкам с последующим расчетом их среднего значения.
Во второй части эксперимента проводилась ультраструйная обработка поверхности образцов для расстояний от среза фокусирующего сопла до поверхности образца в диапазоне от 2 до 20 мм (рис. 3б). Аналогичным образом были измерены глубины образовавшихся гидрокаверн и значения акустической эмиссии.
Получив в результате эксперимента значения глубин гидрокаверн, нами была рассчитана производительность обработки т (мг/с) для обозначенных случаев. Для оценки геометрических характеристик площади сечения гидрокаверн образцы были разрезаны перпендикулярно рассматриваемым трассам (рис. 3).
Из полученных данных для гидрорезания при переменном угле, а следует, что в целом мощность АЭ отражает характер изменения производительности гидрорезания как для отрицательных, так и для положительных углов взаимодействия ультраструи с поверхностью материала (рис. 4). С практической точки зрения по максимальному значению мощности АЭ можно говорить о рациональном режиме обработки по критерию максимальной производительности. Однако в данном случае было отмечено увеличение ширины гидрокаверны вблизи поверхности, что связано с увеличением площади ультраструи и ее спрееобразованием. Такое поведение отражено перехлестом графиков а (Ь) и а (т). Следовательно, если технологическая задача требует обеспечения высокого качества реза, следует по данным АЭ-анализа провести дополнительные эксперименты на углах, близ-
параметры гидрорезания в зависимости от угла атаки струи
Ч
о ?0 т
О
П-
5
5
мм/с ^
А
А
/ X
¦
? ¦ ?
¦ производительность по объему
& gt-- л ¦ производительность по глубине, А мощность акустического сигнала X мощность сигнала (с отсечением спрея)
о
-90,00
45,00 «СО

а.
35,00 & lt-
30,00 ГС с-
ГС
«» I
л I-и О X
3 о ?
10,00
0,00
-70,00 -50,00
-30,00 -10,00 10,00 30,00 50,00 70,00 90,00
угол между осью сопла и нормалью к мишени, град.
Рис. 4. График изменения параметров гидрорезания в зависимости от угла между осью фокусирующего сопла и нормалью к мишени
системотехника
параметры гидрорезания в зависимости от расстояния до мишени
Л 3,50%
S
S 3,00 -U
ю
° 2,50
л
0 2,00
1 л
н S
ч:
S 1,00 —
0,50
0,00
3,50
1,50 — «! 1,50
О
1,00
0,50
0,00
¦ производительность по объему В производительность по глубине, А мощность акстического сигнала X мощность сигнала (с отсечением спрея)
0,00
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00 10,00 12,00 14,00 расстояние до среза сопла, мм
Рис. 5. График изменения параметров гидрорезания в зависимости от расстояния между фокусирующим соплом и обрабатываемым материалом
ких к рациональным. Это также позволит сократить безвозвратный унос материала и повысит экономическую эффективность обработки.
Из рис. 5 видно, что для различного расстояния Ь изменение значения мощности сигнала АЭ имеет два характерных участка. Первый характеризуется пропорциональным увеличением мощности в диапазоне варьируемого расстояния Ь от 2 до 4 мм. Это объясняется ростом производительности в связи с минимизацией тормозного обратного действия ультраструи, характерного для малых расстояний Ь. Второй участок отличается разно-направленностью производительности гидрорезания и изменением мощности АЭ. В данном случае рост АЭ связан с интенсивным спрееобразованием ультраструи и заметным увеличением пятна контакта. Следует отметить, что влияние спрея на акустическую картину в зоне взаимодействия ультраструи и преграды можно оценить путем проведения дополнительного эксперимента с отсечением юбки спрея на участке выхода ультраструи из сопла.
Учитывая, что оптимальное значение расстояния Ь лежит в довольно узких границах и зависит от обрабатываемого материала в незначительной степени, нами предлагается значение, равное 4 мм, принять за эталон. Причем это наше предложение хорошо согласуется с экспериментальными данными других исследователей [2 и др.] и рекомендациями производителей гидроструйного оборудования.
Примечание
1 Работа выполнялась в соответствии с грантом РФФИ № 12−08−33 022 мол_а_вед «Разработка теоретических основ гибридной диагностики материалов и технологических покрытий».
Библиографический список
1. Абашин М. И. Ускоренное определение параметров качества поверхностного слоя материала
изделии по результатам воздействия на него сверхзвуковой струи жидкости: автореф. … дис. канд. техн. наук. — М., 2013. — 17 с.
2. Авакян В. А., Агасарян Р. Р., Дохинян Р. Т. Технологии и конструкции станков для струйно-абра-зивной обработки: метод. рекомендации НПСО «Армстанок». — М.: ВНИИТЭМР, 1990. — 40 с.
3. Барзов А. А., Галиновский А. Л., Пузаков В. С. Ультраструйные технологии жидкостей и суспензий. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. — 250 с.
4. Барсуков Г. В., Алюшин Е. Г., Шоркин В. С. Совершенствование технологии гидроабразивного резания на основе направленных вибраций материала // Наукоемкие технологии в машиностроении. — М., 2012. — № 5. — С. 3−6.
5. ГалиновскийА.Л., Сальников С. К. Анализ влияния и оптимизации кинематического фактора на повышение эффективности ультраструйной обработки // Проблемы качества машин и их конкурентоспособности: материалы 6-й международной научно-технической конференции. — Брянск: БГТУ 2008. — С. 285−286.
6. Гидроабразивное резание горных пород / В. А. Бреннер, А. Б. Жабин, А. Е. Пушкарев, М. М. Щеголевский. — М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 2003. — 279 с.
7. Ерухимович Ю. Э. Математическое моделирование и совершенствование метода расчета эффективности процесса резания горных пород гидроабразивным инструментом: автореф. … дис. канд. техн. наук. — Тула, 1999. — 16 с.
8. Степанов Ю. С., Барсуков Г. В., Алюшин Е. Г. Современные технологии гидро- и гидроабразивной обработки заготовок // Наукоемкие технологии в машиностроении. — М., 2012. — № 6 — С. 15−20.
9. Тарасов В. А., Галиновский А. Л., Елфи-мов В. М. Эрозионное изнашивание обрабатываемой поверхности при циклическом нагружении потоком абразивных частиц // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. — 2008. — Спец. вып. — С. 163−174.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой