CC BY
48
ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОСТРУЙНЫХ ВЫСОКОНАПОРНЫХ СТРУЙ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ
Бурнашов Михаил Анатольевич, д.т.н., доцент, профессор
(e-mail: [email protected]) Барсуков Геннадий Валерьевич, д.т.н., доцент, профессор
(e-mail: [email protected]) Шаблинская Татьяна Николаевна, аспирант ([email protected]) Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева,
г. Орел, Россия
В статье приводится описание гидроструйных технологий для различных операций физико-технической обработки. Дается характеристика специфики обработок водоледяной струей высокого даывления различного назначения. Представлены фотографии эксперниментальных установок разных технологий и схема формирования шлифовального круга.
Ключевые слова: физико-техническая обработка, гидроструйные технологии, разрезание, раскрой, упрочнение, очистка, водоледяная струя.
В последние годы в промышленности важное внимание уделяется проблемам экологии в сочетании с обеспечением необходимого качества продукции, а также рационального ресурсопользования.
Перспективным направлением технологий физико - технической обработки помимо традиционных являются гидроструйные технологии при использовании высоконапорных струй различного состояния и состава.
Физическая сущность гидроструйных технологий состоит в обработке (разрушение, разрезание, упрочнение, очистка) за счет воздействия высокоскоростных струй и повышения кинетической энергии удара. В качестве обрабатываемых материалов могут использоваться листовые, текстильные, рулонированные материалы (в том числе натуральные кожи), горные породы и т.д. Гидрорезанием могут обрабатываться биологические ткани и пищевые продукты. Гидроабразивным резанием успешно проводится утилизация боеприпасов. Подробный анализ технологических возможностей и перспективы развития гидроструйных технологий приведены в работах [16], в которых убедительно показаны преимущества гидроструйных технологий, экологическое совершенство, пожаро- и взрывобезопасность .
Наибольшее применение в промышленности среди многообразия вышеуказанных технологий нашло гидроабразивное разрезание конструкционных материалов.
Классифицировать операции гидрорезания можно следующим образом:
- по виду исполняемых операций — разрезание листовых и рулониро-ванных материалов; прорезание пазов, окон, фигурный раскрой по контуру, пробивка отверстий; обработка поверхностей деталей (очистка и поли-
рование наружных и внутренних поверхностей различного профиля, маркировка);
- по типу обрабатываемых материалов — для разрезания мягких материалов (бумага, картон, кожа, древесина, ткани,, резина и т.д.); для разрезания полимерных листовых материалов; для разрезания металлизированных и фольгированных пластиков (гетинакс, фторопласт, стеклотекстолит и т. п.); для обработки труднообрабатываемых материалов (магнитные материалы, твердые металлы и сплавы и др.);
- по составу гидроструи — обработка чистой водой; абразивно-жидкостной струёй (в том числе водоледяной); водополимерной струей;
- по физическому воздействию струи на обрабатываемый материал — непрерывной жидкостной струёй постоянного давления; импульсной; пульсирующей с наложением вибраций;
Развитием способа гидроабразивного резания является водоледяной способ раскроя неметаллических материалов. Авторами были проведены экспериментальные исследования при раскрое резины, листовых пластиков, рулонированных материалов [1]. На рис. 1 показана экспериментальная установка, состоящая из соплового аппарата, трубопроводов и сосуда Дюара с жидким азотом. Высокоскоростной поток воды, протекая через сопловый аппарат увлекает из сосуда Дюара жидкий азот. В специальной камере смешения происходит интенсивный теплообмен потока воды (периферийных капель) и жидкого азота. При этом формируются частицы льда, которые затем вместе с основным потоком устремляются из коллиматора и воздействуют на раскраиваемый материал. Пакет раскраиваемого материала располагается на специальном столе с решетчатой поверхностью для выхода струи и продуктов резания. Экспериментальные исследования проводились при следующих режимах: давление воды 150 Мпа, диаметр сопла 0,3 мм, диаметр коллиматора 1 мм, диаметр шайбы системы подачи жидкого азота 0,2 мм, расстояние от коллиматора до обрабатываемого пакета 7 мм, подача соплового аппарата 150 мм/мин, толщина резания 70 мм. Для разрезания более твердых материалов при сохранении производительности классического гидроабразивного раскроя, например металлов, водоледяное разрезание не непригодно.
Однако не для раскроя материалов, а, например, для формирования фасонных шлифовальных кругов, способ воздействия высоконапорной водо-ледяной струей может быть применим. Такие работы авторами были проведены [7]. На рис. 2 показан способ формирования фасонного шлифовального круга водоледяной струей. Такие шлифовальные круги могут быть использованы для обработки материалов, свойственных к образованию прижогов при повышенных значениях подачи при традиционных технологиях шлифования.
Интересной с технологической точки зрения является технология упрочнения при воздействии гидроструи на обрабатываемую поверхность. С энергетической точки зрения целесообразнее использовать для поверхно-
стно-пластического деформирования не чистую водяную высоконапорную струю, а водоледяную струю. В данном случае дополнительное ударное воздействие ледяных частиц помимо водяного напора создает большие локальные напряжения при упрочнении поверхности. Наиболее актуально водоледяное упрочнение при обработке труднодоступных поверхностей дна в деталях типа гильз, где традиционным механическим инструментом произвести поверхностное деформирование трудно, а иногда и невозможно.
1) 2) Рисунок 1 - 1) - сопловый аппарат, сосуд Дюара, трубопроводы, раскраиваемый марериал и стол установки для водоледяного разрезания; 2) - фотография процесса разрезания водоледяной струей; внизу - схема соплового аппарата.
Следующей привлекательной гидроструйной технологией обработки деталей машин является водоледяная очистка. Авторами были проведены предварительные экспериментальные исследования данной перспективной технологии. На рисунке 3 представлена экспериментальная установка для водоледяной очистки деталей машин. Абразивный материал при традиционной гидроабразивной очистке необходимо постоянно обновлять, что
требует постоянных финансовых вложений. Использование льда вместо песка значительно удешевляет технологию гидроструйной очистки при сохранении эффекта удара частиц о загрязнения.
Жидкий азот
ВиГ=400МПа
Рисунок 2. -Способ формирования фасонного шлифовального круга (где 1 -формируемая винтовая канавка в шлифовальном круге; 2 - шлифовальный круг; 3 - корпус; 7, 8 - трубопроводы; 10 - формирующая водоледяная
струя как инструмент)
Рисунок 3 - Экспериментальная установка для водоледяной очистки деталей машин
Способ имеет преимущества в сравнении с другими способами очистки:
1. Практически отсутствует вредное воздействие на окружающую среду;
2. Низкая себестоимость технологии очистки;
3. Нет надобности в транспортировании, хранении и утилизации абразивного материала;
4. Устранение шаржирования обрабатываемой поверхности;
5. Абразивные частицы не остаются в труднодоступных частях деталей узлов;
6. Отсутствие пыли и гари в процессе очистки;
7. Малый износ соплового аппарата.
Список литературы
1. Степанов Ю. С., Бурнашов М. А., Головин К. А. Прогрессивные технологии гидроструйного резания материалов. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. — 318 с.
2. Harris I. D. Abrasive Water Jet Cutting and its Applications at the Welding Institute, Welding Institute Research Bulletin, Vol.19, February, 1988, P.42 - 49.
3. Бреннер В. А., Пушкарев А.Е., Головин К. А. Исследование гидроабразивного разрушения горных пород//Экология и безопасность жизнедеятельности/Известия Тульского государственного университета. Выпуск 3. - Тула, 1997.- С. 94 - 97.
4. Тихомиров Р. А., Гуенко В.С. Гидрорезание неметаллических материалов.- Киев.: Техника, 1984. - 149 с.
5. Розанов В.В., Кудряшов Ю.И., Сысоев Н.Н., Сальников С.К. Гидрорезание биологических тканей. М.: НЭЦВ ФИПТ, 1999. - 187 с.
6. Гордиенко А.В. Разработка и исследование оборудования для водорезания пищевых продуктов // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Донецкий национальный университет экономики и торговли им. Михаила Туган - Барановского - Донецк, 2010. - 18 с.
7. Prezhbilov A. Study of energy parameters of machine parts of water-ice jet cleaning applications / Prezhbilov A., Burnashov M. // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science and Engineering. -2018. Vol. 327 - P. 1 -9.
Burnashov Mikhail Anatolievich, Doctor of Engineering Science, Professor (e-mail: [email protected])
Barsukov Gennadiy Valeriavich, Doctor of Engineering Science, Professor (e-mail: [email protected])
Shablinskaya Tatiana Nikolaevna, postgraduate (e-mail: [email protected]) Oryol State University named after I.S. Turgenev, Russia THE USE OF WATER-JET HIGH-PRESSURE JETS FOR DIFFERENT OPERATIONS AND PHYSICAL-TECHNICAL PROCESSING
Abstract. The article describes the hydrojet technologies for various operations of physical and technical processing. Given the characteristics of the specific treatments vodoledyanogo jet of high davleniya for various purposes. Photos of experimental installations of different technologies and the scheme offormation of a grinding wheel are presented. Keywords: physico-technical treatment, water-jet technologies, slicing, cutting, hardening, cleaning, water-ice jet.
