§8.8. Гидроструйная обработка заготовок

Такой способ основан на воздействии высоконапорной струи на заготовку (рис. 8. 6)

Кинетическая энергия струи приводит к локальным разрушениям. Скорость истечения струи из насадка при давлении до Р= 600 МПа определяется из соотношения

= ^-1/2(2Pg/)^1/2= 1,1^-1/2(2*6000*980/0,001)^1/2= 1030 м/сек.

Заметим, что скорость звука в воздухе составляет 330 м/сек.

При гидроабразивной обработке в струю добавляют абразивные частицы (кремний), которые усиливают эффективность работы, но одновременно приводят к быстрому износу насадок.

Рис. 8.6 Гидродинамическое резание.

Этот метод имеет следущие премущества перед лазерной или кислородно-дуговой обработкой:

1. Нет термического влияния.

2. Нет грата (капель, наплывов, заусенцев материала).

3. Нет пластической деформации.

4. Экологическая чистота.

Насадки или форсунки для этого способа делают из высокопрочных материалов, карбида вольфрама; сапфира.

Диаметр струи составляет 0,07…0,5 мм. Рабочее расстояние от форсунки до обрабатываемого материала 3...25 мм. Форсунки могут перемещаться вручную или по программе.

Силовые нагрузки на обрабатываемый материал малы. Поэтому можно обрабатывать ломкие, хрупкие материалы без повреждения. Допуск - 0,1…0,2 мм. Ширина пропила около 0,28 мм.

При толщине обрабатываемого металла до 200 мм ширина пропила 1,5…2,3 мм.

Вместо жидкости может использоваться газ со взвешенными абразивными частицами. В этом случае инертный газ продавливается через узкую форсунку при Р = 0,7 МПа со скоростью до 300 м/сек. Диаметр струй при этом составляет 0,12…1,25 мм. Абразив: окись алюминия, карбид кремния.

Метод можно использовать для резки, сверления, полирования, гравировки.

§8.9. Ультразвуковая обработка (узо)

Способ (рис.8.7) основан на разрушении материала абразивными зернами под ударами инструмента, колеблющегося с ультразвуковой частотой. Источником энергии является УЗ - генератор тока с частотой колебаний 16…30 кГц. Инструмент получает колебания от УЗ преобразователя с сердечником из магнитнострикционного материала, например никеля, железоникелевых сплавов.

Здесь под действием переменного магнитного поля изменяются размеры сердечника с частотой поля. В резонансном режиме амплитуда колебаний торца сердечника составляет 2- 5 мкм. Для увеличения амплитуды колебаний на сердечнике закрепляют резонансный волновод, приводящий к возрастанию амплитуды до 10...60 мкм. На волноводе монтируют пуансон, под ним заготовка и в зону обработки под давлением или поливом подают абразивную суспензию из воды и абразивного материала. Инструмент поджимают к заготовке силой 1…60 Н. Колеблющийся пуансон- инструмент ударяет по зернам абразива, лежащим на обрабатываемой поверхности, которые скалывают частицы матерала заготовки. Метод применяют для профилирования наружных поверхностей, изготовления деталей сложной формы.

Рис.8.7 Схема ультразвуковой

обработки детали.

УЗО эффективна при выполнении чистовых операций. Выбор сменного инструмента зависит от вида обработкиЮ размеров площади, твердости, мощности УЗ преобразователя.

Точность глухих отверстий до 0,05 мм.

Цитируемая литература:

1. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М. Наука. 1965. 848 с.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М. 1990. Машиностроение. 425с.

3. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов. М. МИСИС. 1998. с. 399.

4. Кондратенко Л.А. Расчет колебаний скоростей движения и напряжений в узлах и деталях машин. Спутник. М. 2008, с. 317.

5. Винокуров В.А., Куркин С.А., Николаев Г.А. Сварные конструкции. М. Машиностроение. 1996. с. 576 .

6. Жук Н.П. Курс коррозии и защиты металлов. М. Металлургия. 1976. С. 472.

7. Прокофьев В.Н. (ред.) и др. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод. Машиностроение. М. 1969, с.495.

8. Седов Л.И. Механика сплошной среды . Т2. М. Наука. 1970. с. 568.

9. Дальский А.М. (ред) Технология конструкционных материалов. М. Машиностроение, 1992. С. 447.

10. Феодосьев В.Н. Сопротивление материалов. М. 2001. ФМЛ. 588с.

11. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К (ред.) Технология машиностроения. Справочник. М. Машиностроение. 1985, с. 655.

12. Аверко - Антонович Ю.С., Омельченко Р.Я., Охотина Н.А., Эбич Ю.Р. Технология резиновых изделий. Л. Химия. 1989. 383 с.

13. Порошковая металлургия. Шатт М. (ред.). М. Металлургия. 1983. 519с.

14. Виноградов В.М., Черепахин А.Л., Шпунькин Н.Ф. Основы сварочного производства. Академия. М. 2008. 268 с.

15. Яковлев А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий. Л. Химия. 1989. 383 с.

16 Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М. Васшая школа. М. 1985. 304 с.

17. Схиртладце А.Г., Соломенцев Ю.М., Коротков И.А., Брызгов С.Г. Технологические процессы машиностроительного производства. М. 2001. Учебная литература. Т.1, с. 302, Т2, с. 339.

ПРИЛОЖЕНИЕ.

Расчет режимов гидрораздачи при создании неразъемного соединения.

Основные положения для расчета режима гидравлического вальцевания труб (по статье Krips H., Podhorsky M. Hydraulisches Aufweiten - ein neus Verfahren zur Befestigungen fjn Rohren.// VGB Kraftwerkstechnik. 56. 1976. № 7. S. 456- 464.).

При гидрораздаче в трубе (вначале) и в трубной доске создается осесимметричное поле напряжений.

Положив напряжения в осевом направлении равными нулю, уравнение равновесия деформируемого элемента запишем в форме

d(r_r)- _= 0, (П.1-1)

где _r, _-соответственно, радиальное и окружное напряжения.

Связь с деформацией записывается следующим образом

_r= dw/dr= E^-1(_r- _), (П1-2)

_= w/r= E^-1(_- _r), (П1-3)

где - коэффициент Пуассона.

Причем _r= r^-1dF/dr; _=d²F/dr²; F- функция напряжений.

Прибегая к условию совместности

d(r_)/dr- _r= 0 (П1-4)

и решая совместно (П1-2…П1-4), получим дифференциальное уравнение

d³F/dr³+ r^-1d²F/dr²- r^-2dF/dr= 0. (П1-5)

Его решение записывается в виде

F= Alg r+ Cr². (П1-6)

Константы А,С находятся из краевых условий

_r= - p_i; _ra= - p_a, (П1-7)

где p_i - давление внутри трубы; p_a - давление снаружи трубы.

Рис.П.1 Сечение трубы

Тогда

A= r²_irr²_a(p_a- p_i)/(r²_a- r²_i); C= 0,5(p_ir²_i- p_ar²_a)/ (r²_a- r²_i). (П1-8)

Напряжения записываются в форме

 _ri= r²_ir²_a(p_a- p_i)/[(r²_a- r²_i)r²] + (p_ir²_i- p_ar²_a)/ (r²_a- r²_i) ,

_= - r²_ir²_a(p_a- p_i)/[(r²_a- r²_i)r²] + (p_ir²_i- p_ar²_a)/ (r²_a- r²_i) . (П1-9)

Используя условие текучести Мизеса, получим эквивалентное напряжение

_F=(²_r- _r_ + ²_ )^1/2= p_i (u²-1)^-1(3u²+ 1)^1/2, (П1-10)

где u= r_a/ r_i.

Тогда внутреннее давление, при котором начинается текучесть волокон внутренней поверхности трубы, равно

pⁱ_i= _F(u²-1)/(3u⁴+ 1)^1/2. (П1-11)

Волокна внешней поверхности начинают течь при давлении

p^a_i= 0,5_F(u²- 1). (П1-12)

Причем от давления p_i перемещение будет

w= p_irE^-1(1+ )(u²- 1)^-1[(r_a/r)²+ (1-)/(1+)],

а от давления p_a-

w= - p_arE^-1(1+ )(1- u^{- 2})^-1[(r_i/r)²+ (1-)/(1+)]. (П1-13)

Условие обеспечения контактного давления записывается в форме

p_i> 2_FR(3u⁴_R+ 1)(u²_p- 1)/[u²_p(1+ )+ 1- ]+ _FR(u²_R- 1)/2, (П1-14)

где _FR - предел текучести трубы; u_p= R_a/R_i (см. рис. П1.2); u_R= r_a/r_i.

Рис.П1.2

Сетка отверстий

Чтобы не было деформации перемычки должно выполняться неравенство

[p_i- _FR(u²_R- 1)/2](u²_p+ 1)/(u²_p- 1)) _Fp, (П1-15)

где _Fp - предел текучести доски,

или при p_i= p_0, граничном давлении, когда отсутствует деформация перемычки,

p₀/_FR  (_Fp/_FR) (u_p ²-1)/ (u_p ²+1)+(u²_R – 1)/2. (П1-16)

На рис. П1.3 приведена зависимость относительного граничного давления от геометрии трубы и трубной доски, из которой для заданной геометрии доски и материала трубы выбирается граничное давление, при котором отсутствует деформация перемычки.

Условие сцепления трубы с доской можно записать в форме

р_н./ (p_i- p₀)= {1+ (u²_p- 1)(u²_R- 1)^-1[u²_R(1- )+1+ ][ u²_p(1+ )+1- ]^-1}^-1. (П1-17)

В дальнейшем принимается _R =  _p= 0,3, E_R= E_p

На рис. П1.4 приведена зависимость относительного давления сцепления р_н от геометрии трубы и доски. По нему при выбранном давлении гидрораздачи p_i определяется давление сцепления после разгрузки.

Пример:

Пусть труба, закрепляемая в коллекторе, имеет следующую геометрию: d_a= 16 мм, d_i= 13 мм; диаметр отверстия в коллекторе D_i= 16,25 мм. В качестве характерного диаметра решетки возьмем аналогично диаметр D_a как показано на рис. 1, т.е. значения для наружной поверхности D_aн= 2[8,1+16,25)- 8,125]= 32,45 мм и внутренней поверхности D_aв = 2[(5,5+16,25)- 8,125]= 27,25 мм.

Характеристики металла трубы и доски: предел текучести металла трубы _FR= 220 МПа; - металла коллектора _Fp= 520 МПа.

Определим безразмерные характеристики трубы и решетки внутренней поверхности коллектора:

u_R= 16/13= 1,23; u_p= 27,25/16,25= 1,68.

Из рис. П1.3 считываем для u_p= 1 и u_R= 1,23 величину P_o/_FR=0,255.

Откуда давление, при котором “течет” труба

Р₁= 0,255х 220= 56,1 МПа.

Из рис. П1.3 считываем для u_p= 1,68 и u_R= 1,23 величину P_o/_FR=0,544.

Откуда давление, при котором деформация разгрузки коллектора равна деформации разгрузки трубы, соответствует величине

Р_o= 0,544x 220= 119,7 МПа.

При этом давление сцепления после разгрузки коллектора определяем из рис. П3.4 для u_R= 1,23; u_p= 1,68 и давления гидрораздачи Р_ш= 196 МПа

P_н/(Р₁- Р_о)= 0.33, т.е.

Р_н= 0,33(196- 119,7)= 25, 18 МПа.

Рис. П1.3 Диаграмма для определения параметров.

Рис. П1-4. Диаграмма

1 НП-011-91 Требования к программе обеспечения качества для атомных станций. 1999. ФНР Я и РБ.

2 Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементраной физике. М. Наука. 1975. 255 с.

3 Чернышев Г.Н. , Иванов С.Д. Устранение противоречий теории упругости и эксперимента посредством учета деформации вещества упругого тела. Проблемы машиностроения и автоматизации № 4, 2003, с. 50-57.

4 Постников В.С. Внутреннее трение. Металлургия. М. 1974. 350 с.

5 Брюханов А.Н., Лахтин Ю.М., Малышев А.И., Николаев Г. Н. , Шувалов Ю.А. Технология металлов. М. Машгиз. 1955., с. 624.

6 Аддитивность- свойство величин, состоящее в том, что значение величин соответствующее целому объекту, равно сумме значений величин, соотвевтсующих его частям, как бы не был разбит объем.

7 Мошнин Е.Н. Гибка и правка на ротационных машинах. М. Машиностроение. 1967. 272 с.

8 Попов В.А.(ред) Материалы в машиностронении. Т5, М.1969, с.544

9 Аврутин Р.Д. “Справочник по гидроприводам металлорежущих станков”. Л. Машиностроение. 1965. 267 с.

10 Абрамов Е.И. и др. Элементы гидропривода. Справочник. Киев.”Texнiка”. 1969. 320 с.

11 Прокофьев В.Н. (ред) и др. “Машиностроительный гидропривод”. М. Машиностроение, 1978, с. 495.

12 Хохлов В.А. и др. “Электрогидравлические следящие системы”. М. Машиностроение, 1971, с. 432.

13 Hayward A.T.J. “Commenit estimer le module de compressibilite des fluides hudrauliques”, Juin, 1970, EFL+ HPA.

14 Кондратенко Л.А. Колебания и методы управления скоростью движения технологических объектов. М. МГОУ. 2005. с. 448.

15 Голдин Н.М., Чистяков В.В., Шатульский А.А. Литниковые системы и прибыли для фасонных отливок. М. Машиностроение. 1992, с. 252.

16 Кузнецов В.Д. Физика твердого тела. т2. Томск. 1941.

17 Клушин М.И. Резание металлов. М. Машгиз. 1958.С.453.

18 Мошнин Е.Н. Гибка и правка на ротационных машинах. М. Машиностроение. 1967. 272 с.

19 Krips H., Podhorsky M. Hydraulisches Aufweiten - ein neus Verfahren zur Befestigungen fjn Rohren.// VGB Kraftwerkstechnik. 56. 1976. № 7. S. 456- 464.).

20 Кондратенко Л.А. Колебания и методы управления скоростью движения технологических объектов. М. МГОУ. 2005. с. 448.

21 Клушин М.И. Резание металлов. М. Машгиз. 1958.С.453.

22 Резников А.Н. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник. М. Машиностроение. 1977. 391 с.

23 Зеленин В.А., Андреев В.А. Сварные соединения труб с трубными решетками в судовых теплообменных аппаратах. Судостроение. Л. 1976. С.81.

24 Аснис А.Е. Динамическая прочность сварных соединений из малоугдеродистой и низколегированной сталей. Машгиз. М. К. 1962. 173с.

25 ПНАГ-032- 90.

26 ПНАГ-017-90

27 ПНАГ-030-90

28 ПНАГ- 019- 90

29 1- Когерентные волны имеют одинаковую частоту, а разность их фаз постоянна. У монохроматической электромагнитной волны электрический и магнитный векторы совершают гармонические колебания одинаковой частоты