3 Установки для раскроя гидрорезанием

3.1 Физическая сущность процесса гидрорезания

Для упрощения физической модели процесс разрушения материала условно делят [13] на две основные стадии. Первая характеризуется деформацией поверхности и уплотнением материала без потерь массы, вторая отличается образованием и слиянием трещин, максимальной скоростью выноса материала.

Для первой стадии вводят следующие предположения: жидкость струи является идеальной, она лишена вязкости; ширина реза равна диаметру выходного отверстия сопла; сверхзвуковая струя жидкости (ССЖ) создает на поверхности контакта равномерное давление, соответствующее давлению гидравлического удара; энергия ССЖ расходуется на работу деформации материала; величина вертикального перемещения плоскости резания под действием ССЖ равна глубине проникновения в материал плоского кругового штампа одинакового с ней радиуса при том же давлении.

Для определения времени t1 деформации материала на первой стадии разрушения пользуются формулой [14]:

1

(3.1)

где 2 – вертикальное упругое перемещение материала, мм;

4 – скорость ССЖ непосредственно перед поверхностью материала, м/с.

Вторая стадия процесса характеризуется образованием трещин в зоне пластической деформации и последующим выносом материала за счет их развития и слияния. При этом обрабатываемая поверхность подвергается следующим изменениям: пластическим деформациям, деформациям сдвига и скалывания.

Для построения математической модели разрушения материала на второй стадии резания применяют следующие предположения: режущая ССЖ состоит из начальной и основной областей (рис. 3.1); динамическое давление ССЖ в пределах начальной области равно динамическому давлению струи на выходе из сопла; разрушение происходит в том случае, если среднее динамическое давление в поперечном сечении ССЖ превышает твердость материала.

На рис. 3.1 обозначены:5 – радиус выходного отверстия сопла; 7 – динамическое давление ССЖ при выходе из сопла; 8 – динамическое давление ССЖ основной области; 9 – радиус ССЖ; 10– динамическое давление ССЖ при соприкосновении с материалом; 11 – длина начального участка ССЖ; 12– расстояние от сопла до площади контакта ССЖ с материалом; z – радиальное расстояние от оси ССЖ до точки окончания действия эквивалентной гидродинамической силы.

13
Рисунок 3.1
Схема расширения струи в воздухе

Полное время t2 проникновения ССЖ в материал на второй стадии разрушения определяется по формуле [14]

14

(3.2)

где 15– твердость материала, НВ;

16– радиус эффективной части ССЖ, мм;

17 – толщина обрабатываемого материала, мм;

18 – эффективное динамическое давление ССЖ, МПа;

6 – динамическое давление ССЖ на выходе из сопла, МПа;

19 – коэффициент гидравлического сопротивления;

20 – радиус выходного отверстия сопла, мм.

За период 21 материал переместится в горизонтальном направлении на расстояние 2Rc. Тогда скорость U подачи сопла относительно материала будет определяться по формуле [14]:

22

(3.3)

Таким образом, изменяя величину давления рабочей жидкости или периметр сопла, то есть изменяя величину подаваемой энергии на единицу поверхности материала, можно в каждом конкретном случае рассчитать продолжительность обработки различных материалов, а, следовательно, и производи­тельность гидроустановки.

Работа разрушения, совершаемая жидкостной струей в микрообластях зоны резания, происходит за счет потери ею кинетической энергии при встрече с обрабатываемым материалом.

Сила воздействия струи Р на материал в зоне резания может быть определена по уравнению Бернулли [14]

23

(3.4)

где24 – масса жидкости;

3– скорость истечения ССЖ из сопла.

Под Q обозначим объем расхода жидкости, а под p – плотность жидкости.

Так как 25то

26

(3.5)

Выражение (3.5) позволяет установить, что сила воздействия ССЖ на материал прямо пропорциональна скорости истечения струи из сопла.

Исследования Л. Ф. Верещагина, А. А. Семерчака [14] истечения струи жидкости из сопла диаметром 0,2 0,8 мм при давлении р до 150 МПа показали, что для случая идеальной жидкости в определенных пределах давлений можно использовать уравнения Бернулли. Авторы сделали вывод, что при р = 300 – 400 МПа сжимаемость жидкости не играет большой роли, и предложили определять скорость струи в зависимости от дав­ления по формуле

27

(3.6)

Согласно этой формуле сила воздействия ССЖ на мате­риал находится в прямой зависимости от давления истечения жидкости.

Кроме того, плотность струи жидкости прямо влияет на силу резания, так как струя должна обладать определенной вязко­стью и способностью противостоять интенсивной аэрации ССЖ.

   
© ALLROUNDER