125036 (Гидроабразивная обработка. Обработка взрывом)

Псковский Государственный Политехнический Институт

Реферат

На тему: «Гидроабразивная обработка. Обработка взрывом»

Псков 2010

Содержание

Гидроабразивная обработка

Преимущества технологии гидроабразивной резки

Недостатки данной технологии

Что можно резать с применением гидроабразивной технологии?

Обработка деталей взрывом

Энергоносители

Основные технологические параметры при гидровзрывном формообразовании

Технологическое оборудование при гидровзрывном формообразовании

Производство изделий деформацией взрывом

Вывод

Список литературы

Гидроабразивная обработка

В основе технологии гидроабразивной резки лежит принцип эрозионного воздействия смеси высокоскоростной водяной струи, выступающей в качестве носителя, и твердых абразивных частиц на обрабатываемый материал.

Физическая суть механизма гидроабразивной резки состоит в отрыве и уносе из полости реза частиц разрезаемого материала скоростным потоком твердофазных частиц. Устойчивость истечения и эффективность воздействия двухфазной струи обеспечиваются оптимальным выбором целого ряда параметров резки, включая давление и расход подаваемой воды, а также расход и размер частиц абразивного материала

Практически данный принцип реализуется следующим образом

В установке гидроабразивной резки вода под давлением порядка 4000 атмосфер, создаваемым насосом высокого давления, подается в сопло с профилированным каналом, в котором формируется высокоскоростная водная струя.

Затем водная струя попадает в смесительную камеру режущей головки, где она захватывает поступающие туда абразивные частицы, в результате чего образуется водоабразивная смесь. Далее полученная смесь разгоняется в смесительной трубке (диаметром около 1 мм) до сверхзвуковой скорости (порядка 900-1200 м/с).

Эта высокоскоростная водоабразивная струя и используется в качестве универсального режущего инструмента. После резки материала остаточная энергия струи гасится специальной водяной ловушкой.

Режущая головка устанавливается на устройстве позиционирования координатного стола и может перемещаться при помощи электроприводов по трем координатам с рабочими ходами, обусловленными габаритами координатного стола.

Гидроабразивная обработка является не только альтернативой механической, лазерной, ультразвуковой и плазменной резке, но и в некоторых случаях (резка многослойных, сотовых и композиционных материалов, керамики) единственно возможной.

Гидроабразивная резка особенно эффективна при резке многих труднообрабатываемых материалов: титановых сплавов, различных видов высокопрочных керамик и сталей, а также композитных материалов. При их гидроабразивной резке не создается разрывов в структуре материала, который, таким образом, сохраняет свои первоначальные свойства.

Гидроабразивная струя не изменяет физико-механические свойства материала и исключает деформацию, оплавление и пригорание материала.

Преимущества технологии гидроабразивной резки:

Универсальность

Возможность использования одной и той же установки для резки широкого спектра материалов, без смены или переналадки режущего инструмента.

Диапазон толщин разрезаемых материалов от 0,1 до 300 мм.

Низкая температура в зоне реза 60-90ºС

Образующееся в процессе резания тепло практически сразу уносится водой. В результате не происходит заметного повышения температуры заготовки, что обеспечивает по сути «холодный» рез всех материалов. Это позволяет при использовании гидроабразивной технологии: исключить оплавление и пригорание материала в прилегающей зоне;

• исключить выгорание легирующих элементов в легированных сталях и сплавах;

• исключить появление разрывов в структуре материала и ухудшение первоначальных свойств материала;

• исключить температурную деформацию заготовки;

• исключить необходимость дополнительной механической обработки поверхности реза заготовки, вследствие чего повысить производительность и уменьшить себестоимость изготовления деталей.

Высокая точность резки Резка по контуру любой сложности

При гидроабразивной обработке можно воспроизводить контуры любой сложности. Струя жидкости по своим техническим возможностям приближается к идеальному точечному инструменту, что позволяет обрабатывать профиль любой сложности с заданным радиусом закругления, поскольку ширина реза составляет от 1 до 1,5 мм.

Хорошее качество поверхности реза

Условно шероховатость получаемой на установках гидроабразивной резки поверхности реза можно разделить на три категории качества поверхности реза, которые примерно можно соотнести со следующими величинам шероховатости: отличное – Ra 5 - Rz 20; хорошее – Rz 60-120; удовлетворительное – Rz 260-320.

При необходимости возможно получения финишной поверхности с шероховатостью Ra 1,5-2,5 мкм при соответствующем подборе технологических параметров установки и скорости реза, что позволяет применять технологию гидроабразивной резки не только в заготовительном производстве, но и для чистовой резки деталей.

Экономичность процесса

Технология гидроабразивной резки наряду с достаточно высокой скоростью резки широкого диапазона толщин различных материалов позволяет дополнительно повысить производительность за счет:

• сокращения количества либо полного исключения сопутствующих технологических операций (предварительное сверление отверстий, смена или переналадка режущего инструмента, последующая механическая обработка детали);

• экономии времени на механическое закрепление заготовки на координатном столе;

• уменьшения времени холостого хода режущей головки, вследствие возможности резки тонколистовых материалов в многослойном пакете.

Кроме всего вышеперечисленного, использование гидроабразивной технологии позволяет значительно уменьшить потери материала при резке, как за счет малой ширины реза, так и за счет сокращения припусков на дополнительную мехобработку.

Экологическая чистота и полное отсутствие вредных газовыделений

Для осуществления процесса гидроабразивной резки не требуется никаких газов, а низкая температура реза не вызывает выделения вредных газов из материалов, подвергающихся резке.

Используемый в качестве абразивного материала гранатовый песок безвреден для здоровья операторов, поскольку не вызывает профессиональных заболеваний, и отходы его могут быть использованы в как в строительных растворах, так и для других целей.

Полная пожаро- и взрывобезопасность

Поскольку при гидроабразивной резке нет накапливаемого тепла и отсутствуют какие-либо газы, технология является взрыво- и пожаробезопасной. Это позволяет осуществлять рез даже взрывчатых веществ, например, при утилизации боеприпасов.

Недостатки данной технологии

• Недостаточно высокая скорость реза тонколистовой стали;

• Ограниченный ресурс отдельных комплектующих и режущей головки.

• Невозможность повторного использования абразивного материала.

Что можно резать с применением гидроабразивной технологии?

При помощи гидроабразивной струи резать можно практически любые материалы:

• черные металлы и сплавы;

• труднообрабатываемые легированные стали и сплавы (в том числе: жаропрочные и нержавеющие);

• цветные металлы и сплавы (медь, никель, алюминий, магний, титан и их сплавы);

• композиционные материалы;

• керамические материалы (керамогранит, плитка);

• природные и искусственные камни (гранит, мрамор и т. д.);

• стекло и композиционное стекло (триплекс, бронестекло, армированное стекло, стеклотекстолит и т. п.);

• пористые и прозрачные материалы;

• сотовые и сэндвич-конструкции;

• бетон и железобетон.

Резка мягких материалов, таких как полиуретан, поролон и другие пеноматериалы, пластмассы, кожаные изделия, картон, ткани и т. п. осуществляется только струей воды без добавления абразива. Применяется также и в пищевой сфере, для порезки и порционирования пищевых продуктов.

Обработка деталей взрывом

Взрывная обработка – способ механической обработки металлов (сварки, штамповки, упрочнения), основанный на использовании энергии взрыва.

При сварке взрывом происходит соударение деталей и образуется кумулятивная струя металла, сваривающая детали. Штамповка заключается в мгновенном (мс,мкс) приложении к листовой заготовке механических напряжений, значительно превышающих предел упругости материала.

Формообразование взрывом получило достаточно широкое распространение в различных областях машиностроения как в нашей стране, так и за рубежом. Это один из первых, наиболее исследованных методов высокоскоростного деформирования материалов (впервые чеканка железа осуществлена в 1888г, а промышленное использование метода началось с 1950г.). Обладая высокой удельной и общей энергоемкостью и эффективностью взрывчатые вещества (ВВ) позволяют деформировать (и сваривать) детали больших габаритов из высокопрочных материалов с высокой точностью. Этим методом изготавливаются детали различной конфигурации и размеров из плоских и фасонных листовых заготовок. Такой метод по сравнению с процессами листовой штамповки на прессах характеризуется следующими преимуществами: упрощенной конструкцией оснастки, возможностью формовки крупногабаритных деталей из высокопрочных сталей и сплавов.

Наиболее широкое применение в производстве получил метод штамповки взрывом с использованием воды как среды для передачи давления от заряда взрывчатого вещества к заготовке (гидровзрывное формообразование). Типичная схема представлена на рис. 3.1

Метод заключается в том, что штампуемую заготовку 1 укладывают на матрицу 2 и прижимают с помощью прижимного кольца 3. На определенном расстоянии над заготовкой помещают заряд ВВ 5. Матрицу с заготовкой и зарядом опускают в бассейн 5 с водой 6. Часть энергии, высвобождаемой при взрыве заряда, передается через воду заготовке, которая деформируется, принимая форму поверхности 7 матрицы 2. Чтобы воздух под заготовкой не препятствовал ее перемещению, происходящему с большой скоростью, полость матрицы под заготовкой вакуумируют с помощью специальной системы через отверстие 8.

Существуют также другие схемы передачи энергии от заряда к заготовке при штамповке взрывом: продукты взрыва воздействуют непосредственно на заготовку; заготовку штампуют жидкостью, давление в которой создает поршень, возбуждаемый силой взрыва. Выбор схемы зависит от размеров и сложности штампуемых изделий, материала, программы выпуска, производственных условий и ряда других факторов.

Штамповка деталей с использованием энергии взрыва имеет ряд существенных преимуществ: снижается стоимость инструмента, т.к. используется только матрица, а не комплект штампа (матрица и пуансон). Сама матрица изготавливается из более дешевого материала; не требуется больших капиталовложений на прессовое оборудование, хотя некоторые капиталовложения необходимы для создания устройств и взрывных приспособлений; некоторые детали гораздо проще изготавливать путем взрывной обработки, в частности несимметричные детали; возможно изготавливать сложные детали или даже конструкции, как единое целое, а не из отдельных частей, соединяемых с помощью сварки; обеспечивается хорошее качество поверхности, более высокие допуски; исключается в некоторых случаях промежуточная термообработка вследствие более полного использования пластических свойств металла и создания более благоприятной схемы напряженно-деформированного состояния. Однако имеется и ряд трудностей: требуются более сложные меры по обеспечению техники безопасности, установка дистанционного управления, подготовка квалифицированного персонала.

Также в производстве используется методы сварки и упрочнения взрывом.

При сварке взрывом происходит соединение деталей за счет совместной пластической деформации в результате соударения, вызванного взрывом быстродвижущихся соединяемых частей.

Соединяемые детали, одна из которых неподвижна, располагают на некотором расстоянии (или под определенным углом) друг от друга. На подвижную заготовку 3 кладут взрывчатое вещество 2 с детонатором 1. При срабатывании детонатора происходит процесс разложения взрывчатого вещества, создавая давление, распространяющееся позади фронта детонации. В результате этого подвижная заготовка получает ускоренное движение, направленное в сторону неподвижной заготовки 4. Соударяясь заготовки получают взаимную пластическую деформацию, необходимую для прочного соединения.

Одним из перспективных способов деформационного упрочнения является воздействие на металлы и сплавы ударных волн, реализующихся при взрыве бризантных взрывчатых веществ. Эффект упрочнения обусловлен тем, что в результате взрывного нагружения в металле повышается плотность дефектов кристаллического строения, в основном дислокаций.

Энергоносители

К источникам энергии при обработке металлов взрывом относятся различные виды взрывчатых веществ (ВВ). Взрывчатым веществом называется химическое соединение (смесь), которое под действием теплоты, механического удара или давления за короткий промежуток времени превращается в другое устойчивое вещество, полностью или большей частью газообразное. В основе процесса гидровзрывной обработки лежит физическое явление, представляющее собой процесс быстрого химического превращения вещества, сопровождаемого переходом его потенциальной энергии в механическую работу деформации. Работа, произведенная взрывом, обусловливается быстрым расширением газов, независимо от того, существовали ли они раньше или образовались во время взрыва.

Основной признак взрыва – резкий скачок давления в среде, окружающей заряд. Газообразные продукты взрыва, образуемые благодаря большой скорости химической реакции, занимают в начальный момент незначительный объем, быстро увеличивающийся впоследствии, в результате чего в зоне взрыва резко повышается давление. Переход взрывчатого вещества из твердого в газообразное состояние происходит за стотысячное или даже миллионные доли секунды. Огромная скорость протекания процесса обуславливает высокую концентрацию энергии, которая не образуется в условиях протекания обычных химических реакций. О скорости протекания процесса взрыва можно судить по данным об изменении линейной скорости распространения его взрывной волны. Для современных взрывчатых веществ она изменяется в пределах 2000 - 9000 м/с. Большие давления при взрыве не могли бы возникнуть, если бы химическая реакция не сопровождалась образованием большого количества газообразных продуктов. В зависимости от условий возбуждения химической реакции, характера ВВ и некоторых других факторов скорости перемещения взрывной волны различны и существенно влияют на условия деформирования.