ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Описание к ИЛ № 53-003-04

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Технология резания ССЖ идеальна для вырезки материалов, которые являются чувствительными к температуре. После резания не наблюдается упрочнения поверхности реза и прижогов. Применение ССЖ на предприятиях, связанных с резкой опасных материалов типа асбеста и стекловолоконных материалов, позволяет существенно устранить или полностью исключить выделение вредных паров и пыли. Обычно после резания струей не требуется дополнительная механическая обработка. Автоматизация процесса раскроя позволяет экономить отход материала за счет оптимальной раскладки лекал.

Предлагаемый метод автоматического выборарежимов резания основан на разработанной теории послойного резания пакетов материалов ССЖ.

При моделировании процесса резания и опреде­ления параметров режимов обработки, настил ма­териала рассматривался как преграда для падаю­ щей вертикально вниз ССЖ.

Модель построена на положении, что при набе­гании ССЖ на преграду возникает ударная волна, состояние которой определяется тремя законами непрерывности: потока вещества (жидкости), им­пульса и энергии и уравнение состояние жидкости,которое характеризует закон Вант-дер-Вальсапри прохождении слоев материала:

где индекс 1 - обозначение параметров ССЖ привходе в материал;

индекс 2 - обозначение параметров ССЖ привыходе из материала;

i-номер разрезаемого слоя материала;

r- плотность ССЖ; •

-скорость ССЖ;

Р- давление ССЖ;

v-объем ССЖ, необходимый для разрушенияслоя материала;

s- придел прочности слоя материала на сжа­тие;

х -ось, вдоль которой происходит внутреннее трение потока ССЖ;

-коэффициент, определяющий теплопро­водность;

h-коэффициент, определяющий вязкостьi ^города;

x, -коэффициент, определяющий вязкость 2"'рода;

e-внутренняя энергия единица массы ССЖ;

a, b-константы.

Решение системы позволяет определить важные технологические параметры при прохож­дении каждого слоя материала: давление ССЖ,скорость ССЖ и температуру в зоне резания.

Используя результаты теоретических исследо­ваний энергетических и теплофизических парамет­ров при раскрое пакетов МТМ ССЖ, раз­работана и предлагается для практического исполь­зования программа«waterjet1.0»,, предназначеннаядля расчета и оптимизации соответствующих тех­нологических параметров.

Особенность программы заключается в том, чтозадача определения режимных условий проекти­руемого технологического процесса резания мате­риала решается без привлечения громоздкого и сложного математического аппарата.

Программа оснащена следующими рабочими модулями: ввод исходных данных, расчет,вывод результатов и построение графиков.

Применение данной программы позволяет так же моделировать тепловые процессы, проходящие в раскраиваемом пакете МТМ. В частности уста­новлено, что температура в зоне резания при гид­рораскрое не превышает 900С, что говорито достоинстве данного способа раскроя, посколькуне возникает термодеструкция текстильных воло­кон (в отличие от способов резания лазером и вер­тикальным ножом).

Для проверки адекватности разработанной мо­дели проведена серия экспериментальных исследо­ваний . Корреляционный анализ показал хоро­шую сходимость результатов моделирования с экс­периментальными данными.

Глубина проникновения струи в материал за малый интервал времени значительно больше го­ризонтального перемещения сопловой головки, обусловленного скоростью подачи, поэтому кон­тактную площадку взаимодействия струи с мате­риалом можно условно считать неподвижной в го­ризонтальной плоскости практически для всех случаев резания ССЖ. Горизонтальная скорость подачи сопла аппроксимируется последовательностью ступеней, размеры которых соответствуют диаметру сопла, за период времени, требуемый для сквозного раскроя материала. Таким образом, настил раскраивается путем постепенного перемещения фронта разрушения в глубину. В установившемся режиме скорость движения границы разрушения определяется:

,

гдеe- плотность мощности потока жидкости;

q- количество энергии потока жидкости, необходимое для разрушения единицы массы материала.

Объемную скорость разрушения материала можно выразить как:

,

гдеs- подача сопла;

h- высота настила;

d _p- ширина раскроя.

Отсюда энергозатраты при раскрое настила материала ССЖ:

,

Производительность раскроя будет определяться скоростью подачи сопловой головки относительно материала при его полном прорезании. Изменяя давление рабочей жидкости, диаметр и внутренний профиль сопла, т.е. изменяя величину подаваемой энергии на единицу поверхности материала и зная расчетную величину объема удаляемого материала и количество энергии, необходимое на его разрушение, можно в каждом конкретном случае определить время обработки различных материалов и производительность.