Книги по разным темам
Pages: | 1 | ... | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | ... | 29 | В конечном счёте области применения лазерной и гидротехнологии в машиностроении будут разделены экономическими данными. Однако непреложным фактором является то, что на сегодняшнем уровне развития машиностроения объём применения процесса гидрорезания (в США, Европе, странах АТР) расширяется и он постепенно занимает свою нишу.
Рассмотрим некоторые особенности гидроинструмента.
6.2.1 Высоконапорная струя - режущий инструмент Струя жидкости является незатопляемым режущим инструментом, который не требует замены в процессе работы. Но не всякая жидкостная струя пригодна для резания материалов. При истечении из сопла она должна обладать требуемым строением, геометрическими и гидродинамическими свойствами: давление струи в области контакта с обрабатываемой поверхностью должно быть выше, чем предел прочности материала заготовки.
Рисунок 6.1 - Принципиальная схема сверхзвуковой струи Критерием оценки гидравлических свойств струи и её структуры является компактность струи - способность струи не распадаться при движении и сохранять свою кинетическую энергию на определённом расстоянии от сопла.
На рисунке 6.1 показана принципиальная схема сверхзвуковой струи.
Из рисунка следует, что внешняя оболочка струи по истечении из сопла начинает расширяться под некоторым углом расходимости УФ и имеет неравномерное распределение массы.
Струя окружена оболочкой, состоящей из капель жидкости, насыщенных воздухом, являющейся переходной зоной между воздушной и жидкой средами. Во внутренней области струи имеются два участка: начальный Уl Ф н и основной Уl Ф. Начальный участок представляет собой сплошное самофоо кусирующее ядро (стержень потока жидкости), движение которого соответствует скорости истечения жидкости из сопла.
Основной участок имеет значительный размер по длине, и зона его распространения лежит за пределами начального участка. Этот участок характеризуется тем, что в продольном сечении по мере удаления от среза сопла скорость струи и её динамическое давление уменьшаются, а в поперечном сечении давление и скорость резко снижаются от максимума в центре струи до минимума в пограничной зоне. Этот участок имеет плотную внутреннюю структуру. Диаметр его в конечной точке равен нулю. Самый удалённый участок струи от сопла состоит из смеси распавшихся капель жидкости и воздуха. Он не имеет определённой структуры, и его энергетические параметры столь низки, что непригодны для технологических целей.
Разделение материалов рекомендуется производить в зоне начального участка струи, расположив поверхность реза в непосредственной близости от среза сопла.
Поверхностную обработку материалов (зачистка, полировка и т.п. операции) следует проводить в зоне основного участка струи. На гидродинамические свойства струи, её структуру и компактность оказывают влияние условия потока жидкости в подводящих каналах установок, параметры струйной головки и её сопла. Формирование струи начинается уже в подводящих каналах.
Движение потока рабочей жидкости от мультипликатора до сопла по пути, включающему трубопроводы различных конфигураций, каналы устройств распределения и регулирования, сопряжено с неизбежными его возмущениями.
Снижение эффекта возмущения струи, подходящей к сопловой головке при жидкостном резании предлагается в определённой мере устранять за счёт (см. рисунок 6.2) расположения перед соплом 5 штуцера 3, имеющих соосные отверстия. При этом рекомендуется соотношение dk/dc брать равным 10Ч15. Считается, что при l /dk = 50Ч80 обеспечивается наибольшая комk пактность струи. Если же струйные головки имеют короткий подводящий канал, то в её конструкцию вводят успокоитель (см. рисунок 6.3), оставляя перед ним прямолинейный участок со свободным пространством длиной l =1,5Ч3 диаметрам канала. Длины l и l соответственно берутся равными 1 2 4Ч6 и 1,5Ч3 диаметрам канала.
Рис 6.2 - Сопловая головка со Рис 6.3 - Струйная головка с снижением эффекта возмуще- успокоителем ния струи за счет расположе- 1 - корпус ния штуцера 3 перед соплом 5 2 - успокоитель 1 - корпус 3 - гайка 2 и 4 - гайка 4 - сопло Состав рабочей жидкости также влияет на условия гидрорезания. Так введение абразива в высоконапорную струю позволяет повысить эффективность гидрорезания. В этом случае абразив за счёт ударно-царапающего воздействия увеличивает шероховатость контактируемой поверхности и приводит к появлению микротрещин, что способствует облегчению условий резания и повышению производительности обработки.
Установлено, что частицы абразива, находящиеся на периферии струи воздействуют на обрабатываемую поверхность с силой в 3Ч4 раза больше по сравнению с каплями жидкости, имеющих ту же скорость и размеры.
При абразивно-жидкостном резании материалов рекомендуются следующие числовые значения и соотношения элементов струйной головки (рисунок 6.4): расстояние от обрабатываемого материала до среза струйной головки - 1Ч4 мм; расстояние между струеформирующим соплом и отверстием в насадке l - 1,5Ч3 мм; dH/dc10 (dH - диаметр насадки, dc - диаметр струеформирующего сопла).
Рис 6.4 - Абразивно-жидкостная струйная головка 1 - штуцер, 2 - штуцер, 3 - корпус, 4 - втулка, 5 - гайка, 6 - сопло, 7 - насадка Конструктивные особенности струйной головки (взаиморасположение деталей головки, характер их соединения и герметизация), оказывая влияние на гидродинамические характеристики и компактность формируемой струи рабочей жидкости, определяют качество и надёжность её работы.
Поэтому совершенствованию конструкции этого узла машин для гидрорезания материалов посвящено множество изобретений, которые рассматриваются ниже.
6.2.2 Конструкции струйных головок Существует множество конструкций струйных головок для гидрорезания материалов, что объективно свидетельствует о многообразии предъявляемых к ним эксплуатационных требований.
Одновременно, указанное обстоятельство говорит и об отсутствии их оптимальных конструкций.
Исходя из анализа существующих конструкций струйных головок, предложена следующая их классификация: по способу воздействия режущей струи на обрабатываемые материалы.
Струйные головки для жидкостного гидрорезания материалов.
Струйные головки с улучшенными динамическими характеристиками для жидкостной обработки материалов.
Жидкостно-абразивные струйные головки.
Струйные головки с подводом хладагента с целью охлаждения истекающей жидкости.
Комбинированные сопловые головки.
К первой группе относятся струйные головки, предназначенные для работы на высоких давлениях чистой струёй жидкости без использования дополнительных приёмов, увеличивающих производительность процесса гидрорезания. На рисунке 6.5 показаны представители струйных головок, относящиеся к этой группе и имеющие различные конструктивные решения.
Вторая группа объединяет струйные головки, снабжённые конструктивными элементами, позволяющими улучшать динамические характеристики режущей струи (см. рисунок 6.6).
Третью группу составляют жидкостно-абразивные струйные головки, в которых интенсификация процесса резки материалов осуществляется за счёт ввода абразива в рабочую струю. Наиболее совершенными считаются конструкции со свободным вводом абразива в рабочую струю жидкости с возможно наименьшими нарушениями их гидродинамических характеристик.
На рисунке 6.7 представлены различные жидкостно-абразивные головки.
В четвёртую группу сведены струйные головки, в конструкцию которых введены каналы для подвода хладагента, предназначенного для придания абразивных свойств рабочей жидкости. Это позволяет усилить режущие возможности струи за счёт образования льдинок в струе и, следовательно, повышения износостойкости соплового отверстия ввиду получения замороженного слоя на его поверхности.
На рисунке 6.8 изображены представители этой группы головок.
Комбинированные сопловые головки причислены к пятой группе В этих головках применены как хладагент, так и абразив для увеличения эффекта гидрорезания.
Рис 6.5 - Струйные головки для жидкостного гидрорезания материалов (пояснения в тексте) Рис 6.6 - Струйные головки с улучшенными динамическими характеристиками для жидкостной обработки материалов (пояснения в тексте) Рис 6.7 - Жидкостно - абразивные струйные головки (пояснения в тексте) Рис 6.8 - Струйные головки с подводом хладагента с целью охлаждения истекающей жидкости (пояснения в тексте) Рис 6.9 - Комбинированная сопловая головка (пояснения в тексте) Рассмотрим конструкции первой группы струйных головок, представленных на рисунке 6.5. Они предназначены для работы на высоких давлениях чистой струёй жидкости без использования дополнительных приёмов, увеличивающих производительность процесса гидрорезания.
На рисунке 6.5 а показан общий вид устройства, в котором с целью обеспечения равномерного распределения напряжений в стенках сопла и уплотнительной прокладки и повышения надёжности работы устройства предлагаемый сопловой насадок снабжён двухступенчатым цилиндрическим вкладышем с коническим выступом на конце, расположенным в отверстии уплотнительной прокладки, которая размещена на сопле, и регулировочной шайбой, установленной между торцами держателя и вкладыша, причём вкладыш меньшим диаметром расположен в держателе, а большим - в корпусе.
Сопловой насадок содержит корпус 1, смонтированный в нём держатель 2, в котором установлено сопло 3, например, из сапфира, с наружной конической поверхностью и выходным отверстием 4, и уплотнительная прокладка 5 с отверстием 6. Срез сопла 3 расположен в одной плоскости с торцами 7 и 8 держателя 2 и корпуса 1. Насадок снабжён двухступенчатым цилиндрическим вкладышем 9 с коническим выступом 10 на конце, расположенным в отверстии 6 уплотнительной прокладки 5, размещённой на сопле 3, и регулировочной шайбой 11, установленной между торцами держателя 2 и вкладыша 9, причём вкладыш 9 меньшим диаметром расположен в держателе 2, а большим - в корпусе 1.
Регулировочная шайба 11 обеспечивает возможность регулировки степени предварительного напряжения уплотнительной прокладки 5 в пределах 7Ч10 % по толщине, т.к. положение торца сопла 3 по высоте устройства в осевом направлении является неопределённым из-за посадки Уна конусФ в держатель 2.
Деформация возникает при присоединении насадка к трубопроводу высокого давления за счёт смещения по оси насадка двухступенчатого вкладыша 9 в сторону сопла 3, при этом конический выступ 10 также деформирует прокладку 5, но в радиальном направлении.
Устройство работает следующим образом. При подаче в насадок рабочей жидкости под давлением предварительно сжатая по оси за счёт подбора толщины регулировочной шайбы 11 уплотнительная прокладка 5 радиально деформируется жидкостью, равномерно нагружая торец сопла 3, т.к. условия деформации её аналогичны условию объёмно напряжённого состояния или трёхосному нагружению материала. Центральный конический выступ 10 на малой ступени двухступенчатого вкладыша 9 удерживает открытым канал, ведущий в полость сопла 3. Сопло 3, опираясь конической поверхностью на держатель 2, имеет условия псевдогидравлической поддержки, т.е. равномерно нагружено сжимающими его силами и удерживается в держателе 2 реакцией стенок его конической полости.
Рабочая жидкость истекает под действием высокого давления через канал в сопле.
Изобретение позволяет применять его для разделения различных материалов с помощью сопла с диаметром выходного отверстия 50Ч150 мкм путём размещения торца сопла в плоскости торцов держателя и корпуса, при этом обеспечивается возможность регулировки степени предварительного сжатия уплотнительной прокладки в пределах 7Ч10 % по толщине, достигается равномерное распределение напряжений в материалах сопла и уплотнительной прокладки от сил, возникающих при высоких гидравлических давлениях рабочей жидкости, а также обеспечивается возможность получения технологически простой и надёжной в работе регулируемой конструкции торцового уплотнения сопла при высоких гидравлических давлениях.
Показанное на рисунке 6.5 б устройство по технической сущности и достигнутому результату наиболее близко к вышеописанной головке (см.
рисунок 6.5 а). С целью упрощения конструкции и улучшения эксплуатационных характеристик (лёгкость замены сопла) предложена данная конструкция.
Это достигается тем, что в сопле для получения режущей струи жидкости, содержащем штуцер с закреплённым на нём держателем, в котором установлен вкладыш с наружной конической поверхностью и выходным отверстием, лежащим в одной плоскости с торцом держателя, торец штуцера выполнен со сферической поверхностью, контактирующей с торцом вкладыша.
На чертеже (рисунок 6.5 б) изображено сопло в разрезе для получения режущей струи жидкости.
Оно содержит штуцер 1 с закреплённым на нём держателем 2, в котором установлен вкладыш 3 с наружной конической поверхностью и выходным отверстием, лежащим в одной плоскости с торцом держателя 2.
Торец штуцера 1 выполнен со сферической поверхностью, контактирующей с торцом вкладыша 3.
Сопло работает следующим образом.
Вкладыш 3, изготавливаемый из легированной нержавеющей инструментальной стали или из твёрдого сплава, имеет угол конуса 400. В держателе 2 выполнено соответствующее конусное отверстие, в которое вставляют вкладыш 3. Затем держатель 2 навинчивают на штуцер 1. При завёртывании держателя 2 вкладыш 3 с усилием прижимается к сфере торца штуцера 1, обеспечивая тем самым герметизацию соединения при прохождении по каналу сопла рабочей жидкости высокого давления.
В данном устройстве уплотнение между штуцером 1 и вкладышем 3 с помощью сферы и плоскости происходит по линии, т.е. поверхность соприкосновения уменьшена до минимума. Это даёт возможность обеспечить герметичность соединения практически для любых давлений.
Рассмотренное устройство также может быть усовершенствовано.
Так, считают, что предыдущее устройство имеет следующие недостатки, мешающие применению вкладышей из твёрдых, но хрупких материалов, таких как сапфир, рубин или кварц: при непосредственном прижимании вкладыша к сфере штуцера приходится тщательно соразмерять усилие при затягивании держателя на штуцере, чтобы, создавая герметичность соединения, избежать раздавливания вкладыша сферой; сфера штуцера, к которой прижимается вкладыш при навинчивании держателя быстро истирается, и, следовательно, нуждается в периодической правке; недостаточная сминаемость сопрягаемых конусных поверхностей вкладыша и стального держателя при поджимании сферой штуцера и давлением рабочей жидкости вынуждает для предотвращения разрушения вкладыша и для обеспечения герметичности соединения точно изготавливать данные поверхности. Поэтому с целью повышения надёжности и долговечности сопла предлагают конструкцию, показанную на рисунке 6.5 в.
Pages: | 1 | ... | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | ... | 29 | Книги по разным темам