исследование ударного разрушения абразивного зерна при сверхзвуковом взаимодействии с поверхностью материала

УДК 3539.42; 539.375 АЛЕКСАНДРОВ А.А., БАРСУКОВ Г.В., ХАРЧИКОВ Е.В. ИССЛЕДОВАНИЕ УДАРНОГО РАЗРУШЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ЗЕРНА ПРИ СВЕРХЗВУКОВОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ПОВЕРХНОСТЬЮ МАТЕРИАЛА ALEXSANDROV A.A., BARSUKOV G.V., HARCHIKOV E.V. RESEARCH OF SHOCK DESTRUCTION ABRASIVE GRAINS AT SUPERSONIC INTERACTION WITH THE MATERIAL SURFACE Ключевые слова Абразив; частица граната; разрушение; проникание; гидроабразивное резание Abrasive; pomegranate particle; destruction; introduction; abrasive waterjet cutting Авторами статьи получены экспериментальные данные ударного разрушения абразивного зерна при сверхзвуковом взаимодействии с поверхностью материала, что позволяет оценить точность численного моделирования хрупкого разрушения частиц абразива при гидроабразивном резании. Authors of article receive experimental data of shock destruction of abrasive grain at supersonic interaction with a material surface that allows to estimate accuracy of numerical modelling of fragile destruction of particles of an abrasive at abrasive waterjet cutting. Свойства и характеристики абразивного зерна при гидроабразивном резании значительно влияют на скорость подачи сопла относительно материала и определяют производительность обработки. Сверхзвуковой поток абразивного зерна вне зависимости от типа абразива, его формы и размера при взаимодействии с поверхностью обрабатываемого материала приводит к его повреждению. Характер повреждения материала можно рассматривать как одновременное действие нескольких механизмов: микрорезания, пластической деформации, хрупкого и усталостного разрушения. В результате поверхность взаимодействия представляет собой кратеры и царапины, а при некоторых условиях образуются навалы по краям канавок, которые при набегании следующих зерен удаляются с поверхности и эти процессы непрерывно возобновляются. Производительность гидроабразивного резания отражает характер контактного взаимодействия поверхности материала и абразива, величину и схему внешнего силового воздействия, соотношение прочностных свойств металла и абразива. Высоким значением твердости и прочности абразива соответствует его высокая способность к внедрению в рабочую поверхность детали и разрушению материала. Если металл более твёрдый и прочный, чем абразив - разрушится абразив и, следовательно, резание затруднено [1]. Наблюдаемые на поверхности материала следы взаимодействия, такие как царапины, канавки, локальных углубления говорят том, что твердость и прочность абразива превосходит соответствующие свойства металла и, как результат этого, происходит микрорезание, деформирование, образование кратеров и лунок, вытеснение в «навалы» по краям царапин. Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что значительное повышение (в 10 раз) производительности резания высокопрочных материалов обеспечивает более твердый абразив корунд. Использование корунда для резания других материалов дает прирост производительности около 30 %. Однако, такая интенсификация процесса гидроабразивного резания приводит к быстрому износу сопла (до 10 - 30 ч.) и изменению его внутренней геометрии, что делает невозможным получение точных размеров детали. В целом производителями гидрорежущего оборудования рекомендуется при выборе абразива учитывать следующее: 1) абразив должен быть двойного просеивания, что обеспечивает удаление мелкой и крупной фракции, в противном случае сопло может забиться или снизится производительность резания; 2) чем грубее абразивное зерно, тем лучше режущая способность гидроабразивной струи и выше производительность; 3) чем выше твердость абразивного зерна, тем лучше режущая способность и выше производительность; 4) себестоимость резания зависит от стоимости применяемого абразива. Однако, сле