Способ управления гидроабразивной резкой листовых материалов

 

Изобретение может быть использовано для оптимизации технологических параметров резания конструкционных материалов. Способ включает подачу разрезаемого материала и подачу на него рабочей жидкости через струйную головку. В процессе обработки измеряют вибрацию струйной головки при истечении из нее рабочей жидкости оптической измерительной системой на основе твердотельного лазера и высокочувствительной диодной матрицы типа прибора с зарядовой связью. В зависимости от величины вибрации изменяют давление рабочей жидкости и согласуют его с подачей разрезаемого материала. Изобретение позволяет обеспечить определенную макро- и микрогеометрию линий реза и величину полосчатости поверхности с сохранением высокой производительности. 3 ил.

Изобретение относится к раскрою деталей струей жидкости и может быть использовано для оптимизации технологических параметров резания конструкционных материалов.

Известен способ управления струйной обработкой материалов, включающий изменение величины подачи заготовки при фиксированных значениях давления истечения струи и расстояния между заготовкой и соплом, определяя при этом значение подачи S, при котором величина сигнала акустической эмиссии достигает максимального значения, и дальнейшую обработку производят при значении подачи, равном (0,8-0,9)S [1].

Указанный способ позволяет управлять только процессом сквозного разрушения обрабатываемого материала, не обеспечивая качество линии реза.

В качестве прототипа выбран способ гидроабразивной резки листовых деталей, включающий нанесение абразивных частиц в виде суспензии на обрабатываемую поверхность, которую отверждают, после чего подают рабочую жидкость под высоким давлением. За счет этого достигается идентичность качества линии реза на любом участке детали [2].

В данном способе отсутствуют активные средства и методы диагностики вибрации струйной головки, что затрудняет получение чистовой линии реза и не позволяет исключить характерный дефект поверхности после гидроабразивной обработки в виде полосчатости.

Изобретение решает задачу обеспечения определенной макро- и микрогеометрии линии реза и позволяет управлять величиной полосчатости поверхности за счет уменьшения вибрации струйной головки.

Это достигается тем, что осуществляют подачу разрезаемого материала и подачу на него рабочей жидкости через струйную головку, причем в процессе обработки измеряют вибрацию струйной головки при истечении из нее рабочей жидкости оптической измерительной системой на основе твердотельного лазера и высокочувствительной диодной матрицы типа прибора с зарядовой связью. В зависимости от ее величины изменяют давление рабочей жидкости и согласуют его с подачей разрезаемого материала.

На фиг.1 показана схема гидроабразивной резки листовых материалов с активной оптической измерительной системой; на фиг.2 - схема датчика; на фиг.3 - блок-схема сопряжения измерительной системы с персональным компьютером.

Способ осуществляют следующим образом.

К зеркально-шлифованной поверхности струйной головки 1, через которую осуществляется подача рабочей жидкости на обрабатываемую деталь 2 со слоем абразивной среды 3 (фиг.1), подводят на расстояние 3...8 мм датчик вибраций 4 с лазерным диодом 5, линзовой фокусирующей системой 6 и матрицей ПЗС 7 (прибор с зарядовой связью) в виде фотодиодов размером 13х13 Нм, при этом лазерный диод 5 располагают в корпусе датчика вибраций 4 под углом 60^o к плоскости корпуса (фиг.2). После включения струйной установки осуществляют процесс гидроабразивного резания. При этом одновременно обрабатывают на персональном компьютере преобразованный аналоговый сигнал в 16-ти разрядный цифровой с частотной дискретизацией 44 кГц от датчика вибраций 4 (фиг.3).

Величину давления истечения струи и скорость подачи закрепленной детали 2 регулируют посредством управляющих сигналов от компьютера в зависимости от величины вибрации струйной головки 1 и траектории линии реза.

Сущность способа заключается в следующем.

При гидроабразивном резании по прямой линии повышают давление истечения струи с одновременным увеличением скорости подачи закрепленной детали 2. Однако при работе на высоких давлениях увеличиваются реактивные свойства струи, потенциал кавитации и отрыва пограничного слоя, что способствует повышению вибрации струйной головки 1.

Поэтому в момент достижения максимально допустимого уровня вибрации на струйной головке 1 повышение давления прекращают и резание осуществляют при соответствующей подаче закрепленной детали 2.

Пример.

Производили резание стеклотекстолита толщиной 5 мм по фигурному контуру струей воды, истекающей из сопла диаметром 0,15 мм. Устанавливают следующие технологические параметры и режимы обработки: начальное давление струи на срезе сопла струйной головки 300 МПа, расстояние между соплом и деталью 3 мм, минимальная подача детали 1,1 м/мин. Абразивную суспензию природного кварцевого песка наносят на поверхность детали методом полива и отверждают при нормальной температуре. Струя жидкости, увлекая частицы абразива, осуществляет разрезание с шероховатостью поверхности реза в пределах Ra = 10 мкм.

Для регистрации вибрации струйной головки использовался полупроводниковый ALGaAs лазер с длиной волны от 640 до 780 . Линзовая система фокусировала луч диаметром 0,1 мм.

При возникновении вибраций отраженный от зеркально-шлифованной поверхности струйной головки луч лазера описывает в пространстве определенную кривую, которая регистрировалась диодной матрицей 13х13 Нм типа ПЗС техники CCD. Бесконтактный датчик позволяет регистрировать вибрации с амплитудой от 0,01 мм.

Для управления процессом гидроабразивного резания использовали персональный компьютер с необходимым программным обеспечением с применением системы коррекции ошибок CIRC (перекрестно-перемежающийся код Рида-Соломона).

При резании по прямой линии повышали давление истечения струи (до 600 МПа) с одновременным увеличением подачи обрабатываемой детали (до 4 м/мин).

Установлено, что полосчатость поверхности линии реза отсутствовала при амплитуде колебания струйной головки до 0,12 мм, что соответствовало давлению истечения 520 МПа и подаче разрезаемой детали 3,3 м/мин.

При невысоких требованиях к линии реза можно использовать максимально возможные режимы резания, повысив величину допустимого уровня вибрации струйной головки.

Таким образом, изменение режимов резания в зависимости от величины вибрации струйной головки в процессе всей обработки обеспечивает определенную макро- и микрогеометрию линии реза, позволяет управлять величиной полосчатости поверхности с сохранением высокой производительности.

Источники информации 1. А.с. СССР 1759614, В 24 С 1/00, 1992.

2. А.с. СССР 1782713, В 24 С 1/00, 1992 - прототип.

Формула изобретения

Способ управления гидроабразивной резкой листовых материалов, включающий подачу разрезаемого материала и подачу на него рабочей жидкости через струйную головку, отличающийся тем, что измеряют вибрацию струйной головки при истечении из нее рабочей жидкости оптической измерительной системой на основе твердотельного лазера и высокочувствительной диодной матрицы типа прибора с зарядовой связью, в зависимости от ее величины изменяют давление рабочей жидкости и согласуют его с подачей разрезаемого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3