СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ АБРАЗИВНО-ЖИДКОСТНОЙ СТРУЕЙ Российский патент 2001 года по МПК B24C1/00 

Изобретение относится к области обработки материалов сверхзвуковыми абразивно-жидкостными струями и может быть использовано при получении отверстий в листовых материалах.

Известны способы обработки сверхзвуковой струей воды с введением в нее абразивных добавок (см. книгу - Гидрорезание судостроительных материалов /Р. А. Тихомиров, В.Ф. Бабанин, Е.Н. Петухов и др. - Л.: Судостроение, 1987. - 164 с.). Известен способ сверления отверстий с помощью абразивно-жидкостных струй (см. Hashish М. Turning, milling and drilling with abrasive-waterjets. 9^th International Symposium on Jet Cutting Technology. Sendai, Japan: 4-6 October, 1988, Paper C2, pp. 113-131). По этим схемам получения отверстий с помощью сверхзвуковой абразивно-жидкостной струи она непосредственно воздействует на обрабатываемый материал и при выходе из получаемого отверстия формирует боковую каверну, что приводит к браку, и отверстие получается некруглой формы.

Наиболее близким по технической сущности среди выявленных аналогов является способ сверления отверстий малого диаметра в хрупком материале (см. пат. 4955164 США, МКИ⁵ В 24 В 1/00, В 24 С 9/00 Method and apparatus for drilling small diameter holes in fragile material with velocity liquid jet / Hashish М., Cragen S., заявл. 15.06.89 г., опубл. 11.09.90 г.).

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Практика получения отверстий в листовых материалах сверхзвуковой абразивно-жидкостной струей показывает, что при их формировании не удается точно обеспечить перпендикулярность струи с обрабатываемым материалом. Это приводит к тому, что отработанная суспензия, выходя из получаемого отверстия, обтекает вновь поступающую струю неравномерно по ее контуру. Это вызывает появление канавки на входе отверстия, которая сопоставима с его диаметром. Дальнейшее перемещение струи в получаемом отверстии не обеспечивает удаление канавки без значительных изменений размеров и формы отверстия.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и качества получаемого отверстия путем устранения отводной канавки.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе получения отверстий сверхзвуковой абразивно-жидкостной струей, заключающемся в воздействии струи перпендикулярно относительно обрабатываемого материала, ее перемещают вдоль периметра получаемого отверстия со смещением оси симметрии струи от оси симметрии отверстия на величину ε, которую определяют из условия:

где R_с - диаметр струи,
при этом площадь струи абразивно-жидкостной суспензии выбирают из условия формирования площади получаемого отверстия, равной не менее двум площадям струи.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что абразивно-жидкостную струю перемещают вдоль периметра получаемого отверстия со смещением оси симметрии струи от оси симметрии отверстия.

Сущность способа поясняется чертежом.

Абразивно-жидкостная струя 1, истекающая под давлением 100 - 500 МПа, ударяясь об обрабатываемый материал 2, производит его сверление. Одновременно абразивно-жидкостную струю перемещают вдоль периметра получаемого отверстия со смещением оси симметрии струи относительно оси симметрии отверстия на величину ε. Величина необходимого смещения ε выбирается с тем расчетом, чтобы поступающая абразивно-жидкостная суспензия свободно выходила из получаемого отверстия. Площадь отверстия для свободного выхода струи должна занимать не менее двух площадей струи. При этом минимально возможный радиус отверстия будет равен В результате перемещения абразивно-жидкостной струи по периметру получаемого отверстия со смещением ее оси от оси получаемого отверстия отработанная суспензия свободно выходит из отверстия и не образует боковую каверну. Это приводит к повышению точности и качества получаемого отверстия.

Пример. Предлагаемый способ получения отверстий абразивно-жидкостной струей реализован следующим образом.

Проводилось получение отверстий диаметром 2 мм абразивно-жидкостной струей в нержавеющей стали 12Х18Н10Т толщиной 8 мм. Процесс осуществлялся на полуавтоматической гидроразрезной установке "ПАГРУС", имеющей следующие технические характеристики: давление истечения струи - до 350 МПа, расход рабочей жидкости - до 1 л/мин. В качестве привода перемещения использовался поворотный стол, имеющий диапазон регулирования от 0 до 100 мин^-1 с двигателем постоянного тока. Формирование абразивно-жидкостной струи осуществлялось с помощью эжекционной струйной головки, имеющей следующие характеристики: диаметр струеформирующего сопла - 0,15 мм, диаметр смесительного насадка - 1,0 мм. В качестве абразива использовался кварцевый песок зернистостью 16, а рабочей жидкости - водопроводная вода.

Получение отверстий осуществлялось по известному способу, без перемещения струи по периметру получаемого отверстия и по предлагаемому способу, при давлениях истечения струи 300 МПа. Контроль качественных показателей получаемых отверстий осуществлялся путем измерения конусности продольных шлифов на микроскопе БИМ-2, а овальности - на том же микроскопе в плоскости, перпендикулярной оси отверстия. Полученные результаты имели характеристики эффективности, приведенные в таблице.

Как видно из данных приведенной таблицы, точность полученных отверстий по предлагаемому способу на 30-50% выше по конусности и в 5,5-7 раз - по овальности. Кроме того, производительность предлагаемого процесса выше на 10 - 30% существующего.

Использование предлагаемого способа получения отверстий абразивно-жидкостной струей обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества:
1) повышение точности получаемых отверстий на 30-50% по конусности и в 5,5-7 раз по овальности;
2) повышение производительности на 10-30%.

Изобретение относится к обработке материалов сверхзвуковыми абразивно-жидкостными струями и может быть использовано при получении отверстий в листовых материалах. При получении отверстий сверхзвуковой абразивно-жидкостной струей ее направляют перпендикулярно к обрабатываемому материалу и перемещают вдоль периметра получаемого отверстия со смещением оси симметрии струи от оси симметрии отверстия. Величину ε определяют из условия где R_c - диаметр струи. Технический результат выражается в повышении точности и качества получаемого отверстия. 1 табл., 1 ил.

Способ получения отверстий абразивно-жидкостной струей, включающий воздействие струи перпендикулярно обрабатываемому материалу, отличающийся тем, что абразивно-жидкостную струю перемещают вдоль периметра получаемого отверстия со смещением оси симметрии струи от оси симметрии отверстия на величину ε, которую определяют из условия

где R_c - диаметр струи,
при этом площадь струи абразивно-жидкостной суспензии выбирают из условия формирования площади получаемого отверстия, равной не менее двум площадям струи.