СПОСОБ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2012 года по МПК B23P15/00 B01J3/08 F42D3/00 

Предложение относится к технологии обработки поверхностной структуры минеральных и других материалов путем воздействия на обрабатываемый материал динамическим высокотемпературным рабочим агентом.

В настоящее время известны принципиальные направления развития данной технологии, из которых наиболее характерными являются методы обработки различных минеральных материалов, включающие процесс формирования одной или нескольких рабочих высокотемпературных динамических струй, которые ориентируют на поверхность обрабатываемого материала [Ржевский В.В. "Основы физики горных пород". М., "Недра", 1978 г., с.460; Дмитриев А.П. "Термическое и комбинированное разрешение горных пород". М., "Недра", 1978 г., с.135-138; "Промышленное и строительное оборудование", сб. №3, 2003 г., М. - СПб, с.51; RU №2178077, 2001; RU №2239001 С1, 27.10.2004 г.).

Последнее из указанных технических решений является наиболее близким по технологической сущности и достигаемому техническому результату.

Существенным и очевидным недостатком выбранного прототипа является незначительная эффективность процесса обработки и низкая производительность используемой для его реализации установки за счет формирования ламинарных рабочих струй на поверхности обрабатываемого материала, что не позволяет вести высокоточный скоростной процесс обработки поверхностей материалов.

Технической задачей и положительным технологическим результатом предлагаемого способа обработки ударной волной материалов является существенное увеличение производительности и повышение эффективности процесса обработки за счет излагаемой оригинальной последовательности и совокупности операций способа.

Указанная задача и достигаемый результат получают за счет того, что способ обработки ударной волной поверхности материалов включает способ обработки ударной волной поверхности материалов, включающий формирование одной и более рабочих струй и ориентирование их на поверхность обрабатываемого материала таким образом, что при электротермическом взрыве струй образуется цилиндрические ударные волны, которые сливаясь формируют плоскую ударную волну, направленную на поверхность обрабатываемого материала, при этом структуру рабочих струй формируют в виде композитной смеси, через которую пропускают электрический импульс заданными характеристиками, где продолжительность и мощность электрического импульса достаточны для осуществления электротермического взрыва. Под действием этого импульса образуется ударная волна, которая передает энергию в дисперсную систему, состоящую из смеси газообразных, жидких или пылевых частиц горючего и окислителя. С помощью ударной волны формируется усилие на поверхности материала. При этом для усилия воздействия сформированной ударной волны на обрабатываемый материал передают через нанесенный на его поверхность слой вещества. Структуру рабочей среды формируют из композитной ионопроводящей среды, а слой вещества выбирают из условий получения дополнительной энергии для обрабатываемой поверхности за счет увеличения времени воздействия ударной волны. В качестве рабочей среды выбирают вещества, которые после электротермического взрыва струй вступают в экзотермические реакции и высвобождают дополнительную энергию во фронте ударной волны, на поверхности обрабатываемого материала, причем дополнительно формируют рабочие струи перед поверхностью обрабатываемого материала.

Способ обработки материалов изображен на чертежах: где на фиг.1 показана многокамерная установка; на фиг.2 - однокамерная установка для реализации способа.

Способ обработки материалов содержит струеподающий электрод 1 и струепринимающий электрод 3, расположенные в камере 2, с которой соединена центробежная форсунка 5, камеры 6, 8; камеры 2, 6 снабжены клапанами 7, в камере 8 размещен обрабатываемый объект 9, а камера 8 снабжена выпускным клапаном 11.

Способ осуществляют следующим образом, пример: через полый подающий электрод 1 подают струю рабочей среды, где в качестве рабочей струи выбирают вещества с электрическими и химическими свойствами, например смесь водного насыщенного раствора нитрата аммония и алюминиевой пудры подают в камеру 2 и межэлектродное пространство к принимающему электроду 3, где через струю 4 пропускают электрический импульс с заданными параметрами, где продолжительность и мощность электрического импульса достаточны для осуществления электротермического взрыва рабочей среды. Камеры 2, 6, 8 заполнены дисперсной средой (смесью сжиженного пропана и воздуха), при помощи центробежной форсунки 5 под воздействием электротермического взрыва струй 4 в смеси сжиженного пропана и воздуха обеспечивают распространение ударной волны, сжимающей и возбуждающей детонацию в первой камере 2, часть раскаленных газов переходит во вторую камеру 6 и возбуждает детонацию при более высоком давлении, чем в предыдущей камере, а клапаны 7 препятствуют возврату газов, благодаря чему в камере 8 достигается максимальное давление. В камере для обработки материалов 8 размещают обрабатываемый объект 9, например, в виде матрицы, заполненной сыпучим материалом, на поверхности которого наносят слой 10 из водонаполненных взрывчатых веществ ВВВ. Возбужденная волна детонаций в дисперсной среде передается в слой 10, который обеспечивает бризантное воздействие на поверхности обрабатываемого материала и длительность воздействия высокого и сверхвысокого давления, что позволяет получить эффект жидкофазного спекания вещества матрицы. Через отверстие 11 сбрасывается давление и осуществляется продувка камер 2, 6, 8 и извлекается обрабатываемый объект 9, после чего процесс можно повторить. Обработка материалов ударной волной вне камеры осуществляется на расстоянии десяти диаметров струи от поверхности обрабатываемого материала с последующим подрывом тонкого слоя ВВВ на поверхности обрабатываемого материала.

Осуществление способа позволяет получать обработку с более высокими прочностными данными и чистотой поверхности, а также позволяет получать разнообразные эффекты, такие как ударно-волновое упрочнение, сварка взрывом, жидкофазное спекание и другие физико-химические процессы.

Изобретение относится к обработке поверхности материалов ударной волной и может быть использовано, например, при ударно-волновом упрочнении, сварке взрывом или жидкофазном спекании. Формируют по меньшей мере одну рабочую струю, подают ее в камеру со смесью сжиженного пропана и воздуха и ориентируют ее на поверхность материала. Пропускают через рабочую струю электрический импульс и осуществляют ее электротермический взрыв, под воздействием которого обеспечивают распространение ударной волны в смеси сжиженного пропана и воздуха и формируют на поверхности материала усилие обработки. В результате увеличивается производительность и повышается эффективность процесса обработки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обработки поверхности материалов ударной волной, включающий формирование одной и более рабочих струй и ориентирование их на поверхность материала, отличающийся тем, что в камеру со смесью сжиженного пропана и воздуха подают рабочую струю и пропускают через нее электрический импульс, и осуществляют ее электротермический взрыв, под воздействием которого обеспечивают распространение ударной волны в смеси сжиженного пропана и воздуха для формирования на поверхности материала усилия обработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для усиления воздействия сформированной ударной волны на обрабатываемый материал осуществляют передачу через нанесенный на его поверхность слой вещества, обеспечивающий получение дополнительной энергии на обрабатываемой поверхности.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что слой вещества выбирают из условия получения дополнительной энергии на обрабатываемой поверхности за счет увеличения времени воздействия ударной волны.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве среды рабочей струи выбирают вещества, которые после электротермического взрыва струи вступают в экзотермические реакции и высвобождают дополнительную энергию во фронте ударной волны на поверхности обрабатываемого материала.