Процесс струйной гидроабразивной обработки заключается в направлении струи суспензии, состоящей из воды и частиц абразивных материалов, разгоняемой сжатым воздухом, на обрабатываемую поверхность заготовки. Сжатый воздух увеличивает скорость истечения суспензии из сопла. В результате такой обработки образуются чистые матовые поверхности, без направленных рисок характерных для лезвийной обработки материалов. Действие режущих кромок абразивных частиц на обрабатываемую поверхность непродолжительно и имеет ударный характер.
В отличие от процессов резания, после которых на обработанной поверхности остаются риски и микротрещины, струйная гидроабразивная обработка не создает направленной шероховатости.
При струйной гидроабразивной обработке температура обрабатываемой детали не изменяется. Микронагрев, вызываемый резанием стружки абразивной частицей, устраняется потоком суспензии, сопровождающим эту абразивную частицу.
Струйная гидроабразивная обработка представляет собой процесс ударного воздействия на обрабатываемую поверхность высокоскоростной гидроабразивной струи. Характер взаимодействия абразивных частиц, находящихся в струе с поверхностью, определяет выходные параметры процесса — производительность и качество обработки. В плане абразивного воздействия струйную гидроабразивную обработку можно рассматривать как процесс эрозии потоком абразивных частиц обрабатываемой поверхности.
При ударе о поверхность угловатой остроугольной частицы наблюдается процесс микрорезания материала. Микрорезание производится только вершинами абразивных частиц, из-за скоротечности и направленности ударного воздействия оно носит очень специфический характер. Результаты такого воздействия зависят от так называемого угла скоса частицы и угла ее падения. При ударах угловатые частицы либо вытесняют больше материала в вал кратера, где он становится уязвимым для дальнейшей эрозии, либо отделяют материал от поверхности (в зависимости от угла скоса частицы при контакте). Удар частицы о поверхность приводит к возникновению кратера. Исследование кратеров, образующихся при ударах частицы под разными углами атаки, показало, что вытесненный из кратера материал течет в направлении падения частицы с образованием вала до тех пор, пока он не растрескивается из-за значительных быстродействующих накопленных деформаций. При ударах под углом 90° вал располагается вокруг кратера равномерно, при меньших углах атаки вал образуется по бокам кратера и по направлению движения частицы. Характер деформаций и образование вала зависят от формы частицы, ее ориентации при контакте с поверхностью, скорости частицы, угла её падения, а также от свойств материалов частицы и поверхности.
Таким o6pазом, при ударе одиночной частицы о поверхность происходят следующие процессы: образование кратера, образование вала в направлении движения частицы, микрорезание под разными углами скоса, высокие скорости относительной деформации.
Удаление материала при воздействии на обрабатываемую поверхность потока абразивных частиц происходит в результате взаимодействия нескольких одновременно протекающих процессов, обусловленных отдельным или совместным влиянием компонентов потока этих частиц. При рассмотрении эрозии материала струей абразивных частиц необходимо учитывать: соударения частиц между собой внутри набегающего потока; дробление отдельных частиц; экранирование обрабатываемой поверхности отскакивающими от нее частицами; широкий диапазон углов падения частиц в определенный момент времени; влияние материала и конфигурации обрабатываемой поверхности на траекторию движения абразивных частиц; подповерхностное повреждение материала вследствие многократных ударов абразивными частицами; адсорбционный эффект понижения прочности обрабатываемого материала на границе раздела обрабатываемой поверхности и потока и т. д.
При удалении материала гидроабразивной струей происходят следующие процессы: разрушение обрабатываемой поверхности в результате высоких контактных напряжений; срезание микростружки с поверхности; образование клиновидных трещин в поверхностном слое обрабатываемой поверхности; гидроудар; удаление продуктов обработки, контактная усталость; и т. д. Относительная роль каждого из этих явлений определяется физико-механическими свойствами материала обрабатываемой детали и абразивных частиц, скоростью и углом атаки гидроабразивной струи.
С точки зрения абразивного воздействия струйная гидроабразивная обработка имеет много общего с процессами эрозии материалов абразивными частицами.
При струйной гидроабразивной обработке наличие жидкой фазы значительно изменяет характер протекания процесса взаимодействия абразивных частиц с поверхностью. Струйную гидроабразивную обработку можно рассматривать как эрозионно-коррозионный процесс. Характер разрушения поверхности гидроабразивной струей напоминает схему резания внедряющимся клином.
Струйную гидроабразивную обработку целесообразно применять для обработки сложных поверхностей: помимо значительного снижения времени обработки этот способ позволяет осуществить механизацию процесса отделочных операций и улучшить условия труда.
Повышенный интерес к струйной гидроабразивной обработке объясняется широкими технологическими возможностями этого метода при обработке поверхностей сложного контура, а также его достоинствами, среди которых можно выделить: возможность обработки любого материала независимо от его физико-химических свойств; простоту и точность регулирования степени воздействия на обрабатываемую поверхность; стабильность процесса обработки; высокое качество поверхностного слоя после обработки, отсутствие прижогов, подповерхностных трещин и т. п., возможность автоматизации; привлекательную экономику процесса обработки, экологическую чистоту.
Самарский аэрокосмический университет.
В. А. Шманев, А. П. Шулепов, А. В. Мещеряков. 1995г.
