Badanie oddziaływań siłowych podczas cięcia wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną

STRESZCZENIE: Siły reakcji wynikające z kontaktu narzędzia z przedmiotem obrabianym zależą od wielu czynników, m.in. od parametrów obróbki oraz własności materiału i narzędzia. W przypadku obróbki skrawaniem na ostrzu narzędzia w układzie kartezjańskim definiuje się trzy składowe sił wzajemnie prostopadłych. Podobnie jest w przypadku cięcia wysokociśnieniową strugą wodną, dla której w analogicznym układzie określa się dwie siły składowe na jej czole (jest to siła posuwowa i siła wgłębiania) oraz siłę prostopadłą do poprzednich, zwaną boczną. Czoło strugi tnącej definiowane jest jako punkt jej styku z przedmiotem w strefie usuwania materiału. Rozkład sił definiowany jest w punkcie leżącym na stycznej do czoła strugi tnącej. Styczna czoła strugi zmienia kąt pochylenia w zależności od punktu odchylenia strugi, co istotnie wpływa na wzrost siły posuwowej kosztem siły wgłębiania. Zwiększanie grubości przedmiotu bez zmiany parametrów cięcia wpływa negatywnie na zmniejszenie zdolności erozyjnej wzdłuż kierunku siły wgłębiania i na wzrost odchylenia strugi tnącej będącej konsekwencją wzrostu siły posuwowej. Zmiana prędkości cięcia wpływa wprost proporcjonalnie na zmianę siły posuwowej. Zmiana wymienionych parametrów wpływa też na zmianę wartości siły bocznej. Z punktu widzenia topografii powierzchni przeciętej jej jakość spada wskutek wzrostu siły posuwowej, natomiast wzrost siły wgłębiania – decydującej o efektywności cięcia – wpływa na polepszenie jakości powierzchni. Artykuł przedstawia metodę wyznaczania sił podczas cięcia wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną w kierunkach zdefiniowanego układu ortogonalnego. Do pomiaru sił wykorzystano tor pomiarowy z czteroukładowym piezoelektrycznym czujnikiem siły. Dla zdefiniowanych parametrów procesu wyznaczono siły w trzech kierunkach, tj. siły: posuwową, wgłębiania i boczną. W ramach badań sporządzono wykresy zmian wartości sił w zależności od prędkości posuwowej głowicy tnącej dla wybranych materiałów przedmiotu ciętego.

SŁOWA KLUCZOWE: struga wodno-ścierna, oddziaływanie siłowe

ABSTRACT: The reaction forces due to contact of the tool with the workpiece, depends on many factors, which include processing parameters, material properties and tools.
    In the case of machining with the cutting edge defines three component of forces mutually perpendicular in the Cartesian system. The same is the case of high-pressure abrasive waterjet cutting, in which the analogical system defines two component forces on forehead of waterjet (i.e. feed force and drill force), and a force component perpendicular to those forces, which called the lateral force. The front face of the cutting waterjet is defined as a point of its contact with the workpiece in the zone of material removal. The distribution of forces is defined at a point on the tangent to the face of waterjet.
    Tangent face of waterjet changes an angle of the jet depending on localization of point, where the jet is deflected from the her axis, which significantly affects the growth of feed force at the expense of drill force.
    Without changing the cutting parameters, the increasing the thickness of the workpiece has a negative impact on capacity reduction erosion along the direction of the drill force and the deflection of cutting jet increasing as a consequence of increase in feed force. The change the cutting speed affects directly proportional to the change of feed force. Changing these parameters also affects the change in value of the lateral force.
    From the point of view of the machined surface topography increase feed force affects the deterioration of the surface, while the drill force is the force which determines the cutting efficiency influences the improvement of the quality of the cut surface.
    This article presents a method for determining the cutting forces during the high pressure abrasive waterjet cutting in the direction defined by an orthogonal system. For measuring the forces were used the piezoelectric 4-axis force sensor with the defined measuring track. For a defined conditions of process were obtained forces in three directions, i.e. the feed force, drill force and lateral force. The study show the relations of changes the forces value, depending on the speed of the cutting head cutter for the selected materials of workpiece.

KEYWORDS: abrasive waterjet, forces interactions

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

• Momber, A.W., Kovacevic, R., 1998. Principles of Abrasive Water Jet Machining. Springer, New York.
• Srinivasu, D.S., Axinte, D.a., Shipway, P.H., Folkes, J., 2009. Influence of kinematic operating parameters on kerf geometry in abrasive waterjet machining of silicon carbide ceramics. International Journal of Machine Tools and Manufacture 49 (14), 1077–1088.
• Axinte, D.A., Srinivasu, D.S., Kong, M.C., Butler-Smith, P.W., 2009. Abrasive waterjet cutting of polycrystalline diamond: a preliminary investigation. International Journal of Machine Tools and Manufacture 49 (10), 797–803
• Wala T.: Zastosowanie obróbki wodnościernej do szybkiego wytwarzania prototypów. Inżynieria Maszyn, R.17, z.3, 2012, 84-93

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.8-9.452