Применение вибрационного анализа для оценки эрозии фокусирующих трубок гидроабразивных установок при криогенном охлаждении

Рассмотрена проблема эрозионного изнашивания фокусирующих трубок. Выдвинута феноменологическая гипотеза о защитных свойствах криогенного охлаждения благодаря образованию ледяного слоя в струеформирующем канале. Рассмотрены известные способы виброакустического мониторинга состояний оборудования, генерирующего ультраструю. Подготовлен и проведен эксперимент по криогенному охлаждению фокусирующих трубок: изготовлено дополнительное оборудование, собрана экспериментальная установка на режущей головке гидроабразивного станка, проведено криогенное охлаждение фокусирующей трубки с одновременной обработкой титановых заготовок и регистрацией показаний датчиков вибрации. Получена вибрационная картина работы неохлажденной и охлажденной фокусирующих трубок. По полученным данным сделаны выводы о режимах криогенного охлаждения, способах дополнительной криогенной защиты и сформулированы рекомендации по дальнейшему направлению исследований в области технологии криогенного охлаждения при гидроабразивной обработке.
EDN: LYREKC, https://elibrary/lyrekc

Литература

[1] Thakur P., Raut D.N., Siddiqui F. Recent applications, developments and challenges in waterjet technology. In: Recent innovations in mechanical engineering. Springer, 2022, pp. 141–155, doi: https://doi.org/10.1007/978-981-16-9236-9_14

[2] Alsoufi M.S. State-of-the-art in abrasive water jet cutting technology and the promise for micro-and nano-machining. Int. J. Mech. Eng. Appl., 2017, vol. 5, no. 1, pp. 1–14, doi: https://doi.org/10.11648/j.ijmea.20170501.11

[3] Сазанов И.И. Физические аспекты гидроабразивной обработки материалов. Вестник МГПУ. Сер. Естественные науки, 2014, № 1, с. 72–77.

[4] Chomka G., Kasperowicz M., Chodór J. et al. Possibilities of rock processing with a high-pressure abrasive waterjet with an aspect terms to minimizing energy consumption. Materials, 2023, vol. 16, no. 2, art. 647, doi: https://doi.org/10.3390/ma16020647

[5] Добровольский И.В., Лях М.М. Выбор оптимальных режимов гидроабразивного резания металла. Экспозиция Нефть Газ, 2016, № 4, с. 58–60.

[6] Иванов В.В., Калашников Е.А. Система управления процессом гидроабразивной резки с закручиванием струи рабочей жидкости. Computational Nanotechnology, 2023, т. 10, № 4, с. 63–71, doi: https://doi.org/10.33693/2313-223X-2023-10-4-63-71

[7] Jerman M., Zelenak M., Lebar A. et al. Observation of cryogenically cooled ice particles inside the high-speed water jet. J. Mater. Process. Technol., 2021, vol. 289, art. 116947, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116947

[8] Du M., Wang H., Dong H. et al. Numerical research on multi-particle movements and nozzle wear involved in abrasive waterjet machining. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2021, vol. 117, pp. 2845–2858, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-021-07876-9

[9] Wohlfeil F. Radical technological innovation: case study of cryogenic machining by 5ME. KIT Scientific Working Papers, 2015.

[10] Galinovskiy A.L., Izotov N.A. An experimental study of hydroerosion of surface of a chill metal under the influence of an abrasive-liquid ultra-jet. AIP Conf. Proc., 2021, vol. 2318, art. 150013, doi: https://doi.org/10.1063/5.0035803

[11] Dunsky C., Hashish M. Observations on cutting with abrasive-cryogenic jets. Proc. of the 13th Int. Water Jet Cutting Technology Conf., 1996, vol. 21, pp. 679–690.

[12] Dunsky C.M., Hashish M., Liu H.T. Development of a vanishing abrasive cryogenic jet (VACJET). Proc. 1997 DoD/Industry Coatings Conf., 1997, pp. 13–15.

[13] Annoni M. A review of waterjet cutting research towards microAWJ and the definition of the waterjet digital twin. Materials, 2024, vol. 17, no. 6, art. 1328, doi: https://doi.org/10.3390/ma17061328

[14] Copertaro E., Annoni M. Airborne acoustic emission of an abrasive waterjet cutting system as means for monitoring the jet cutting capability. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2022, vol 123, no. 7, pp. 2655–2667, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-022-10317-w

[15] Popan I.A., Cosma C., Popan A.I. et al. Monitoring equipment malfunctions in composite material machining: acoustic emission-based approach for abrasive waterjet cutting. Appl. Sci., 2024, vol. 14, no. 11, art. 4901, doi: https://doi.org/10.3390/app14114901

[16] Copertaro E., Perotti F., Annoni M. Operational vibration of a waterjet focuser as means for monitoring its wear progression. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2021, vol. 116, no. 5, pp. 1937–1949, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-021-07534-0

[17] Hashish M. Abrasive waterjet machining. Materials, 2024, vol. 17, no. 13, art. 3273, doi: https://doi.org/10.3390/ma17133273

[18] Qi H., Qin S., Cheng Z. et al. Towards understanding performance enhancing mechanism of micro-holes on K9 glasses using ultrasonic vibration-assisted abrasive slurry jet. J. Manuf. Process., 2021, vol. 64, pp. 585–593, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.01.048

[19] Hou R., Wang T., Lv Z. et al. Experimental study of the ultrasonic vibration-assisted abrasive waterjet micromachining the quartz glass. Adv. Mater. Sci. Eng., 2018, vol. 2018, no. 1, art. 8904234, doi: https://doi.org/10.1155/2018/8904234

[20] Wang H., Yuan R., Zhang X. et al. Research progress in abrasive water jet processing technology. Micromachines, 2023, vol. 14, no. 8, art. 1526, doi: https://doi.org/10.3390/mi14081526

[21] Барзов А.А., Галиновский А.Л., Изотов Н.А. Способ гидроабразивной резки и устройство для его осуществления. Патент РФ 2744633. Заявл. 25.08.2020, опубл. 12.03.2021.

[22] Круглов П.В., Изотов Н.А., Виноградова И.К. Использование SLM-печати при изготовлении криогенного теплообменника для охлаждения фокусирующей трубки установки гидроабразивной резки. В: Наукоемкие технологии в машиностроении. Т. 2. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2024, с. 41–43.

[23] Галиновский А.Л., Круглов П.В., Янко М.А. и др. Численное моделирование сверхнизкотемпературного воздействия на гидроабразивные фокусирующие трубки. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2025, № 3, с. 47–56. EDN: BLQZVW