Určování fyzikálně - mechanických vlastností materiálu z jeho porušení kapalinovým paprskem

Abstract

Doktorská práce je zaměřena na stanovení vazeb mezi materiálovými vlastnostmi a účinky abrazivního kapalinového paprsku, a je v přímé vazbě k řešení projektu MPO 1H–PK2/22. Existuje řada přístupů k vyhodnocování kvality povrchů vytvořených abrazivním kapalinovým paprskem, ať už se jedná o hodnocení drsnosti, vlnitosti nebo hodnocení stop konvergence či divergence vzniklých na stěnách řezu při průniku paprsku materiálem. Předložená doktorská práce popisuje princip a užití nové metody měřící typické kvalitativní charakteristiky řezání. Metoda je založena na určování míry odklonu abrazivního kapalinového paprsku od původního směru vlivem pohybu trysky nad řezaným materiálem a rozdílných vlastností různých typů materiálů. Tato míra je charakterizována tzv. deklinačním úhlem, parametrem, který je sledován u jednotlivých druhů materiálů s rozdílnými fyzikálně-mechanickými vlastnostmi. Teoretické i experimentální práce byly zaměřeny na zjišťování vztahů mezi parametry použitých kapalinových paprsků a vlastnostmi dostupných zkoumaných materiálů. V teoretické části jsou rozebrány vědecké přístupy autorů zabývajících se problematikou kapalinového paprsku a popsány jejich teorie a soustavy rovnic, umožňující výpočet důležitých parametrů řezání. Nejpodrobněji je rozebrána teorie Hlaváče, ze které tato doktorská práce vychází a zaměřuje se na parametry materiálů obsažené právě v této teorii. Snaha prokázat přímou vazbu mezi velikostmi vybraných parametrů a velikostmi deklinačních úhlů vyžaduje znalost struktury materiálů. Detailnější rozbory struktury a vlastností se provádí na specializovaných pracovištích, která pomocí většinou normovaných předpisů vyberou a použijí metodu vhodnou pro stanovení požadované vlastnosti. Materiálové vlastnosti byly zpravidla takto stanovovány. Praktická část je zaměřena na dvě skupiny materiálů – kovy a horniny. Přesto,že tyto dvě skupiny zahrnují v reálu velké množství zástupců, do experimentů bylo zařazeno pouze omezené množství materiálů, které byly vyselektovány požadavky rozměrové shodnosti, která byla nutná pro vyhodnocení porušení provedeného kapalinovým paprskem. Při tomto postupu jsou konfrontovány vybrané vlastnosti daného materiálu získané z různých zdrojů. Byla hledána přímá vazba mezi velikostí naměřeného deklinačního úhlu, který je vypovídajícím parametrem kvality řezaného povrchu, a velikostí jednotlivých materiálových vlastností a jejich kombinací. Získané poznatky mohou vést ke zlepšení účinnosti a efektivity samotného řezného procesu a byly použity při vývoji nového řídícího programu CNC strojů nové generace v PTV spol. s r.o. Hostivice.

Thesis are aimed at determination of correlation between material properties and effects of abrasive water jet, and it is in a direct relationship with solving of the project MPO 1H–PK2/22. There is a range of approaches to the evaluation of quality of surfaces created by the abrasive water jet, from the ones evaluating the roughness and waviness to the ones evaluating the convergence or divergence established on the surface of the cut during penetration of jet through material. The presented doctor’s dissertation describes the principle and use of a new method of measuring the typical quality characteristics of the cut. The method is based on establishing the scale of deviation of the abrasive water jet from the original direction due to the movement of the nozzle over the cut material and different qualities of the various materials. This scale is characterised by the so-called declination angle, the parameter which is monitored by the individual sorts of materials with different physical-mechanical qualities. Theoretical and experimental works have established the relationship between the parameters used with liquid jets and the qualities of the accessible tested materials. In the theoretical part I have discussed the scientific approaches of authors dealing with the problem of water jet and I have described their system of equations which enabled evaluation of the important parameters of cutting. I have focused in most detail on Hlaváč’s theory, as these theses are mainly based on, and I concentrated on the parameters of materials included in this theory. The effort to prove a direct correspondence between values of selected parameters and values of angles of declination demanded certain knowledge of the material structures. More detailed analyses of the structure and qualities are conducted at specific work stations that using mostly standardised directives, select and use a suitable method for determining of the required quality. The practical part is focused on two groups of materials – metals and rocks. Although both these groups include a large number of representatives in fact, only a limited number of materials have been incorporated into the experiments. They had been selected based on the requirements for cutting by the water jet and on the consequent evaluation of results aimed at prove of a possible correlation. I have also confronted their selected qualities obtained from various sources. A direct relationship connected to the measured declination angle is looked for being a predicative parameter of the quality of the cut surface. The acquired knowledge can lead to improvement of the efficiency and effectiveness of the cutting process itself and has been used for the development of the new CNC control program of machines of a new generation in the PTV spol. s.r.o. company in Hostivice.