Měření a analýza nerovností povrchů vytvořených hydroabrazivním a laserovým dělením z hlediska materiálu a mechanismu desintegrace.

Abstract

Předkládaná disertační práce se zabývá hodnocením topografie řezných stěn zhotovených s použitím technologie hydroabrazivního a CO2 laserového dělení. V rámci hodnocení topografií řezných stěn byly naplánovány a vytvořeny série zkušebních vzorků u strojírenských materiálů (konstrukční ocel S235JRG2, titan ASTM B265-99, nerezavějící ocel AISI 304, dural AlMg3). Zkušební vzorky byly vytvořeny s použitím obou dělicích technologií za rozdílných technologických podmínek řezu. Tím byla získána různá variabilita kvalit řezných stěn. Topografie takto vytvořených řezných stěn byly proměřeny optickým profilometrem MicroProf FRT. Analýzy topografií řezných stěn byly zaměřeny na rozložení výškových parametrů vlnitostí v celé hloubce řezu. Následně byly studovány přímé vazby mezi dosahovanými parametry vlnitosti a použitými technologickými podmínkami v závislosti na děleném typu materiálu. Teoretická část disertační práce se zaměřuje na principy a zhodnocení současného stavu využití technologií hydroabrazivního a laserového paprsku pro aplikace dělení materiálu. Na tuto část navazuje rozsáhlejší kapitola zaměřující se na výklad a popis struktury povrchu a metod jejich hodnocení. Závěr teoretické části je věnován výkladu teorie studia mechanických vlastností povrchových vrstev s využitím metod instrumentované indentace. Praktická část se potom detailně zabývá experimentální přípravou zkušebních vzorků, metodikou měření topografie řezných stěn, měřením mechanických vlastností testovaných materiálů a analýzou získaných dat. V rámci vlastního přístupu řešení topografické funkce je v práci navržen základní matematicko – empirický model pro predikci parametrů vlnitosti ve vztahu k technologickým, geometrickým a materiálovým vazbám řezu. Navržený model vychází z výsledků měření vlnitosti na řezných stěnách a je aplikovatelný pro obě dělicí technologie. V závěrečné části disertační práce je potom proveden návrh metodiky optimálního nastavování technologických podmínek řezu. Navrhovaná metodika je založena na principu predikčních grafů a rovnic, které umožňují určit požadovanou kvalitu řezu s vazbou topografických parametrů vlnitosti, hlavních technologických podmínek řezu a provozních nákladů chodu obou technologií.

Presented PhD thesis is focused on evaluation of topography of cutting walls created by abrasive water jet and CO2 laser. The evaluation of topography of cutting walls was performed on engineering materials (steel S235JRG2, titanium ASTM B265-99, stainless steel AISI 304 and aluminum alloy AlMg3). Based on the plan of experiments, manufacturing of samples has been realized. All sampleswere prepared using AWJ and CO2 laser. Different technological conditions were used for realization of cuts. A number of different qualities of surfaces were obtained using various cutting conditions. The topography of tested samples was measured by an optical profile meter MicroProf FRT. Analyses were focused on the distribution of height roughness parameters of waviness through depth of the cut wall. Subsequently, relations between parameters of waviness, material properties and technological conditions used for samples preparation were studied. The theoretical part of PhD thesis is focused on the current state of use of AWJ and CO2 laser technologies in engineering applications of cutting of materials. This part is followed by an extensive chapter focused on the interpretation and description of the surface structure and methods of their evaluation. Conclusion of the theoretical part is devoted to the theory of study of mechanical properties of surface layers using instrumented indentation methods. The practical part of thesis is focused on: experimental preparation of tested samples, measurement methodology for evaluation of cutting walls, study of the mechanical properties of the materials and analysis of obtained data. Based on the theoretical knowledge and realized measurements, basic mathematical – empirical model has been developed for prediction of parameter waviness in relation to technological, geometrical and material parameters of cut. The proposed model is based on the results of the measurements and it can be applied for both cutting technologies. In conclusion of PhD thesis, the methodology for setting the optimal technological conditions of cut is proposed. The methodology is based on the principle of prediction graphs and equations, which allows to determinate required quality of cut in relation to topographical parameters of waviness, main technological parameters of cut and operation costs for running technology.