Studium vlivu technologie pulzujícího vodního paprsku na povrch materiálu

Abstract

Technologie vysokorychlostních kapalinových paprsků doznala v posledních třiceti letech nebývalého rozmachu a rozšířila se jako univerzální nekonvenční technologie do téměř všech průmyslových odvětví. Výzkum vlastností a chování kapalinových paprsků a jejich další vývoj však nadále probíhají se stejnou intenzitou. Jedním z nových směrů, kterým se výzkum ubírá, jsou pulzující kapalinové paprsky. Budoucí využití těchto paprsků se předpokládá ve stavebnictví a strojírenství, zvláště pak v automobilovém a leteckém průmyslu. Disertační práce se zabývá studiem vlivu pulzujícího vodního paprsku při jeho dopadu na povrch materiálu. Teoretická část se věnuje vývoji kapalinových paprsků, klasifikaci jednotlivých druhů a jich využití v komerční sféře. Jsou zde uvedeny jednotlivé části vysokotlakého řetězce, které jsou nutné pro generování pulzujícího vodního paprsku. V teoretické části je rovněž podrobně popsán princip působení pulzujícího vodního proudu na povrch obráběného materiálu včetně mechanismů porušování, které se celého procesu desintegrace účastní. Experimentální část obsahuje návrh a popis zkoušek porušování vybraných kovových materiálů (korozivzdorná ocel, hliníková slitina a měď) pulzujícím vodním paprskem včetně následného vyhodnocení pro jednotlivá měření. První část je věnována experimentálnímu stanovení erozních účinků pulzujícího paprsku, v další části je pak provedena analýza vlivu jednotlivých technologických faktorů paprsku na zkoumaný povrch pomocí tzv. plánovaného experimentu. Jako míra účinku pulzujícího paprsku na obráběný povrch byly zvoleny vybrané parametry drsnosti a objemový úběr materiálu.

Last thirty years, technology of high speed liquid jets has gone through unprecedented expansion and it has been applied in almost all industrial sectors as a universal unconventional technology. However, the research into properties and behavior of liquid jets and their further development continue with the same intensity. Pulsating water jets represent one of new directions which the research focuses on. It is expected that these jets will be applied in the construction and mechanical engineering, most especially in the automotive and aviation industries. The thesis studies the effect of the pulsating water jet impacting the surface of a material. The theoretical part focuses on the development of liquid jets, classification of particular liquid jet types and their commercial application. Individual parts of the high pressure chain which are essential for the generation of pulsating water jet are presented. In addition, the principle of pulsating water jet impact on the surface of a machined material, including mechanisms of disintegration, is described in the theoretical part. The experimental part consists of the design and description of tests of disintegration of selected metal materials (stainless steel, aluminium alloy and copper) with the pulsating water jet, including consequent evaluation of individual measurements. The first part deals with experimental determination of erosive effects of the pulsating water jet. In the following part, effect of individual technological factors of the jet on the studied surface is analyzed using the so-called Design of Experiments. Particular roughness parameters and the volume of material removal were selected in order to determine the effect of the pulsating water jet on a machined material.