Применение энергии движущегося потока жидкости в те нике достаточно изучено. Например, гидроме анизация земляны , горны и др. работ, очистка повер ностей изделий. Подобная те нология в трансформированном виде более уверенно проникает и в область машиностроения, которую принято называть струйной обработкой материалов или гидрорезанием. В основу гидрорезания материалов положен своеобразный режущий инструмент - определённым образом сформированная высоконапорная тонкая струя жидкости. Жидкой средой, используемой в машина для гидрорезания, в основном, является вода. В этом случае эффект резания достигается за счёт концентрации высокого уровня энергии в струе жидкости, ис одящей под большим давлением (до 400 и более МПа) из сопла малого диаметра (доли миллиметра) с высо­кой скоростью, превышающей скорость звука. При этом расстояние от среза сопла до повер ности материала составляет несколько миллиметров, и плотность давления струи превышает прочность материала. Гидрорезание материалов производится двумя способами, которые отличаются отсутствием (жидкостное) или наличием абразива в среде рабочей жидкости (абразивно-жидкостное). Ввод абразива в струю увеличивает её те нологические возможности за счёт увеличения режущей способ­ности жидкостно-абразивной суспензии. При добавлении в воду измельчённой окиси кремния или други абразивны веществ можно разрезать твёрдые и прочные материалы значительной толщины. Струёй воды без примеси абразива обрабатываются такие материалы, как текстиль, различные пластмассы, картон и т.п. Кроме того, режущие свойства высоконапорной струи при жидкостном резании могут быть повышены путём подвода к струйной головке ладагента, способствующего образованию в струе льдинок, придающи ей абразивные свойства. При абразивно-жидкостном резании материалов подвод ладагента также усиливает режущие свойства струи. При этом необ одимо учитывать и направление воздействия струи на материал. Угол между направлением струи и обрабатываемой повер ностью - угол атаки - влияет на арактер выполнения операций и производительность обработки: изменение этого угла от 0° до 90° при резании металлов приводит к улучшению режущи свойств струи, достигая своего максимального значения при угле 90°. Гидрорезание позволяет вырезать детали со сложными профилями без дополнительной обработки повер ности реза и достаточно высокой производительностью. Важнейшие преимущества рассматриваемой те нологии перед другими видами обработки следующие: отсутствие нагрева разрезаемы загото­вок, что исключает термические напряжения и деформации обрабатывае­мого материала, не появляются вредные испарения и газы, присущие другим видам резания при обработке пластмасс, композиционны материа­лов и т.п., нет запылённости. К недостаткам гидрорезания относят: конструктивные трудности, возникающие при создании высокого давления жидкости, невысокая стойкость сопла и сложность его изготовления. В рассматриваемый период развития те ники и те нологии гидрорезание и лазерная резка машиностроительны материалов имеют одну область применения и являются конкурирующими те нологиями. В том и другом случая режущий инструмент формируется в самой машине за счёт конструктивны особенностей соответствующи узлов, а затем, транспортируясь по энергетическому каналу или трубопроводам, под одит к узлу, где проис одит его окончательное формирование. При применении обеи те нологий отпадает необ одимость в ранении, заточке и перестановке рабочего инструмента. При лазерной и гидрорезке материалов инструмент постоянно обнов­ляется за счёт непрерывности его образования во времени. Установлено, что высоконапорная струя жидкости, встречаясь с обрабатываемой повер ностью на высокой скорости, деформируется и, в опре­делённой мере, разрушаясь, отражается. Частичное отражение лазерного луча в процессе обработки материалов также закономерное явление. Не углубляясь в анализ достоинств и недостатков эти те нологий, необ одимо отметить, что лазерное излучение является широкоуниверсальным инструментом (резка, маркировка, упрочнение и т.п.), отя и область применения высоконапорной струи жидкости не ограничивается только гидрорезанием. Например, в [1] описано упрочнение труднодоступны повер ностей сложной формы импульсными струями жидкости (ИСЖ). Рабочая жидкость имеет давление 180-360 МПа и выбрасывается из сопла со ско­ростью 150-700м/с. Некоторым преимуществом гидрорезания перед лазерной резкой является отсутствие области термовлияния на кромка обработанны деталей, но не всегда это условие является определяющим. Так установлено, что при лазерной резке деталей из конструкционны сталей типа 20, 30 ХГС и др. повышается и усталостная прочность и долговечность по сравнению с ме аническими вырезанными деталями. В конечном счёте, области применения лазерной и гидроте нологии в машиностроении будут разделены и те нологическими и экономическими данными. Однако непреложным фактором является то, что на сегодняшнем уровне развития машиностроения объём применения процесса гидрорезания (в США, Ев­ропе, страна АТР) расширяется и он постепенно занимает свою нишу. Окончательное формирование высоконапорной тонкой струи, как режущего инструмента, по своим геометрическим и энергетическим параметрам проис одит в струйной головке. Конструктивные особенности струйной головки (взаиморасположение деталей головки, арактер и соединения и герметизация), оказывая влияние на гидродинамические арактеристики и компактность формируемой струи рабочей жидкости, определяют качество и надежность ее работы. Существует множество конструкций струйны головок для гидрорезания материалов, что объективно свидетельствует о многообразии предъявляемы к ним эксплуатационны требований. Одновременно, указанное обстоятельство говорит и об отсутствии и оптимальны конструкций. Ис одя из анализа доступны для авторов существующи конструкций струйны головок, пред­ложена следующая и классификация:

К первой группе относятся струйные головки, предназначенные для работы на высоки давления чистой струёй жидкости без использования дополнительны приёмов, увеличивающи производительность процесса гидрорезания. Вторая группа объединяет струйные головки, снабженные конструктивными элементами, позволяющими улучшать динамические арактеристики режущей струи. Третью группу составляют жидкостно-абразивные струйные головки, в которы интенсификация процесса резки материалов осуществляется за счёт ввода абразива в рабочую струю. Наиболее совершенными счи­таются конструкции со свободным вводом абразива в рабочую струю жидкости с возможно наименьшими нарушениями и гидродинамичес­ки арактеристик. В четвёртую группу сведены струйные головки, в конструкцию которы введены каналы для подвода ладагента, предназначенного для придания абразивны свойств рабочей жидкости. Это позволяет усилить режущие возможности струи за счёт образования льдинок в струе и повышения износостойкости соплового отверстия ввиду получе­ния замороженного слоя на его повер ности. Комбинированные сопловые головки причислены к пятой группе. В эти головка применены как ладагент, так и абразив для увеличения эффекта гидрорезания. Как и при любом виде обработки материалов наиболее благоприятные условия для освоения процесса гидрорезания может быть достигнута за счет выбора его оптимальны пара­метров: давления рабочей жидкости, формы и диаметра отверстия сопла, рас­стояния сопла от разрезаемой повер ности, скорости подачи, числа про одов - (количество сопел, при одящи ся на единицу длины реза), необ одимы для разрезки материала. Давление [2,3] жидкости оказывает наибольшее влияние на производительность гидрорезания. Процесс гидрорезания возможен в случае, когда давление струн жидкости на единицу площади повер ности реза превышает предел прочности обрабатываемого материала. При равны условия дальнейшее повышение давления истекающей струи жидкости (из-за возрастания ее кинетической энергии) приведет к увеличению толщины разрезаемого материала за один про од. Давление

(3) Она основывается на данны о сжимаемости жидкости и по Бриджмену, плотность для все точек струи принята неизменной, равной плотности воды, а коэффициент скорости равный единице. Там же даны зависимости, первая из которы может быть использована для определения максимальны значений силы воздействия струи на преграду Р

. Это обстоятельство позволяет констатировать, что при за­данны условия работы за счет увеличения диаметра вы одного отверстия сопла можно разрезать и более толстые материалы, но в этом случае площадь контакта струи с металлом возрастает и увеличенная

воздействует на большую площадь и давление на единицу площади не изменится. Увеличение диаметра сопла приводит к повышенному рас оду рабочей жидкости и. следовательно, к возрастанию энергетически затрат на формирование струи. Обычно наибольший диаметр сопла при резании материалов не превышает 0,3 мм (0,5 мм). Изменение диаметра отверстия сопла в меньшую сторону приводит к формированию струи с меньшим диаметром истечения, а ниже 0,05 мм к распылению струи. Высоконапорные струи уменьшенного диаметра при встрече с контак­тирующей повер ностью подвержены более быстрому распаду. Однако эффективность сопел малого диаметра определяется тем, что на формирование струй малы диаметров требуются меньшие энергозатраты. Скорость подачи (подача) Непрерывность любого вида резания материалов связана со скоростью относительного перемещения заготовки и инструмента (струи рабочей жид­кости), численное значение которой зависит от свойств обрабатываемого ма­териала. При равны условия работы снижение скорости подачи приведет к падению производительности обработки, а ее увеличение к сокращению ве­личины энергии при одящей на единицу обрабатываемой повер ности и, следовательно, к уменьшению возможной глубины резания. По результатам экспериментальны данны [2] предложена зависи­мость для определения подачи, обеспечивающей максимальную производительность при качественной резке листовы полимерны материалов:

) между срезом сопла и повер ностью заготовки. Если учесть, что высоконапорная струя имеет наибольшую кинетическую энергию вблизи среза сопла, то чрезмерное удаление повер ности обработки от сопла может привести к исключению процесса гидрорезания. В [2] на основании экспериментальны данны для определения

- большим диаметрам сопел и меньшим давлениям истечения струи. Число про одов определяется в зависимости от те нически возможностей оборудования. При заданны условия гидрорезание толсты материалов можно проводить за несколько про одов. Рассмотренные те нологические параметры, типичные для гидрорезания промышленны материалов, свойственны и для ряда други и видов, в том числе и биологически тканей.