Экспериментальное исследование температурного воздействия при криогенном охлаждении фокусирующих трубок гидроабразивных установок
Опубликовано: 23.04.2025
Авторы: Галиновский А.Л., Круглов П.В., Самсонов К.С., Медведь В.С., Изотов Н.А.
Опубликовано в выпуске: #4(160)/2025
DOI: 10.18698/2308-6033-2025-4-2441
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция, производство, испытания и эксплуатация летательных аппаратов
Изучен вопрос эрозии фокусирующих трубок. Предложена гипотеза, согласно которой криогенное охлаждение способно защищать поверхность струеформирующего канала за счет возникновения ледяного слоя в зоне образования ультраструи. Рассмотрены современные подходы к температурному мониторингу состояния оборудования для генерации ультраструй. Организован и проведен эксперимент: создана испытательная система на базе гидроабразивной режущей головки, осуществлено криоохлаждение фокусирующей трубки в ходе обработки титановой заготовки с параллельной фиксацией тепловизионной картины. Дополнительно исследованы профили микронеровностей полученных экспериментальных заготовок. Сравнение температурных изображений охлажденной и неохлажденной фокусирующей трубки позволило сделать выводы об эффективности криогенных режимов, предложить усовершенствованные методы защиты и наметить перспективные направления для исследований в области криотехнологий при гидроабразивной резке.
EDN ORNKCU
Литература
[1] Thakur P., Raut D.N., Siddiqui F. Recent applications, developments and challenges in waterjet technology. Recent Innovations in Mechanical Engineering: Select Proceedings of ICRITDME 2020. Singapore, Springer Singapore, 2022, pp. 141–155.
[2] Alsoufi M.S. State-of-the-art in abrasive water jet cutting technology and the promise for micro- and nano-machining. International Journal of Mechanical Engineering and Applications, 2017, vol. 5, no. 1, pp. 1–14.
[3] Абашин М.И., Герасимова А.М., Вдовин А.А. Импортозамещающие технологии производства расходных элементов гидроструйного оборудования, применяемого для обработки материалов ракетно-космической техники. Инженерный журнал: наука и инновации, 2016, вып. 9 (57), с. 8. URL: https://engjournal.bmstu.ru/articles/1529/1529.pdf
[4] Chomka G., Kasperowicz M., Chodór J., Chudy J., Kukiełka L. Possibilities of rock processing with a high-pressure abrasive waterjet with an aspect terms to minimizing energy consumption. Materials, 2023, vol. 16, no. 2, paper 647.
[5] Колпаков В.И., Илюхина А.А. Особенности математического моделирования разрушения конструкций из разных материалов под действием высокоскоростной гидроабразивной струи. Инженерный журнал: наука и инновации, 2019, вып. 9 (93), c. 1. URL: https://engjournal.bmstu.ru/articles/1913/1913.pdf
[6] Тарасов В.А., Галиновский А.Л. Проблемы и перспективы развития гидроструйных технологий ракетно-космического машиностроения. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, вып. 3 (15), с. 23. URL: https://engjournal.bmstu.ru/articles/636/636.pdf
[7] Jerman M., Zelenak M., Lebar A., Foldyna V., Foldyna J., Valentincic J. Observation of cryogenically cooled ice particles inside the high-speed water jet. Journal of Materials Processing Tech., 2021, vol. 289, art. no. 116947.
[8] Du M., Wang H., Dong H., Guo Y., Ke Y. Numerical research on multi-particle movements and nozzle wear involved in abrasive waterjet machining. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2021, vol. 117, pp. 2845–2858.
[9] McGeough J.A. Cutting of food products by ice-particles in a water-jet. Procedia Cirp, 2016, vol. 42, pp. 863–865.
[10] Deo A., Bagal D.K., Pattanaik A.K., Panda S.N., Barua A., Barkey R.K., et al. Recent advancements in ice jet machining process as an alternative of AWJM. Materials Today: Proceedings, 2022. vol. 50, pp. 981–985.
[11] Wohlfeil F. Radical Technological Innovation: Case Study of Cryogenic Machining by 5ME. KIT Scientific Working Papers, 2015.
[12] 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 Conference Proceedings. AIP Publishing, 2021, vol. 2318. p. 150013.
[13] Hashish M. Abrasive waterjet machining. Materials, 2024, vol. 17, no. 13, p. 3273.
[14] Dunsky C.M., Hashish M., Liu H.T. Development of a vanishing abrasive cryogenic jet (VACJET). In: Proceedings of the 1997 DoD/Industry Coatings Conference, Las Vegas, Nevada, May, 1997, pp. 13–15.
[15] Bańkowski D., Młynarczyk P., Hlaváčová I.M. Temperature measurement during abrasive water jet machining (AWJM). Materials, 2022, vol. 15, no. 20, paper no. 7082.
[16] Kartal F. A review of the current state of abrasive water-jet turning machining method. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2017, vol. 88, pp. 495–505.
[17] Pogrebnyak A.V., Perkun I.V., Pogrebnyak V.G., et al. Thermal effects in the flow of a polymer aqueous solution through a hydrocutting jet-forming head. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2021, vol. 94, no. 1, pp. 137–143.
[18] Perec A., Trieb F., Pude F. Some investigations into 1,000 MPa pure waterjet cutting. In: International Conference on Water Jet-Research, Development, Applications. Cham, Springer International Publishing, 2019, pp. 155–163.
[19] Chang S., Liu W., Tang J., Lan Y., Long H. Thermal effects and deformation mechanisms in abrasive waterjet machining: insights from Ti-6Al-4V alloy for broader applications. Journal of Materials Processing Technology, 2024, vol. 334, art. no. 118643.
[20] Барзов А.А., Галиновский А.Л., Изотов Н.А. Способ гидроабразивной резки и устройство для его осуществления. Патент RU 2744633 C1, Российская Федерация, 2020.
[21] Круглов П.В., Изотов Н.А., Виноградова И.К. Использование SLM-печати при изготовлении криогенного теплообменника для охлаждения фокусирующей трубки установки гидроабразивной резки. Материалы XV Международной научно-технической конференции «Наукоемкие технологии в машиностроении». В 2 томах. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2024, т. 2, с. 41–43. EDN: CJZCHJ
[22] Галиновский А.Л., Круглов П.В., Янко М.А., Изотов Н.А. Численное моделирование сверхнизкотемпературного воздействия на гидроабразивные фокусирующие трубки. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2025, № 3, c. 47–56.
[23] Chinnasamy M., Rathanasamy R., Kumar Pal S., Kumar Palaniappan S. Effectiveness of cryogenic treatment on cutting tool inserts: A review. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2022, vol. 108, art. no. 105946.
[24] Singh N.P., Srinivasu D.S., Babu N.R. Thermal analysis of abrasive waterjet machining process. In: Proceedings of 10th International Conference on Precision, Meso and Nano Engineering, India, 2017, pp. 31–34.