Московский государственный строительный университет, Москва, Россия

Ю. И. Карлина, научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: jul.karlina@gmail.com

Иркутский национальный исследовательский технический университет, Иркутск, Россия
Е. А. Гусева, доцент кафедры материаловедения, сварочных и аддитивных технологий, канд. техн. наук, эл. почта: el.guseva@rambler.ru
М. В. Константинова, доцент кафедры материаловедения, сварочных и аддитивных технологий, канд. техн. наук, эл. почта: mavikonst@mail.ru

Ангарский государственный технический университет, Ангарск, Россия
В. Е. Гозбенко, профессор кафедры организации перевозок и управления на автотранспорте, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: vgozbenko@yandex.ru

Абразивную водоструйную технологию (AWJ) широко применяют в обрабатывающей промышленности для резки материалов, в случаях, когда другие методы неприменимы. Известно, что внедрение абразива происходит как на поверхность реза, так и на поверхность, перпендикулярную грани реза, куда (из-за расхождения струи) струя попала, но не прорезалась. Такое засыпание песка является известным недостатком процесса. В связи с этим проведены исследования и выполнена оценка качества резки и заделки абразива после гидроабразивной резки пластин из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т и сплавов титана ВТ-20, ВТ-6. Изучены резы с целью установить наличие или отсутствие внедренного под поверхность абразива, а также верхняя поверхность пластины вблизи разреза, куда могли попасть частицы за пределами основного ядра струи. Уровни внедрения, волнистость и шероховатость поверхности, а также механизмы взаимодействия абразива с поверхностью оценили с помощью комбинации сканирующей электронной микроскопии (SEM), энергодисперсионного рентгеновского анализа (EDX) и профилометрии. Обнаружено, что, несмотря на различия в характеристиках абразива, существенных различий в качестве резки или внедрения абразива в металл не наблюдали. Показано, что при ударе на отдельные частицы действуют силы, на порядки превышающие их раздавливающую нагрузку. Отмечено, что большинство абразивных частиц разрушаются при гидроабразивной струйной обработке, любые различия в исходной морфологии абразивных частиц не будут доминировать над поведением, так как именно морфология фрагментов этих разрушенных частиц контролирует внедрение в поверхность металла и качество резки.

1. Yuvaraj Natarajan, Pradeep Kumar Murugesan, Mugilvalavan Mohan, Shakeel Ahmed Liyakath Ali Khan. Abrasive water jet machining process: A state of art of review. Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 49. pp. 271–322. DOI: 10.1016/j.jmapro.2019.11.030
2. Hlaváč L. M. Revised model of abrasive water jet cutting for industrial use. Materials. 2021. Vol. 14. No. 14. 4032. DOI: 10.3390/ma14144032
3. Hutchings I. M. Mechanisms of the erosion of metals by solid particles. ASTM International. 1979. pp. 59–76.
4. Folkes J. Waterjet — An innovative tool for manufacturing. Journal of Materials Processing Technology. 2009. Vol. 209. No. 20. pp. 6181–6189.
5. Putz M. et al. Suspension technology for abrasive waterjet (AWJ) cutting of ceramics. Procedia Cirp. 2018. Vol. 77. pp. 367–370.
6. Hashish M. Characteristics of surfaces machined with abrasive-waterjets. Journal of Engineering Materials and Technology. 1991. Vol. 113. No. 3. pp. 354–362.
7. Chao J., Geskin E. S., Chung Y. Investigations of the dynamics of the surface topography formation during abrasive waterjet machining. Jet cutting technology. Springer Science + Business Media Dordrecht, 1992. pp. 593–603.
8. Fowler G., Shipway P. H., Pashby I. R. Abrasive water-jet controlled depth milling of Ti6Al4V alloy–an investigation of the role of jet–workpiece traverse speed and abrasive grit size on the characteristics of the milled material. Journal of Materials Processing Technology. 2005. Vol. 161. No. 3. pp. 407–414.
9. Schwartzentruber J., Spelt J. K., Papini M. Prediction of surface roughness in abrasive waterjet trimming of fiber reinforced polymer composites. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2017. Vol. 122. pp. 1–17.
10. Li M. et al. Effects of processing parameters on kerf characteristics and surface integrity following abrasive waterjet slotting of Ti6Al4V/CFRP stacks. Journal of Manufacturing Processes. 2019. Vol. 42. pp. 82–95.
11. Dahiya A. K., Bhuyan B. K., Kumar S. Perspective study of abrasive water jet machining of composites—A review. Journal of Mechanical Science and Technology. 2022. Vol. 36. No. 1. pp. 213–224.
12. Korat M. M., Acharya G. D. A review on current research and development in abrasive waterjet machining. Int. J. Eng. Res. Appl. 2014. Vol. 4. No. 1. pp. 423–432.
13. Perec A. Experimental research into alternative abrasive material for the abrasive water-jet cutting of titanium. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 97. No. 1-4. pp. 1529–1540.
14. Holmberg J., Wretland A., Berglund J. Abrasive water jet milling as an efficient manufacturing method for superalloy gas turbine components. Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2022. Vol. 6. No. 5. 124.
15. 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.
16. Llanto J. M., Tolouei-Rad M., Vafadar A., Aamir M. Recent progress trend on abrasive waterjet cutting of metallic materials: A review. Appl. Sci. 2021. Vol. 11. 3344. DOI : 10.3390/app11083344
17. Karmiris-Obratański P. et al. On the effect of multiple passes on kerf characteristics and efficiency of abrasive waterjet cutting. Metals. 2021. Vol. 11. No. 1. 74.
18. Wang H. et al. Research progress in abrasive water jet processing technology. Micromachines. 2023. Vol. 14. No. 8. 1526.
19. Murthy B. R. N. et al. Optimization of process parameters to minimize the surface roughness of abrasive water jet machined jute/epoxy composites for different fiber inclinations. Journal of Composites Science. 2023. Vol. 7. No. 12. 498.
20. Karkalos N. et al. Experimental study on the sustainability assessment of AWJ machining of Ti-6Al-4V using glass beads abrasive particles. Sustainability. 2021. Vol. 13, Iss. 16. 8917.
21. Cha Y. et al. Simple approach for evaluation of abrasive mixing efficiency for abrasive waterjet rock cutting. Applied Sciences. 2021. Vol. 11. No. 4. 1543.
22. Stachowiak G. B., Stachowiak G. W. The effects of particle characteristics on three-body abrasive wear. Wear. 2001. Vol. 249. No. 3-4. pp. 201–207.