Predikcii sa venovalo niekoľko autorov, ktorý sa prevažne za­merali na predikciu hĺbky rezu [9], [10], [5] a topografie po­vrchu [7], [8]. Pre on-line riadenie procesu je potrebné sní­mať a vyhodnocovať dáta nesúce informácie o okamžitom stave procesu. Vibrácie a akustická emisia predstavujú presne takýto obraz procesu. Prevažne bola v pozornosti bádateľov akustická emi­sia emitovaná procesom. Momber et al. [6] použil akustickú emisiu pre on-line analýzu erodovaných materiálov. Foldyna et al. pomo­cou akustickej emisie skúmal vysokotlakové systémy [1]. Bádatelia Valíček a Hloch použili hladinu akustického tlaku pre predikciu kva­lity povrchu vytvoreného v procese hydroabrazívneho delenia [7].

Vibráciám v procese hydroabrazívneho materiálu bola venovaná iba malá pozornosť. Zaoberala sa nimi iba hŕstka autorov. Hloch et al. sa zaoberal skúmaním vibračných spektier pri delení hliníka [2]. Neskôr sa Hreha et al. zaoberal závislosťou medzi vibráciami mate­riálu a výslednou topografiou povrchu [3]. Neskôr tento tým au­torov zameral pozornosť na vibrácie materiálu pri prieniku nástroja (hydroabrazívneho prúdu) do materiálu (priestrel) [4]. Na základe predchádzajúcich poznatkov boli uskutočnené viaceré experimen­ty. Ich cieľom je osvetliť problematiku hydroabrazívneho delenia a procesov prebiehajúcich pri úbere materiálu.

Experimentálna procedúra

Ako experimentálny materiál bola použitá nehrdzavejúca oceľ AISI 309. Chemické zloženie a mechanické vlastnosti sú popísané v tab. 1. Experimentálne vzorky mali tvar štvorca zo stranou 30 mi­limetrov. Skúmané boli rýchlosti posuvu v = 50, 75, 100 a 150 mm. min-1. Ďalším variabilným faktorom bol hmotnostný tok abrazíva a to s hodnotami ma = 250 a 400 g.min-1. Podmienky experimen­tu popisuje tab. 1.

Pre zber dát bol použitý systém NI PXI – 1031, NI PXI – 6106 pre osemkanálový simultánny zber zo vzorkovacou frekvenciou 30 kHz. Vibrácie boli snímané jednoosovými akcelerometrami PCB IMI 607 A11. Zosnímané signály boli následne analyzované nástro­jom, ktorý bol vytvorený v objektovom programovacom prostre­dí LabVIEW 8.5. Dáta topografie povrchu boli získane prostred­níctvom optického profilometru MicroProf FRT od výrobcu Fries Research & Technology GmbH.

Výsledky a diskusia

Počas delenia vzoriek štvorcového prierezu boli snímané vibrácie materiálu, ktoré boli následne analyzované virtuálnym nástrojom vytvoreným v objektovom programovacom prostredí LabVIEW. Variabilnými faktormi v experimente boli hmotnostní tok abrazíva a rýchlosť posuvu deliacej hlavice. Na obr. 1 až obr. 4 sú znázornené priebehy vibrácii a generované topografie povrchu získané s nasta­vením okrajových hodnôt skúmanej rýchlosti posuvu. Topografia je vyobrazená tak, že poskytuje pohľad na vzorku z vrchnej strany.

Obr. 1 znázorňuje priebeh vibrácii získaný pri nastavení faktorov ma = 400 g.min-1 a v = 50 mm.min-1. Pri tomto nastavení fakto­rov bola dosiahnutá maximálna amplitúda signálu 1,5 g. Hodnota RMS dosiahla hodnotu 0,225326 g. Pri nižšom hmotnostnom toku abrazíva bol priebeh signálu rovnomernejší a hodnota RMS dosiahla 0,257345 g. Topografia generovaného povrchu bola podľa očakáva­nia viac zvlnená pri nastavení hmotnostného toku abrazíva na hod­notu ma = 250 g.min-1. Pri použití vyššej rýchlosti posuvu boli zazna­menané vyššie výkmity amplitúdy vibračného signálu a vyššia vlnitosť generovaného povrchu. Z obr. 3 a obr. 4 je vidieť že vyššie vibrácie boli zaznamenané pri nižšom hmotnostnom toku abrazíva. Povrch experimentálnych vzoriek generovaný hydroabrazívnym delením s rôznym nastavením variabilných faktorov je znázornený na obr. 5.

Z nameraných priebehov vibrácii materiálu boli získané hodnoty RMS. Výsledné hodnoty RMS sú uvedené v tab. 2 a graficky spra­cované sú na obrázku Obr. 6. Graf predstavuje závislosť hodno­ty RMS na rýchlosti posuvu deliacej hlavice pre rôzne nastavenia hmotnostného toku abrazíva. Obe krivky majú podobný stúpajúci priebeh. Pri použití hmotnostného toku abrazíva ma = 250 g.min-1 boli získane celkovo nižšie hodnoty RMS.

Záver

Spracované dáta predstavujú iba čiastkové výsledky s veľkého ex­perimentu, ktorého vyhodnotenie si vyžaduje mnoho času a prá­ce. Tento článok prezentuje priebežne získané výsledky. Namerané dáta sú naďalej analyzované a vyhodnocované.

Z prezentovaného nastavenia faktorov je možné vyvodiť niekoľko záverov a predpokladov. Z časových priebehov vibračných signá­lov vyplýva podľa očakávania závislosť medzi rýchlosťou posuvu a úrovňou amplitúdy zrýchlenia. Topografia materiálu získaná me­raním vzoriek optickým profilometrom MicroProf FRT korešpon­dujú s časovým záznamom vibrácii. Bol taktiež preukázaný vplyv hmotnostného toku na vibrácie materiálu.

Pri použití vyššieho hmotnostného toku boli zaznamenané nižšie výchylky zrýchlenia a hodnôt RMS. RMS hodnoty mali konvexný priebeh v závislosti na rýchlosti posuvu deliacej hlavice. Zo zvyšu­júcou sa rýchlosťou posuvu deliacej hlavice prudko stúpali aj hod­noty RMS.

Vibrácie materiálu je možné použiť ako nositeľa informácie o okam­žitom stave procesu, no kým bude možné vytvoriť model on-line riadenia na základe tejto veličiny je potrebné identifikovať podstat­nú informáciu v spleti náhodných javov.

Literatúra

[1] FOLDYNA, J. – SITEK, L. – HABÁN, V.: Acoustic wave propagation in high-pressure system, In: Ultrasonics, vol. 44, 2006

[2] HLOCH, S. – VALÍČEK, J. – KUŠNEROVÁ, M.: Dělení materiálu vodním paprskem (6): Analýza vibračných spektier získaných pri hydroabrazívnom delení hliníka. In: Svařování, dělení, spojování materiálů. vol. 6 (10), no. 1 (2009), p. 42-43. ISSN 1214-7990.

[3] HREHA, P. – HLAVÁČEK, P. – KLICH, J.. – HLOCH, S. – VALÍČEK, J. – KOZAK,D.: Dependence of the surface roughness profile parameters and vibration parameters in awj cutting, In: TEAM 2009: proceedings of the 1st International Scientific and Expert Conference: Slavonski Brod, Hotel Savus, December 10-11, 2009. – Slavonski Brod: University of Applied Sciences, 2009. – ISBN 978-953-55970-1-8

[4] HREHA, P. – HLOCH, S. – VALÍČEK, J. – MONKOVÁ, K. – MONKA, P. – HARNIČÁROVÁ, M. – FUSEK, M. – KONJATIČ, P.: Inpact of Abrasive mass flow rate when penetrating into material on its vibration, In: Technical Gazette, vol. 17, no. 4, 2010, pp. 475-480

[5] MA, C. – DEAM, R. T.: A correlation for predicting the kerf profile from abrasive water jet cutting, In: Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 30, Issue 4, 2006, Pages 337-343

[6] MOMBER, A. W. – MOHAN, R. S. – KOVACEVIC, R.: On-line analysis of hydro-abrasive erosion of pre-cracked materials by acoustic emission, In: Theoretical and Applied Fracture Mechanics, vol. 31, 1999

[7] VALÍČEK, J. – HLOCH, S.: Using the acoustic sound pressure level for quality prediction of surfaces created by abrasive waterjet, In: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 48, Issue: 1 – 4, p. 193 – 203, 2010, doi: 10.1007/s00170-009-2277-3

[8] VIKRAM, G. – BABU, N. R.: Modelling and analysis of abrasive water jet cut surface topography, In: International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 42, Issue 12, 2002, pp. 1345-1354

[9] WANG, J.: A new model for predicting the depth of cut in abrasive waterjet contouring of alumina ceramics, In: Journal of Materials Processing Technology, Vol. 209, Issue. 5, 2009, pp. 2314-2320

[10] WANG, J.: Predictive depth of jet penetration models for abrasive waterjet cutting of alumina ceramics, In: International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 49, Issue 3, 2007, pp. 306-316

TEXT/FOTO: Pavol Hreha, Sergej Hloch, FVT Prešov