Технология гидроабразивной резки

Гидроабразивная резка металла

Обязательным на любом машиностроительном и металлообрабатывающем предприятии является оборудование, позволяющее выполнять резку листового металла. Очень часто технических возможностей наиболее распространенных видов подобного оборудования бывает недостаточно для того, чтобы обеспечить высокое качество реза.

Процесс гидрообразивной резки

Сущность технологии

Гидроабразивная резка металла не является инновационной технологией, использовать ее начали еще в 1960-х годах. Первой станки для выполнения такой резки начала применять американская авиастроительная компания. Именно руководство этой компании сделало официальное заявление о данном методе, описав его преимущества и рекомендовав применять его для резки металла и других материалов, обладающих высокой твердостью. С этого момента абразивная резка металла с использованием воды стала активно применяться предприятиями и завоевывать все большую популярность.

Суть данной технологии заключается в том, что в зону реза под большим давлением подается вода, в состав которой включены абразивные вещества. Любая установка гидроабразивной резки работает по следующей схеме.

В смеситель аппарата из специальной емкости подаются вода и абразивный материал, в качестве которого преимущественно используется мелкий песок.
После смешивания вода с абразивом поступает в сопло установки.
В сопле формируется тонкая струя гидроабразивной смеси, которая под большим давлением подается в зону резки.

Принцип действия гидрообразивной резки

Технология, реализуемая по подобной схеме, позволяет не только выполнять резку быстро и с высоким качеством, но и значительно экономить на расходных материалах, самым дорогим из которых является обычный песок. Следует отметить, что по скорости выполнения абразивная резка с помощью воды сопоставима с плазменной технологией, а по качеству получаемого реза – с лазерной.

Сферы применения

Данная технология имеет серьезные отличия от всех остальных методов разделения листового металла. При использовании такого метода поверхность обрабатываемого металла не испытывает давления и механического воздействия другого типа. Благодаря этому в зоне резки отсутствует трение, соответственно, исключен нагрев инструмента и поверхности детали, что положительно сказывается на качестве обработки и значительно расширяет область применения такой технологии.

Чаще всего абразивная резка с участием воды применяется для разделения листового металла, но в последнее время такой метод все активнее используют для обработки других материалов, к которым относятся:

природные камни (гранит, мрамор и др.);
керамическая плитка, листовое стекло;
углеродистая и нержавеющая сталь, титан и другие металлы;
железобетонные конструкции;
различные полимерные материалы и резина.

Использование технологии гидроабразивной резки позволяет минимизировать расход материалов, что является ее весомым преимуществом. Кроме того, резка с использованием абразива и воды – это единственно возможный способ разделения металла на предприятиях с высокой пожаро- и взрывоопасностью.

Оборудование для гидроабразивной резки

По сути, в аппаратах для гидроабразивной резки использована способность воды разрушать различные материалы, замеченная еще в древности. Для того чтобы такое разрушение было более точным, быстрым и эффективным, необходимо увеличить давление, с помощью которого вода с абразивом воздействует на материал, а также придать полученной струе требуемую направленность. В современных станках для гидроабразивной резки такие задачи решаются при помощи следующих элементов и способов.

Гидрообразивная резка позволяет разрезать материалы значительной толшины

Насос в таких аппаратах аккумулирует жидкость с абразивом и подает эту смесь на поверхность обрабатываемой детали. Производительность таких станков и толщина детали, которую они могут разрезать, зависят от мощности используемого насоса.

Гидроабразивные станки с таким регулятором могут резать с использованием рабочих смесей различного состава, подаваемых под регулируемым давлением, что дает возможность обрабатывать с их помощью материалы разной толщины и структуры. Так, для резки более твердых материалов используют трехкомпонентные гидроабразивные смеси, а для более вязких – состоящие из двух компонентов.

Смена сопла аппарата

Такая методика предполагает подбор для материалов разной толщины, состава и плотности сопла определенной конструкции.

Именно данный элемент, которым оснащен каждый современный гидроабразивный станок, отвечает за качество и равномерный состав рабочей смести и, соответственно, за точность и скорость резки, а также за возможность устройства обрабатывать детали большой толщины.

Автоматизация процесса резки

При резке металла из-за инерционности струи рабочей жидкости обязательно формируется конусность кромки, которая прямо пропорциональна скорости процесса обработки. Чтобы минимизировать этот нежелательный эффект, на современных гидроабразивных аппаратах используются автоматические системы, которые в зависимости от плотности обрабатываемого материала корректируют угол наклона сопла.

Подготовка воды перед ее использованием для резки

Качество используемой воды может оказывать серьезное влияние на результаты и скорость выполнения резки. Именно поэтому на всех современных станках используются системы для предварительной очистки воды от посторонних примесей.

Кроме основных систем и комплектующих, аппараты для гидроабразивной резки могут оснащаться дополнительным оборудованием, которое значительно расширяет их функционал (речь идет, в частности, о выполнение фигурных резов).

Современное оборудование, выполняющее резку материалов гидроабразивным способом, позволяет:

выполнять точную и качественную резку под различными углами;
резать даже самые сложные детали без участия человека – при помощи программного управления;
работать с металлическими деталями даже значительной толщины (сталь – до 20 мм, титан – до 17 мм, высокопрочные сплавы – до 12 мм, медь и ее сплавы – до 5 мм);
получать фигурные резы, что очень актуально при производстве изделий декоративного назначения;
выполнять резку труб (это возможно на отдельных моделях гидроабразивных аппаратов).

Станок для гидрообразивной резки труб

Станки для гидроабразивной резки с числовым программным управлением

Станок для гидроабразивной резки, оснащенный числовым программным управлением (ЧПУ), позволяет эффективно решать задачи по резке различной степени сложности. Высокая точность, с которой выполняет резку такой станок, позволяет изготавливать даже самые сложные детали и значительно минимизировать расход материала. Технологический процесс выполнения резки с помощью этого аппарата выглядит следующим образом.

Для каждой детали на станок устанавливается специальное ПО, которое контролирует все параметры резки: состав рабочей смеси, ее давление и др.
Станок для гидроабразивной резки с программным управлением обеспечивает постоянный контроль качества реза и корректирует режимы работы, если это необходимо. Именно такие опции подобного оборудования способствуют тому, что никакая дополнительная обработка готовых изделий, в том числе и шлифовка, после него не требуется.
Станки с ЧПУ могут высверливать отверстия, а также выполнять еще целый перечень специфических операций.

Станок гидроабразивной резки — OMAX 60120

Выполнение гидроабразивной резки ручным способом

Ручные станки для гидроабразивной резки отличаются от автоматизированных тем, что все параметры обработки в них выставляются, контролируются и корректируются оператором. Несмотря на некоторые неудобства эксплуатации, по сравнению с оборудованием с ЧПУ, такие станки обладают целым рядом преимуществ.

Для обслуживания таких станков, отличающихся простотой в управлении и минимумом функциональных возможностей, не требуется профильное образование.
Функциональные возможности, которыми обладают ручные установки гидроабразивной резки, позволяют изготавливать качественные и точные детали простых геометрических форм.
Ручной станок для гидроабразивной резки отличается доступной стоимостью (в среднем в 1,5 раза дешевле аппаратов с ЧПУ).

Между тем для резки деталей сложных геометрических форм и требующих особо высокой точности получаемых размеров необходимо использовать станки с ЧПУ.

Резка сложных форм

Необходимые материалы

При гидроабразивной резке расходуются два основных материала, за восполнением которых необходимо постоянно следить:

мелкофракционный абразивный материал, в качестве которого чаще всего используется гранатовый песок,отличающийся особо высокой твердостью (размер крупинок такого песка не должен превышать 600 микрон);
вода, прошедшая предварительную очистку от посторонних примесей.

Естественно, что это не единственные материалы, требуемые для осуществления резки с использованием воды и абразива. Для любого гидроабразивного станка необходимы электропитание, подача сжатого воздуха и замена изношенных элементов, к которым, в частности, относятся:

элементы системы, отвечающей за подачу абразивной смеси: сопло, подающие трубки и др. (если своевременно не заменять изношенное сопло, то отверстие в нем может значительно увеличиться в диаметре, что приведет к снижению точности размеров формируемого реза).
уплотнительные элементы насосной станции, которые отвечают за поддержание требуемого давления рабочей смеси.

Читать еще: Фрезерование это процесс

Следует иметь в виду, что использование некачественных расходных материалов, в частности абразивного песка, приводит не только к снижению качества готовых изделий, но и к ускоренному износу аппаратов для резки.

Преимущества и недостатки резки с использованием абразива и воды

Оценить эффективность, производительность и точность гидроабразивной резки можно даже по видео такого процесса. Между тем существуют не только визуально оцениваемые преимущества данной технологии, к которым относятся:

исключение нагрева обрабатываемой детали (отсюда невозможность ее деформации и, соответственно, высокая точность резки);
широкий функционал оборудования, с помощью которого можно решать задачи даже самой высокой сложности;
отсутствие необходимости в дополнительных работах по доработке полученных изделий;
универсальность, которой обладает любой станок для гидроабразивной резки (с его помощью можно как резать резину, пластик, камень или металл, так и сверлить отверстия в различных материалах);

Гидрообразивная резка мрамора

Насколько бы эффективным и эффектным ни был процесс гидроабразивной резки (см. видео в конце статьи), есть у этой технологии и недостатки. В частности, к ним можно отнести следующие.

При резке образуется конусность кромки отрезаемой детали. Особенно такой недостаток заметен при резке деталей большой толщины. Чтобы не допустить появления этого дефекта, необходимо использовать специальные автоматизированные устройства, корректирующие угол наклона сопла в процессе обработки.
На гидроабразивных станках обрабатывают как толстостенные, так и тонкостенные детали с одной скоростью, что несколько снижает рентабельность применения такой технологии. Чтобы увеличить рентабельность, тонкие детали разрезают сразу по несколько штук, складывая их в пачку.

Использование гидроабразивной резки особенно целесообразно в тех ситуациях, когда необходимо разрезать сложные детали с особо высокой точностью, затрачивая при этом минимальное количество времени.

Техника проведения гидроабразивной резки

На заводах, изготавливающих металлические детали, части корпусов для машин, самолетов, кораблей, промышленного оборудования, наиболее популярной технологической операцией является разрезание листового металла. Существует несколько технологий разделения металла, но особенно популярна гидроабразивная резка.

Сущность технологии

Разрезание металлических листов с использованием воды существенно отличается от других способов разделения заготовок. Резка металла под водой проводится с помощью специального насоса, который нагнетает высокое давление. Вода подается на рабочую часть с огромной скоростью. Чем ближе сопло располагается к металлической поверхности, тем сильнее давление. Работая с водой можно разрезать камень, диэлектрики, сплавы, которые имеют низкую температуру плавления. Эти материалы испортятся если будут нагреваться.

Современное оборудование с системами ЧПУ выполняет все операции автоматически без усилий со стороны человека. Частицы металла, которые образуются после резки, с потоком воды проходят через фильтры, установленные на нижней части емкости. Они отделяются от воды, просушиваются. Вода повторно поступает к рабочей головке.

Технология по скорости разрезания идентичная работе с плазменным резаком, однако по качеству готового реза ее можно сравнить с лазером. Отсутствие тепловой обработки исключает образование наплавления у торцов.

Способы гидроабразивной резки

Абразивная резка металла с использованием воды может выполняться с помощью ручных агрегатов, станков с ЧПУ. Технологию применяют в следующих случаях:

При разрезании диэлектриков или сплавов цветных металлов, которые нельзя резать аппаратами, создающими электрическую дугу.
Разделение металлических листов, заготовок большой толщины (более 300 мм). Если использовать плазменный резак, края детали будут оплавлены.
Когда нужно сделать рез высокой точности. Альтернатива лазерам.
Если нельзя повредить деталь. Сплавы часто коробятся от сильного нагрева.

Гидроабразивные агрегаты позволяют разделять сплавы из цветных металлов, природный камень, пластик.

Сферы применения

Гидроабразивная резка металла позволяет работать с различными материалами. Связано это с тем, что при выполнении технологического процесса не возникает трения, нагревания. Это позволяет применять технологию в разных направлениях промышленности:

Машиностроение, авиастроение, судостроение.
Приборостроение, станкостроение.
Строительство, изготовление металлоконструкций.

Водой под большим давлением разрезают стекло, керамическую плитку, природный камень, резину, полимерные материалы, различные металлы, сплавы.

Оборудование для гидроабразивной резки

Оборудование для гидроабразивной резки разделяется по способу управления. От этого изменяется точность проведения работ, качество резов, скорость, эффективность агрегатов. Независимо от типа управления, станок состоит из нескольких основных деталей:

емкости, которая заполняется жидкостью;
зажимов, направляющих;
рабочей части с соплом;
системы подачи жидкости;
системы очистки отработанной воды;
фильтра, емкости с жидкостью.

Если на агрегате установлено ЧПУ, конструкция дополняется шаговыми двигателями, датчиками, монитором, панелью для задания алгоритмов.

Гидроабразивные станки с ЧПУ

Станки гидроабразивной резки, на которых устанавливается ЧПУ, позволяют проводить точные технологические процессы с высокой скоростью. С их помощью можно выполнять разные операции. Рабочий процесс делится на следующие этапы:

Проверка работоспособности подвижных элементов.
Создание алгоритма, по которому будет перемещаться рабочая головка над поверхностью заготовки.
Закрепление заготовки в ванной, запуск станка.

Рабочему остается контролировать процесс, доставать готовые изделия, закреплять новые. Если возникают ошибки, он должен их исправить, чтобы продолжить резку.

Ручная гидроабразивная резка

Принцип работы гидроабразивного станка на ручном управлении заключается в том, что все операции выполняет оператор. Гидрорезка становится менее скоростной, точной, эффективной. Среди преимуществ выделяют то, что оборудование:

не требует знания программирования при управлении, настройке;
может выполнять большее количество технологических операций;
имеет надежную конструкцию.

Ручные агрегаты стоят не так дорого, как оборудование с ЧПУ. Оно подходит для небольших мастерских. Но для серийного проведения технологических процессов лучше выбирать агрегаты с автоматизированными механизмами.

Преимущества и недостатки

У оборудования, разрезающего металлические листы, есть ряд сильных и слабых сторон. Преимущества:

Можно делать резы разной формы.
Существует возможность разрезать заготовки большой толщины.
Экономичность при проведении работ.
Отсутствие нагревания материала. Поэтому изделия не портятся. Структура металла остается прежней.
Не нужно дополнительно обрабатывать деталь после обработки.
Универсальное оборудование, позволяющее обрабатывать разные материалы.
Безопасность при работе агрегата. Его можно запускать если рядом находятся горючие жидкости, материалы.

Время на прорезание толстых и тонких листов одинаковое. Из-за этого рентабельность аппарата становится сомнительной. Чтобы ее повысить, необходимо обрабатывать несколько деталей одновременно.
Готовый рез по торцам имеет конусовидную форму. Из-за этого нужно выбирать оборудование с дополнительной автоматикой.

Принципы проведения работ

Новая технология представляет собой следующую процедуру:

Заготовка погружается в большую емкость с водой.
Мастер закрепляет деталь так, чтобы рабочая головка свободно перемещалась по координатам относительно обрабатываемой поверхности.
Резка водой начинается с погружения рабочей части в ванну.
Оборудование включается. На поверхность заготовки подается мощный поток воды.
Постепенно рабочая головка приближается к детали, давление повышается.

Оборудование можно изготовить своими руками. Для этого нужно заранее разобраться с конструкцией готового станка, нарисовать чертеж, подготовить материалы, инструменты. Важно правильно рассчитать давление. Далее собирается конструкция, емкость нужно проверить на герметичность. На ее дне закрепляется система фильтров, которая позволит отсеивать жидкость от частиц металла.

Гидроабразивная резка металла — технологический процесс, при котором на поверхность деталей воздействует вода. Тонкая струйка разрезает заготовку на части. Так можно разделять листы большой толщины без нагревания, что не нарушает структуру материала. Управление ЧПУ позволяет минимизировать усилия со стороны оператора, увеличить точность резов.

Поддержите канал, просто читайте наши статьи, а мы будем размещать для Вас полезную информацию о металлах! Так же заходите на наш сайт , там Вы найдете множество информации о металлах, сплава и их обработке.

Технология гидроабразивной резки

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

В современной промышленности используется несколько видов резки материалов: механическая, плазменная, лазерная. Альтернативным вариантом является гидроабразивная резка, которая в целом ряде случаев является единственно возможной. В основе данного метода находится механическая сила герметизированной воды, смешанной с абразивным порошком и выбрасывающейся под высоким давлением из узкого сопла аппарата. При гидроабразивной резке исключаются пригорание и оплавление материала в области разреза, а также деформация заготовки.

Важно, что под воздействием водно-абразивной струи свойства обрабатываемого материала не меняются. Струя действует как оптимальный точечный инструмент, и с ее помощью можно вести обработку сложных профилей. Ширина разреза при этом варьируется от 0,6 мм до 2,0 мм, а количество отходов минимально по сравнению с резкой другими методами. Технология позволяет начинать разрез в любом месте детали, без предварительно сделанного отверстия.

Технология гидроабразивной резки

Сама технология не является новым словом в технике, но профессиональное гидроабразивное оборудование было сконструировано сравнительно недавно. Сегодня спрос на него на рынке довольно велик, поэтому показатели продаж в этом сегменте станкостроительных машин весьма впечатляющие. Объемы реализации растут примерно на 9-10% в год, а само гидроабразивное оборудование теснит на рынке устройства лазерной и механической резки.

Водяная струя, подаваемая в режущую головку под сверхвысоким давлением в 1-6 тыс. атмосфер, обладает эрозионным (истирающим) воздействием. Диаметр отверстия в сопле поистине микроскопический и составляет всего 0,08-0,50 мм, поэтому скорость выбрасывания водяной струи порой сравнима со сверхзвуковой (1000-1200 м/с). Далее происходит смешивание струи воды с абразивным порошком в специальной смесительной камере, откуда струя выходит, уже имея в своем составе частицы высокотвердых материалов. Резка заготовки происходит под воздействием струи, выходящей из трубки толщиной 0,5-1,5 мм. В качества материала сопла чаще всего применяют алмаз, рубин, сапфир. Абразивными материалами служат кварцевый и гранатовый песок, зерна карбида кремния, корунда, частицы силикатного шлака.

Технология гидроабразивной резки характеризуется следующими параметрами:

вид, плотность, толщина заготовки;
скорость резки;
диаметр водяного сопла;
диаметр смесительной трубки;
характеристики режущей смеси (скорость потока, размер и концентрация абразивных частиц и т. д.);
давление струи.

Преимущества гидроабразивной резки

Универсальность. Водно-абразивная струя с легкостью режет мягкие и твердые материалы, даже такие, как сплавы титана, сталь, керамику, композиты. При этом не наблюдается разрывов в структуре и изменения физико-механических характеристик.
Отсутствие теплового воздействия. Возникающее в процессе резки тепло нивелируется струей воды, и заготовка не нагревается. Это преимущество имеет особое значение при обработке материалов, восприимчивых к нагреву. Температура в зоне резания не превышает 90`С и не влечет за собой пригорания и оплавления. Нужно отметить, что такая способность присуща исключительно гидроабразивной резке.
Возможность обрабатывать сложные профили и контуры, работать под любым углом к поверхности. Это весьма важная характеристика гидроабразивной резки, позволяющая использовать ее при обработке хрупких материалов, например стекла. В этом смысле она уступает лишь алмазной резке, да и то далеко не во всех случаях.
Высокая технологичность процесса. Роль режущего инструмента выполняет струя воды, и это снижает ударную нагрузку на заготовку, нивелирует отдачу. Также сам «инструмент» не нуждается в регулярной заточке. Деталь может находиться на расстоянии до 200 м от насоса, и это не снижает тангенциальное усилие, производимое на нее гидроабразивной струей. В некоторых случаях от одного насоса могут работать две и более режущих головки. Гидроабразивную резку можно вести на земле, на большой высоте и даже на глубине 200-300 м под водой.
Полная автоматизация процесса. Аппараты гидроабразивной резки предусматривают компьютерный контроль над соблюдением технологии. Специальные оптические устройства слежения позволяют минимизировать участие человеческого фактора.
Приемлемое качество разреза. Степень шероховатости финишной поверхности очень низкая и находится в пределах Ra 0,5-1,5 мкм. Это означает, что необходимость в дополнительной обработке возникает редко.
Экономичность и доступность. Компонентами гидроабразивной резки являются вода и абразивные частицы. И то, и другое обходится недорого, расход воды низок — 3-4 л в минуту. Высокая скорость процесса позволяет экономить время и повысить производительность.
Безопасность. Процесс гидроабразивной резки не может стать источником взрыва или возгорания ввиду отсутствия накопленного тепла. Также процесс не образует шлака, пыли, радиоактивных выбросов. Уровень шума составляет 80-95 дБ.

Недостатки

Одними из узких мест технологии гидрорезания считаются недолговечность сопла и трудности его изготовления. Оно довольно быстро изнашивается из-за высокого давления жидкости.

Водоструйная резка медленно внедряется на промышленных предприятиях, и на это есть свои причины, а именно:

высокая, по сравнению с другими технологиями, энергоемкость;
дороговизна оборудования для гидроабразивной резки;
несоответствие фактических характеристик и установок заявленным, что является помехой при резке некоторых материалов;
малые масштабы производства у потенциальных потребителей, не позволяющие окупить стоимость гидрорежущего оборудования.

Область применения

Гидроабразивная резка может быть использована для обработки любых материалов: картона, кожи, ткани, резины, керамики, натурального камня, железобетона, полимеров, металлопласта, металлов, сплавов.

Оборонная промышленность

Технология гидрорезания применяется с целью утилизации отслужившей свой век военной техники, ракет, судов, субмарин. С ее помощью режут корпуса снарядов и освобождают их от взрывчатки.

Электронная промышленность

Метод широко используется для нарезки электронных плат, очистки корпусов микросхем. При использовании гидрорезания гарантируется отсутствие пыли, расслоения материала, точность и тонкость пропила (не более 0,1 мм).

Автомобилестроение

Гидроабразивная резка применяется при резке пластиковых деталей салона (фальш-потолков, приборных панелей, ковриков и пр.), а также автомобильных бамперов.

Строительный сектор

Технология гидрорезания нашла применение в демонтаже бетонных стен и перегородок, расчистке швов. Кроме того, с помощью гидроабразивной резки инкрустируют гранит и мрамор.

Гидроабразивная резка металла

Как уже отмечалось выше, данный метод используется в качестве альтернативы лазерному раскрою и позволяет с легкостью нарезать листы нержавеющей стали, толщина которых достигает 70 мм. Обычную сталь гидроабразивная струя режет еще легче. Наблюдая своими глазами этот процесс, остается лишь удивляться, как струя воды внедряется в металлическую заготовку буквально как нож в масло – деликатно, без механического и термического воздействия. Даже очень дорогие и ответственные заготовки из металла можно без опаски подвергать процессу гидроабразивной резки, без риска создания внутреннего напряжения в детали.

Технология гидроабразивной резки: плюсы и минусы

Уникальность технологии гидроабразивной резки заключается в том, что с ее помощью можно раскроить практически любые виды материалов. Важно отметить, что гидроабразивная резка является альтернативой не только механической, но и лазерной, плазменной, а также ультразвуковой резке, и в некоторых случаях является единственно возможной.

При гидроабразивной резке материал обрабатывается тонкой сверхскоростной струей воды. Для увеличения разрушительной силы водяной струи в нее добавляются частицы высокотвердого материала – абразива. Иногда гидроабразивное оборудование называют «гидрорезка», «водоструйная резка», «водорезка», «ГАР» или «waterjet». В промышленности такие станки используются с 1982 года, а их прототипы, появились еще в 1970 году.

В чем же суть процесса гидроабразивной резки? Если обычную воду сжать под давлением около 4000 атмосфер, а затем пропустить через отверстие диаметром меньше 1 мм, то она потечет со скоростью, превышающей скорость звука в 3–4 раза. Будучи направленной на обрабатываемое изделие, такая струя воды становится режущим инструментом. С добавлением частиц абразива ее режущая способность возрастает в сотни раз, и она способна разрезать почти любой материал.

Технология гидроабразивной резки основана на принципе эрозионного (истирающего) воздействия абразива и водяной струи. Их высокоскоростные твердофазные частицы выступают в качестве переносчиков энергии и, ударяясь о частицы изделия, отрывают и удаляют последние из полости реза. Скорость эрозии зависит от кинетической энергии воздействующих частиц, их массы, твердости, формы и угла удара, а также от механических свойств обрабатываемого материала.

Технология резки

Вода, нагнетаемая насосом до сверхвысокого давления порядка 1000–6000 атмосфер, подается в режущую головку. Вырываясь через узкое сопло (дюзу) обычно диаметром 0,08–0,5 мм с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью (до 900–1200 м/c и выше), струя воды поступает в смесительную камеру, где начинает смешиваться с частицами абразива – гранатовым песком, зернами электрокорунда, карбида кремния или другого высокотвердого материала. Смешанная струя выходит из смесительной (смешивающей) трубки с внутренним диаметром 0,5–1,5 мм и разрезает материал. В некоторых моделях режущих головок абразив подается в смесительную трубку. Для гашения остаточной энергии струи используется слой воды толщиной, как правило, 70–100 сантиметров.

В качестве абразива применяются различные материалы с твердостью по Моосу от 6,5. Их выбор зависит от вида и твердости обрабатываемого изделия, а также следует учитывать, что более твердый абразив быстрее изнашивает узлы режущей головки. При гидроабразивной резке разрушительная способность струи создается в гораздо большей степени за счет абразива, а вода выполняет преимущественно транспортную функцию. Размер абразивных частиц подбирается равным 10–30% диаметра режущей струи для обеспечения ее эффективного воздействия и стабильного истечения. Обычно размер зерен составляет 0,15–0,25 мм (150–250 мкм), а в ряде случаев – порядка 0,075–0,1 мм (75–100 мкм), если необходимо получение поверхности реза с низкой шероховатостью. Считается, что оптимальный размер абразива должен быть меньше величины (dс.т.– dв.с.)/2, где dс.т.– внутренний диаметр смесительной трубки, dв.с.– внутренний диаметр водяного сопла.

Характерная область применения технологий резки водой

Типичная область применения некоторых абразивных материалов при резке

Преимущества, недостатки и сравнительная характеристика

С помощью гидроабразивной или водной струи можно разрезать практически любые материалы. При этом не возникают ни механические деформации заготовки (так как сила воздействия струи составляет лишь 1–100 Н), ни ее термические деформации, поскольку температура в зоне реза составляет около 60–90°С. Таким образом, по сравнению с технологиями термической обработки (кислородной, плазменной, лазерной и др.) гидроабразивная резка обладает следующими отличительными преимуществами:

более высокое качество реза из-за минимального термического влияния на заготовку (без плавления, оплавления или пригорания кромок);
возможность резки термочувствительных материалов (ряда пожаро- и взрывоопасных, ламинированных, композитных и др.);
экологическая чистота процесса, полное отсутствие вредных газовых выделений;
взрыво- и пожаробезопасность процесса.

Гидроабразивная струя способна разрезать материалы толщиной до 300 мм и больше. Резка может выполняться по сложному контуру с высокой точностью (до 0,025–0,1 мм), в том числе для обработки объемных изделий. С ее помощью можно делать скосы. Она эффективна по отношению к алюминиевым сплавам, меди и латуни, из-за высокой теплопроводности которых при термических способах резки требуются более мощные источники нагрева. Кроме того, эти металлы труднее разрезать лазером из-за их низкой способности поглощать лазерное излучение.

К недостаткам водно-абразивной резки относятся:

существенно меньшая скорость разрезания стали малой толщины по сравнению с плазменной и лазерной резкой;
высокая стоимость оборудования и высокие эксплуатационные затраты (характерно и для лазерной резки), обусловленные расходом абразива, электроэнергии, воды, заменами смесительных трубок, водяных сопел и уплотнителей, выдерживающих высокое давление, а также издержками по утилизации отходов;
повышенный шум из-за истечения струи со сверхзвуковой скоростью (характерно и для плазменной резки).

Почему не все пользуются станками ГАР?

Если у станков ГАР столько очевидных преимуществ, почему далеко не все применяют их на своем предприятии? Ответ скрывается не в самом процессе резки струёй воды с абразивным материалом, а в возможности контролировать этот процесс. До сих пор применение установок требовало от пользователя одновременно умения программировать и навыков опытного оператора.

Линейная скорость сопла станка ГАР должна изменяться в зависимости от изменений формы деталей. Слишком высокая скорость или ее резкое изменение может привести к снижению качества обработки. В прошлом применение гидроабразивной обработки требовало ручной установки программ для того, чтобы контролировать скорость передвижения режущей головки.

Однако даже самая лучшая программа требовала для обслуживания установок опытных операторов, которые могли бы контролировать их скорость. Когда струя абразивного материала продвигалась вдоль линии реза, оператор подбирал скорость движения сопла и таким образом оптимизировал процесс.

Слишком высокая скорость отрицательно сказывалась на качестве кромок и точности. При слишком низкой снижалась точность и повышались затраты времени. Если сопло установки ГАР проходило угол слишком быстро, это могло плохо повлиять на форму и качество резки.

В результате станки гидроабразивной резки применялись в массовом производстве, не требующем высокой точности обработки, например, для изготовления сотней деталей с помощью хорошо проверенной программы либо для резки материалов, не поддающихся обработке с помощью иных технологий. Появившиеся станки компании «WaterJet Corp.» (Италия) значительно упростили этот процесс. Гидроабразивная обработка стала гораздо более доступной, а оборудование – простым в эксплуатации.

Water Jet (Италия) является европейским лидером по производству высокотехнологичных прецизионных установок гидроабразивной/водной резки. Специалисты компании имеют более чем 30-летний опыт в проектировании и производстве таких станков с применением ЧПУ.

Чрезвычайно высокая механическая точность приводов, использующих прецизионные шарико-винтовые пары BOSCH или линейные двигатели, собственный всемирно известный патент на встроенную систему направляющих, а также совместная работа с ведущим поставщиком систем управления, позволила компании Water Jet производить установки гидроабразивной резки с крупногабаритной поперечной балкой, которая быстро и легко перемещается и работает с максимальной точностью.

Для своих машин компания Water Jet использует только высококачественные комплектующие, увеличивающие срок службы установок гидроабразивной резки. Компания заявляет, что номинальный срок службы машины Water Jet составляет не менее 20 лет.

Для повышения производительности установки гидроабразивной резки Water Jet могут быть оборудованы несколькими режущими головками (рисунок №2), расположенными либо независимо друг от друга на одном портале либо на одном широком суппорте.

CNC-управляемые оси X, Y, Z — стандарт для всех установок гидроабразивной резки Water Jet.

Кроме того, компания выпускает установки с 4-мя и 5-тью управляемыми осями (рисунок №1), позволяющими осуществлять сложную резку деталей из листового материала. Например: вырезку деталей с внутренними и наружными фасками по любым криволинейным поверхностям, вырезку наклонных отверстий любого профиля с прямолинейной образующей и обработку сложных криволинейных пазов.

Помимо 4-х и 5-ти координатной резки деталей из листового материала, реализуемых с помощью режущей головки, Water Jet выпускает станки для объёмной 5-ти координатной гидроабразивной резки, имеющей возможность направлять гидроабразивную струю под любым углом к поверхности стола, в том числе горизонтально.

0 0 голоса

Рейтинг статьи