Зависимость шероховатости от скорости гидроабразивной резки

Сущность процесса

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.

Бетон клином расшибают

Несколько отличным от гидроабразивной резки бетона является технология, при которой используется гидроклин для разрушения бетона. Причем отличия двух технологий весьма существенны. Примерно, как отличается топор мясника от скальпеля хирурга. И гидроклин для бетона выступает именно в роли топора.

Набор гидроклинов, размещенный на массиве литого бетона, медленно, но неотвратимо делает свою работу, без суеты, шума и пыли

В чем суть. При необходимости разрушения больших объемов монолитного бетона с минимальными вибрационными нагрузками и минимизацией возможности разлета вторичных фрагментов от демонтируемой конструкции, в массиве бетона с помощью алмазных коронок происходит забуривание шпуров диаметром примерно 160-180 мм.

В подготовленные отверстия вставляются рабочие цилиндры гидроклина, и подается давление, в результате чего происходит раскалывание массива на коржи – отдельные элементы, которые либо грузятся в транспорт, либо разделываются на месте с помощью ручного малогабаритного инструмента.

Боец невидимого фронта гидроклин, во всей свей скромной красе

Как работает

Работа технологии основана на слабой устойчивости массы бетона на разрыв. Бетон хорошо переносит высокие статические нагрузки, однако острые, локальные, динамические, интенсивно приложенные на отдельном участке, часто для него критичны, и ведут к деформации и разрушению массива на различной величины фрагменты.

По сути своей, гидроклин — это гидроцилиндр, быстроходный шток которого перемещает на коротком плече рабочий механизм в виде клина установленной формы, выполненный из высокопрочной легированной стали.

В целом такая система состоит из:

• Гидроцилиндра с рабочим органом.
• Маслостанции высокого давления.
• Рабочих магистралей, выполненных в виде рукавов высокого давления.
• Системы коммуникаторов, выполненных либо в виде быстросъемов, либо по классической системе штуцер-гайка.
• Системы контроля и безопасности.

Маслостанция, как гидросиловая установка, генерирует необходимое количество энергии, которая по гидравлической магистрали передается на рабочий орган и совершает необходимую работу

Необходимо отметить, что описанная технология отличается высокой мобильностью, транспортабельностью и простотой обслуживания. В целом, при условии правильной эксплуатации гидроклиновые деструкторы надежны и долговечны.

Важно! Еще одним отличием от технологии гидроабразивной резки и применением гидроклина выступает то обстоятельство, что носителем энергии выступает не вода с примесью твердых частиц – абразива, а специальное гидравлическое масло. Причем, оно не является исключительно носителем, рабочим элементом выступает стальной клин, которому масло лишь передает полученную энергию.

Гидроклин, вещь для разрушения бетона очень удобная, а в ряде случаев, где важны мобильность, вес и габариты — порой, незаменимая. Однако как быть, когда массив железобетона нашпигован арматурой, словно арбуз семечками. В таком случае на помощь придут гидроножницы.

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 околозуковой 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.

Рисунок. Схема гидроабразивной резки

Рисунок. Схема смешивания частицы абразива

При гидрорезке (без абразива) схема упрощена: вода под давлением вырывается через сопло и направляется на разрезаемое изделие.

Таблица. Характерная область применения технологий резки водой

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.

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.

Таблица. Типичная область применения некоторых абразивных материалов при резке

Сопла обычно изготавливают из сапфира, рубина или алмаза. Срок службы сапфировых и рубиновых сопел составляет до 100–200 часов, алмазных сопел – до 1000–2000 часов. При гидрорезке не применяются рубиновые сопла, а сапфировые обычно служат в 2 раза дольше.

Смесительные трубки изготавливают из сверхпрочных сплавов. Срок службы – как правило, до 150–200 часов.

Виды абразива

В зависимости от разрезаемого материала подбирается и состав твердофазных элементов, наиболее подходящий под истирание основного полотна на высокой скорости. Гранатовый песок, состоящий из корунда, оксида железа и кварцевого песка, является оптимальным при разделывании высоколегированных сталей, а также их сплавов с титаном.

Мелкие фракции силикатного шлака служат для быстрой резки пластика, углеродного волокна, и стекла с армированными вставками. Электрокорунд хорошо подходит для работы с: алюминием, титаном, железобетоном, углеродистыми сталями и гранитом. В резке этих материалов активно применяют и гранулы кремния. Кварцевый песок используется преимущественно для разрезания стекла.

Технологические параметры

Основными технологическими параметрами процесса гидроабразивной резки являются:

• скорость резки;
• вид, свойства и толщина разрезаемого изделия;
• внутренние диаметры водяного сопла и смесительной трубки;
• тип, размер, скорость потока и концентрация в режущей смеси абразивных частиц;
• давление.

Скорость резки (скорость перемещения режущей головки вдоль поверхности обрабатываемого изделия) существенно влияет на качество реза. При высокой скорости происходит отклонение (занос) водно-абразивной струи от прямолинейности, а также заметно проявляется ослабевание струи по мере разрезания материала. Как следствие, увеличиваются конусность реза и его шероховатость.

Читать также: Предусилитель для динамического микрофона своими руками

Рисунок. Типичная форма реза в зависимости от условий резки

Рисунок. Занос струи при резке со скоростью выше оптимальной

Разделительная резка может выполняться на скорости, составляющей 80–100% от максимальной. Качественной резке обычно соответствует скоростной диапазон в 33–65%, тонкой резке – в 25–33%, прецизионной резке – в 10–12,5% от максимальной скорости.

Фото. Вид поверхности реза в зависимости от скорости водно-абразивной резки

В некоторых моделях режущих головок используется технология автоматической компенсации конусности, например, Dynamic Waterjet компании Flow. Компенсация конусности достигается в результате программно управляемого динамического наклона режущей головки на определенный градус. Это позволяет повысить скорость резки при сохранении качества реза и, соответственно, сократить производственные расходы.

С уменьшением внутреннего диаметра смесительной трубки (при прочих равных условиях) возрастают производительность и точность резки, уменьшается ширина реза (она примерно на 10% больше внутреннего диаметра трубки). При этом снижается и срок службы трубки. В процессе эксплуатации смесительной трубки ее внутренний диаметр увеличивается примерно на 0,01–0,02 мм за каждые восемь часов работы.

Таблица. Примерные размеры абразива при различных режимах резки

Расход абразива зависит от диаметров смесительной трубки и водяного сопла, условий резки и т. д. Ориентировочные оптимальные значения приведены в таблице ниже.

Таблица. Оптимальный расход абразивного материала при некоторых соотношениях диаметров смесительной трубки и сопла

Максимальное рабочее давление обычно составляет 3000–3200, 3800, 4150 или 6000 бар. Чем выше давление, тем выше скорость и эффективность резки. В то же время требуется более частая замена прокладок в насосе.

Таблица. Зависимость скорости прямолинейной разделительной (черновой) резки от толщины материала при давлении насоса P = 4100 бар (примерно 4046 атм)

Таблица. Зависимость скорости прямолинейной разделительной (черновой) резки от толщины материала при давлении насоса P = 6000 бар (около 5922 атм)

Фото. Детали, полученные гидроабразивной резкой: из нержавеющей стали толщиной 15 мм; из сплава алюминия толщиной 6 мм; из алюминия толщиной 30 мм; из пластика, армированного волокном, толщиной 20 мм; из инструментальной стали толщиной 60 мм

Преимущества, недостатки и сравнительная характеристика

С помощью водно-абразивной 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.

Водно-абразивная струя способна разрезать материалы толщиной до 300 мм и больше. Гидроабразивная 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.

Читать также: Распиновка micro usb 5 pin для зарядки

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).

Таблица. Сравнение гидроабразивной резки с кислородной, плазменной и лазерной резкой

Гидрорезка представляет собой уникальный метод обработки различных материалов. На сегодняшний день различают 2 вида гидрорезки: при помощи чистой воды и посредством водной струи с абразивом (гидроабразивный метод). Но принцип действия в обоих случаях одинаков – жидкость под очень высоким давлением проходит через миниатюрное отверстие режущей головки, которая находится над обрабатываемым материалом. При этом гидроабразивная смесь, выходящая из режущей головки, имеет скорость, превышающую скорость звука в три раза.

Размер отверстия головки, а также его диаметр, зависят от того, какова плотность материала. Если материал легкопроницаемый – то берутся головки с диаметром 0,08 мм, в случае более твердых материалов диаметр отверстия может достигать 0,8 мм.

Что же касается непосредственно давления мультипликатора, то максимальный показатель – 420 MPa. Согласно же практическим исследованиям, наиболее продуктивный и в то же время быстрый рез получается при давлении 380 MPa. Если же давление выше, то это приводит только к более частым промежуткам между заменами запасных частей.

В целях нормальной работы оборудования прокладки следует заменять своевременно. Так, при регулярном постоянном давлении рабочего процесса в 400 MPa замена прокладок осуществляется через 400 – 1200 часов резки.

Благодаря таким условиям, в которых происходит обработка заготовок, гидроабразивная резка становится альтернативным методом воздействия на материалы, по отношению к термическим способам, и даже выигрывает у последних по некоторым параметрам. Толька резка при помощи водной струи с абразивом не оставляет следов деформации на металле, следов оплавления на пластике, такни и прочих материалах. Промышленные и дизайнерские работы сегодня просто немыслимы без данного метода, ведь из любых заготовок различной толщины могут быть выполнены самые сложные элементы с великолепным качеством кромки.

Применение технологии разрушения породы для выемки полезных ископаемых под действием струи воды известно с 30 годов прошлого столетия, а вот промышленное использование струи воды под высоким давлением для резки различных материалов начали только в 80 годах того же века. Сегодня гидроабразивная резка металла является наиболее востребованным видом применения данной технологии в промышленном производстве.

Ручная резка гидроабразивным способом

Определенные станки управляются с помощью непосредственно оператора. В этом оборудовании угол наклона и все остальные параметры нужно выставлять вручную, это не очень удобно и не может комфортно обеспечить работу. Но при этом, установка гидроабразивной резки (УГР) металла без ЧПУ имеет определенные достоинства, к ним относятся:

1. Оставлены без изменений общие функциональные возможности. Разрезание материала под углом, ровный рез, раскрой материала и вырезание простых фигур можно выполнять и на обычном станке. Гидроабразивную порезку меди, алюминия, стекла, стали и иных материалов можно выполнять и на этом оборудовании.
2. Нет необходимости в профильном образовании. Ручное оборудование для порезки имеет минимальное количество функций и простое управление. Это дает возможность производить все требуемые операции во время обработки простых деталей.
3. Меньшая стоимость оборудования, в отличие от станков с ЧПУ, эта установка обойдется примерно в два раза дешевле.

Использование ручного оборудования ограничено только его малой функциональностью. Применение устройства в художественной резке, вырезание сложных геометрических фигур и там, где необходим качественный конечный результат и высокая точность потребует приобретения станка с ЧПУ.

Основное достоинство

Есть несколько основных достоинств, которые можно отметить во время применения гидроабразивной резки:

1. Функциональные возможности — преимущества гидроабразивной порезки металла сложно полностью перечислить, но одним из основных является то, что при помощи ГАР станка вырезать можно самые сложные элементы заготовок. Появляется также возможность создания сложного профиля с любыми требуемыми контурами, формами и радиусом.
2. Отсутствие нагревания обрабатываемой поверхности. Во время обработки детали все тепло, которое выделяется, удаляется моментально под действием воды. Из-за отсутствия режущих металлических элементов получаемое тепло от трения очень низкое. Небольшое тепловыделение обеспечивает точный рез металлов, которые поддаются деформированию под действием повышенной температуры.
3. Технологичность процесса реза — оборудование является абсолютно универсальным, при необходимости применяется для сверления. Есть возможность проведения работ вне зависимости от атмосферных и иных условий. Ручные станки можно применять для порезки материала даже под водой на глубине более сотни метров. Причем от одного насоса одновременно можно запитать несколько установок.
4. Отсутствие дополнительных работ — после получения требуемой детали нет необходимости в дальнейшем обрабатывании и шлифовании места реза. Шероховатость почти невидна невооруженным глазом.
5. Безопасность — оборудование может устанавливаться даже на производстве с высокой взрывоопасностью во время производства легковоспламеняющихся материалов. Отсутствие вероятности появления искры, нагревания поверхности и иные параметры делают использование водно-абразивных установок максимально безопасными и удобными.
6. Экономичность, в отличие от плазменной обработки материала. Скорость порезки может доходить до 35 тыс. мм/мин. Причем это никак не повлияет на качество реза. Если учитывать что во время разрезания теряется не более 1 мм металла, а также точность и абсолютное соответствие готовому изделию по заданным размерам, то вполне очевидна высокая рентабельность этого оборудования.
7. Универсальность установки — одни станок одновременно позволяет обрабатывать пластик, сталь, ткань, резину и т. д. При этом во время необходимости можно резать многослойные заготовки, которые состоят из нескольких материалов.
8. Возможность порезки толстостенных материалов. Обрабатывать можно металлические листы до 200 мм, а также армированные бетонные блоки толщиной до 100 мм.

Самым функциональным является оборудование с ЧПУ, однако, нехватка квалифицированных рабочих объясняет, почему ручная резка гидроабразивом имеет больший спрос.

Недостатки гидроабразивной порезки

Основные недостатки в себя включают такие факторы:

1. Одинаковая скорость порезки как для тонких материалов, так и для толстостенных. Это значительно влияет на рентабельность станка. Вопрос решается при помощи укладывания листов слоями для одновременной резки сразу нескольких деталей.
2. Появление конусности — тем более это заметно во время обработки толстостенного металла и иных тугоплавких материалов. Вследствие этого торец детали обрезается не ровно, а в форме воронки. Конусность, как правило, устраняется при помощи дополнительной установки автоматики.

В остальном же применение гидроабразивной резки экономически выгодно, практично и удобно. Станки для резки при помощи воды с абразивом позволяют решить важные проблемы, которые связаны с некачественной обработкой заготовок, а также снизить время, требуемое для изготовления.

Что такое гидроабразивная резка

Гидроабразивная резка представляет собой процесс абразивного воздействия струи гидравлической жидкости с добавлением особо твердых частиц на обрабатываемый материал для его раскроя по заданным размерам. С механической точки зрения — это процесс отрыва и уноса материала абразивными частицами, которые подаются на большой скорости в струе воды под высоким давлением. По физическим свойствам тонкий поток смеси воды и абразива на большой скорости является идеальным режущим инструментом.

Технология применения потока воды и абразива для разрезания практически любых материалов обеспечивается подбором необходимых условий и параметров, таких как:

• давление струи,
• расход воды,
• количество абразива в струе,
• размеры абразивных частиц.

Технологические возможности гидроабразивной резки ограничиваются только лишь толщиной обрабатываемой заготовки и физическими свойствами вещества, из которого она сделана. На что она способна хорошо показано на данном видео.

Оборудование для гидрорезки

Еще в древние времена люди заметили уникальное свойство воды под давлением менять форму материалов, на которые она действует. Поверхность камней становилась гладкой, а постоянное падение с высоты воды оставляло выемки в твердых горных породах.

Такой же принцип применяется в промышленных целях. Для чего просто нужно увеличить в несколько раз давление воды, а также контролировать направленность струи. Делается это так:

1. Насос высокого давления аккумулирует воду, и подает жидкость на поверхность материала. От производительности насоса зависит плотность, и толщина разрезаемой стали. К насосу вода подается шлангами, которые соединены с системой магистрального водоснабжения.
2. Регулятор мощности. Толщина разрезаемого материала, скорость реза ГАР обеспечивается составом направляемой смеси и точными регулировками. Для вязких и прочных материалов применяют трехфазный наполнитель, для металлов с более податливой структурой хватает двухфазной жидкости (вода и абразив). Регулируется также не только состав жидкости, но и давление воды. Чтобы добиться минимальных показателей, нужен выход струи со скоростью 1200 м/сек, с давлением не меньше 4600 кг/см.
3. Сопла резки — могут изменяться с учетом толщины и плотности обрабатываемого металла, а также состава жидкости применяемой при разрезании. Поскольку струя из сопла выходит под большим давлением, изначально сопла делаются из высокопрочной стали.
4. Смеситель — это оборудование является одним из главных элементов станка. Именно смеситель отвечает за качество смеси, от равномерности пропорций зависит отсутствие сколов и толщина реза.
5. Автоматика — обязательным условием является конусность кромки, которая появляется в результате инерционности водной струи. Конусность зависит от скорости разрезания. Чтобы снизить этот негативный эффект применяется компенсация конусности (технология Flow Dynamic Waterjet). Принцип компенсации состоит в том, что автоматика сама определяет плотность и качество материала и подает указание режущей головке на изменение угла сопла.

Область применения

Гидроабразивная резка способна работать со всеми материалами и структурами, которые существуют, исключение, разве что составляют только алмазы и каленое стекло. Одной из особенностей гидроабразивной технологии является возможность ее применения для обработки материалов способных изменять свои физико-химические свойства при воздействии высоких температур и сильном нагревании, а также для структур с легковоспламеняющимися и взрывоопасными веществами.

Областью промышленного использования этих особенностей стала абразивная резка различного металла водой под давлением, в основном таких как:

• нержавеющая сталь,
• инструментальные сплавы,
• титан,
• латунь,
• алюминий.

Также с ее помощью изготавливают художественные изделия из натурального и искусственного камня и применяют при обработке:

Незаменимой гидрорезка является для:

• изоляционных,
• огнеупорных,
• многослойных,
• и других композиционных материалов с особыми свойствами.

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.

1. В смеситель аппарата из специальной емкости подаются вода и абразивный материал, в качестве которого преимущественно используется мелкий песок.
2. После смешивания вода с абразивом поступает в сопло установки.
3. 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.

Преимущества и недостатки

На сегодняшний день существуют четыре основных промышленных способа для резки металлов. Если их расположить по количеству применяемого оборудования и востребованности на производстве, то получится следующая последовательность методик, а именно:

• механическая,
• плазменная,
• гидроабразивная,
• лазерная.

Все они значительно отличаются друг от друга качественными характеристиками, при этом каждая имеет свои особенности, достоинства и недостатки.

Основными преимуществами гидроабразивного метода обработки является:

• способность работать с любыми материалами,
• отсутствие термического воздействия на заготовку,
• исключение выделения пыли, дыма и ядовитых паров,
• возможность использовать для материалов со взрывоопасными и пожароопасными свойствами.

Но при неоспоримых достоинствах есть существенные недостатки:

• высокая стоимость замены быстроизнашиваемых деталей оборудования;
• более существенные энергозатраты, в сравнении с другими методами резки,
• требует постоянной настройки и наладки оборудования для соответствия заявленным характеристикам.

Читать также: Расчет передаточного числа шкивов

Преимущества метода резки металла гидроабразивной струей

Оборудование, используемое для резки металла посредством гидроабразива, незаменимо в работе с толстостенными заготовками. Только эти станки способны обеспечить высокое качество линии реза стали во время прокладки труб.

После протачивания рабочего участка 200-мм металлического листа на поверхности линии реза стали нет ни окалин, ни заусениц.

Идеальное качество среза в сочетании со щадящим температурным режимом — это еще не все достоинства, которыми наделена водно-абразивная технология.

Высокая стоимость установок компенсируется экономией на крепежных элементах и узлах, которые не нужны даже при работе с тонкостенными заготовками.

Отсутствие дымовой завесы и пыли, а также других неприятных факторов – еще одно из многих достоинств гидроабразивной резки.

Помимо этого, нет надобности проводить замену изношенного режущего инструмента и контролировать остроту резака, так как, по сути, он отсутствует.

Вместо него функцию режущего инструмента выполняет струя воды в сочетании с абразивными компонентами.

При этом скорость рабочего процесса проходит без замедлений, показатель скорости резки не понижается, даже если приходится обрабатывать толстостенные элементы, как, например, во время прокладки труб.

Универсальные характеристики станков для резки металла позволяют на одной установке проводить одновременную обработку разных материалов — это может быть пластик, стекло, резина или многослойное изделие.

Гидроабразивные установки для резки металла отличаются безопасностью эксплуатации, поэтому могут эксплуатироваться на заводах с вероятным риском взрывоопасности.

Промышленное применение

Наиболее широкое применение в промышленном производстве и точном машиностроении получила гидроабразивная технология для резки металла водой. Только она нивелирует основные характерные последствия, которые возникают при обработке другими способами. Так, к примеру:

• гидроабразивная резка нержавеющей стали позволяет учитывать особенности, которые возникают при обработке заготовок из сплавов металлов, таких как прочность, обусловленная легирующими добавками и высокая вязкость при механических или температурных воздействиях, приводящая к деформации готовых изделий;
• гидроабразивная резка титана дает возможность не достигать критической температуры в 600 °С, при которой титан способен гореть на открытом воздухе и химически соединяться с другими веществами;
• гидроабразивная резка алюминия сводит потери материала заковки к минимуму, несмотря на то, что металл является сравнительно непрочным и имеет низкую температуру плавления всего в 440 °С.

Такая обработка позволяет с должной эффективностью применять водяной резак по металлу, обеспечивая будущему изделию хорошие показатели качества:

• незначительная ширина шва — всего 0,7-1,4 мм,
• точность позиционирования до 0.1 мм,
• при толщине заготовки даже в 300 мм,
• получать безупречный край среза, не требующий дополнительной обработки.

Возможность начинать и вести раскрой в любом направлении позволяет минимизировать общие потери материала при раскрое заготовок металла.

Материалы, которые можно раскраивать с помощью гидроабразивной резки

Черные и цветные металлы (сплавы)

Гидрорезка чаще всего применяется для титановых сплавов, алюминия, других металлов. В том числе, метод активно используется для обработки сплавов Inconel, Hastalloy и Waspalloy.

Гидроабразивная резка применяется по той причине, что во время обработки не происходит теплового воздействия. В результате – срез получается ровным и гладким, отсутствует деформация, потеря качества материала, нет заусенцев, других неровностей. Общая стоимость раскроя также выходит меньше, чем при использовании традиционных способов. При резке черных и цветных металлов при помощи воды не требуется вторичное удаление шлака.

Легированные стали и сплавы (в том числе, жаропрочные и нержавеющие)

Легированные стали и сплавы – это группа материалов, которые содержат большое количество легирующих элементов (увеличивающих физические и механические свойства). В процессе гидрорезки не происходит деформации металла, поэтому его прочностные характеристики никак не изменяются.

Технология подходит для производства деталей для аппаратов пищевой и химической промышленности, клапанов ДВС, хирургических инструментов и т.д.

Композитные, пористые, сотовые и пеноматериалы, резина

Следующая категория материалов, которую можно обрабатывать при помощи воды и абразивов – это композиты, пористые, сотовые пеноматериалы, а также резина и ее производные.

Композиты трудно поддаются обработке, так как из-за их структуры кромка режущего инструмента быстро «засмаливается». Решить эту проблему можно при помощи гидрорезки, которая, благодаря большому давлению и скорости водяной струи, позволяет добиться чистого края без дополнительной обработки.

Сотовые, пористые, пеноматериалы поддаются резке намного легче. За счет этого процесс их обработки занимает считанные секунды. Причем разрез можно при помощи одной воды, так и с помощью абразивов.

При помощи гидрорезки также создаются различные прокладки, уплотнительные элементы из резины. Благодаря небольшому расходу материалов удается увеличить объемы, снизить себестоимость производства.

Камни, керамические материалы

Гидроабразивная резка помогает выполнять прямой раскрой, создание фигурных вырезов, художественных вставок из камня и керамики. Во время резки не происходит нагрева и деформации поверхностей, за счет чего удается добиться максимальной точности. Погрешность готовых изделий составляет не более 0,1 мм.

Устройство оборудования гидроабразивной резки

Диапазон выпуска станков для гидроабразивной резки начинается от небольших, представляющих обычные металлообрабатывающие станки с ЧПУ и компактных с конструкцией стола для обработки листового материала с размерами 2 на 4 метра до огромных линий, способных работать, как прокатные станы.

Но по принципу устройства любой станок для резки металла водой имеет:

• корпус в виде ванны для воды, которая служит ловушкой для гидроабразивной струи, поглощая ее энергию,
• систему отстойников и фильтров, необходимых для очистки воды, а также для осаждения отработавших абразивных частиц,
• координатный стол с сервомоторами для перемещения режущей головки,
• блок насоса высокого давления с трубопроводами,
• пульт управления оператора на базе промышленного компьютера.

Современные станки с ЧПУ и приводами для перемещения режущей головки позволяют осуществлять обработку материала по технологии 2D, 2,5D и 3D, то есть с высокой точностью осуществлять художественную резку в нескольких плоскостях и обрабатывать кромку под любым углом. Возможности выполнения 3D деталей с помощью гидроабразивной резки хорошо показаны на видео.

Применение станков с ЧПУ

Возможности использования станков с ЧПУ для гидроабразивной порезки меди, алюминия, нержавеющей стали, других видов цветных и черных металлов различной прочности, позволили значительно расширить и увеличить сферы использования оборудования.

За счет станков с ЧПУ обеспечивается изготовление точных деталей без отклонения от требуемых размеров, что почти невозможно добиться традиционными методами резки. Принцип работы сводится к следующему:

1. Задается программное обеспечение, при этом для каждого материала существует свое ПО, которое автоматически подбирает давление струи, состав режущей смеси и другие параметры. Программа дает возможность предусмотреть фигурную порезку материала.
2. Дополнительная обработка, как правило, после обработки материала при помощи станка не требуется. Но во время неправильного выбора состава режущей струи отмечается некоторая шероховатость поверхности. Шероховатость реза исключается повторной обработкой.
3. Кроме разрезания материала, станок с ЧПУ позволяет делать отверстия требуемого диаметра. Некоторые модели станков имеют дополнительное оборудование для выполнения узконаправленных операций.

Режущий инструмент

Главной частью всех гидроабразивных станков является режущая головка. Принцип ее работы на вид очень прост, но технологически весьма сложен. Так, сверхвысокое давление воды создает плунжерный или поршневой насос, который предает его по трубопроводам высокого давления в режущую головку. Здесь вода попадает в камеру, где происходит строго дозированное смешение с частицами абразива. Далее, смесь воды и абразива поступает в калиброванное сопло (дюзу), которое создает режущую струю. Струя, выходящая из сопла, развивает скорость превышающую скорость распространения звука примерно в три раза.

Размеры диаметра сопла и смесительной камеры определяют исходя из производительности рабочей насосной станции и материала абразивных частиц. В основном для абразива применяют гранатовый песок, который еще называется альмандином. Он обладает кристаллическим строением с крайней жесткостью и тяжелой плотностью в 4,1 — 4,3 г/см, что позволяет обеспечивать высокую абразивную способность. Он хорошо распространен в природе, так наибольшие его залежи находятся на юго-востоке Индии и Австралии.

Виды

Резка в системе одной координаты.

Представляет собой продольный раскрой с помощью непрерывного потока воды. Скорость резки в этом случае – самая высокая, процесс характеризуется надежностью и минимальным выделением остаточной влажности.

На станках ГАР для работы в системе одной координаты применяются сопла малого диаметра. Используется технология в основном в пищевой промышленности (для разделки замороженных продуктов) и в бумажном производстве.

Резка в системе двух координат.

Двухкоординатная резка – самая популярная разновидность метода. В этом случае режущая головка передвигает по осям X и Y в соответствии с заданной схемой. Иногда дополнительно контролируется перемещение по оси Z, что необходимо для работы с металлами большой толщины. Преимущество технологии в том, что она подходит для всех видов материалов.

Резка в системе трех координат.

При раскрое по трем координатам может применяться два типа станков. Первый из них – это режущий станок с рабочим столом, где используется система трех координат и присутствуют оси вращения. Второй тип – роботизированное устройство, где режущая головка для подачи струи воды находится на подвижной автоматизированной «руке».

Подобная методика подходит для создания приборных и дверных панелей, деталей с закруглением и прочих сложных элементов.

Расходные материалы

Основными расходными частями оборудования для гидроабразивной резки являются сопла и фокусирующие трубки, которые изготавливаются из искусственных алмазов, сапфиров, рубинов и кристаллов корунда.

Так, время наработки фокусирующей трубки изготовленной из кристалла сапфира не превышает 60 часов. Такая же трубка, с наивысшим качеством выполненная из алмазного сырья работает гораздо дольше, но при этом стоит в 20 раз дороже. Сопла из искусственного керамокарбида прослужат до 120 часов, что примерно на 20% дольше, чем такие же детали, выполненные из других материалов.

Среднее время наработки расходных деталей и узлов приведено в таблице:

Эти цифры соответствуют работе гидроабразивного станка со средним давлением в 400 MPa. При применении давления режущей струи в 600 МРа скорость обработки увеличивается на 20-30 %, а износ основных расходных материалов происходит в два раза быстрее.

Своими руками

Применение гидроабразивного оборудования для резки в домашней мастерской вполне возможно. К примеру: в реализации авторских работ для художественной или декоративной обработки небольших и некрупных заготовок. А вот изготовить своими руками такой станок можно разве, что для резки дерева, пластмассы, ламината или других не очень прочных материалов.

При этом надо учитывать, что стоимость оборудования плюс периодическая замена расходных материалов и постоянная потребность в абразиве, делают прямые затраты на один рабочий час гидроабразивной резки минимум 1400 рублей. Но это отдельная тема и если у вас есть свой опыт в использовании гидроабразивного резака в домашних условиях, поделитесь им с остальными в блоке комментариев.