Технологія гідроабразивного різання плюси і мінуси

Унікальність технології гідроабразивного різання полягає в тому, що з її допомогою можна розкроїти практично будь-які види матеріалів. Важливо відзначити, що гідроабразивна різання є альтернативою не тільки механічною, але і лазерної, плазмової, а також ультразвукової різанні, і в деяких випадках є єдино можливою.

При гідроабразивного різання матеріал обробляється тонкої надшвидкісний струменем води. Для збільшення руйнівної сили водяного струменя в неї додаються частки високотверді матеріалу - абразиву. Іноді гідроабразивне устаткування називають «гідрорезка», «водоструминна різання», «водорезка», «ГАР» або «waterjet». У промисловості такі верстати використовуються з 1982 року, а їх прототипи, з'явилися ще в 1970 році.

У чому ж суть процесу гідроабразивного різання? Якщо звичайну воду стиснути під тиском близько 4000 атмосфер, а потім пропустити через отвір діаметром менше 1 мм, то вона потече зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку в 3-4 рази. Будучи спрямованої на оброблюваний виріб, такий струмінь води стає ріжучим інструментом. З додаванням частинок абразиву її ріжуча здатність зростає в сотні разів, і вона здатна розрізати майже будь-який матеріал.

Технологія гідроабразивного різання заснована на принципі ерозійного (истирающего) впливу абразиву і водяного струменя. Їх високошвидкісні твердофазні частинки виступають в якості переносників енергії і, б'ючись об частки вироби, відривають і видаляють останні з порожнини різу. Швидкість ерозії залежить від кінетичної енергії впливають частинок, їх маси, твердості, форми і кута удару, а також від механічних властивостей оброблюваного матеріалу.

технологія різання

Вода, що нагнітається насосом до надвисокого тиску порядку 1000-6000 атмосфер, подається в ріжучу головку. Вириваючись через вузьке сопло (дюзу) зазвичай діаметром 0,08-0,5 мм з околозвуковой або надзвуковою швидкістю (до 900-1200 м / c і вище), струмінь води надходить в змішувальну камеру, де починає змішуватися з частинками абразиву - гранатовим піском , зернами електрокорунду, карбіду кремнію або іншого високотверді матеріалу. Змішана струмінь виходить з змішувальної (змішує) трубки з внутрішнім діаметром 0,5-1,5 мм і розрізає матеріал. У деяких моделях ріжучих головок абразив подається в змішувальну трубку. Для гасіння залишкової енергії струменя використовується шар води завтовшки, як правило, 70-100 сантиметрів.

Як абразив застосовуються різні матеріали з твердістю по Моосу від 6,5. Їх вибір залежить від виду і твердості оброблюваного вироби, а також слід враховувати, що більш твердий абразив швидше зношує вузли ріжучої головки. При гідроабразивного різання руйнівна здатність струменя створюється в набагато більшому ступені за рахунок абразиву, а вода виконує переважно транспортну функцію. Розмір абразивних частинок підбирається рівним 10-30% діаметра ріжучої струменя для забезпечення її ефективного впливу і стабільного закінчення. Зазвичай розмір зерен становить 0,15-0,25 мм (150-250 мкм), а в ряді випадків - близько 0,075-0,1 мм (75-100 мкм), якщо необхідно отримання поверхні різу з низькою шорсткістю. Вважається, що оптимальний розмір абразиву повинен бути менше величини (dс.т.- dв.с.) / 2, де dс.т.- внутрішній діаметр змішувача трубки, dв.с.- внутрішній діаметр водяного сопла.

Характерна область застосування технологій різання водою

Переваги, недоліки і порівняльна характеристика

За допомогою гідроабразивного або водного струменя можна розрізати практично будь-які матеріали. При цьому не виникають ні механічні деформації заготовки (так як сила впливу струменя становить лише 1-100 Н), ні її термічні деформації, оскільки температура в зоні різу становить близько 60-90 ° С. Таким чином, у порівнянні з технологіями термічної обробки (кисневої, плазмової, лазерної тощо.) Гідроабразивна різання володіє наступними відмітними перевагами:

• більш високу якість різу через мінімального термічного впливу на заготовку (без плавлення, оплавлення або пригорання кромок);
• можливість різання термочутливих матеріалів (ряду пожежо- та вибухонебезпечних, ламінованих, композитних і ін.);
• екологічна чистота процесу, повна відсутність шкідливих газових виділень;
• вибухо-та пожежобезпечність процесу.

Гидроабразивная струмінь здатна розрізати матеріали товщиною до 300 мм і більше. Різка може виконуватися по складному контуру з високою точністю (до 0,025-0,1 мм), в тому числі для обробки об'ємних виробів. З її допомогою можна робити скоси. Вона ефективна по відношенню до алюмінієвих сплавів, міді та латуні, через високу теплопровідності яких при термічних способи різання потрібні більш потужні джерела нагріву. Крім того, ці метали важче розрізати лазером через їх низьку здатність поглинати лазерне випромінювання.

До недоліків водно-абразивного різання відносяться:

• істотно менша швидкість розрізання стали малої товщини в порівнянні з плазмового та лазерного різкою;
• висока вартість обладнання і високі експлуатаційні витрати (характерно і для лазерного різання), обумовлені витратою абразиву, електроенергії, води, замінами змішувальних трубок, водяних сопел і ущільнювачів, що витримують високий тиск, а також витратами по утилізації відходів;
• підвищений шум через витікання струменя з надзвуковою швидкістю (характерно і для плазмового різання).

Чому не всі користуються верстатами ГАР?

Якщо у верстатів ГАР стільки очевидних переваг, чому далеко не всі застосовують їх на своєму підприємстві? Відповідь ховається не в самому процесі різання струменем води з абразивним матеріалом, а в можливості контролювати цей процес. До сих пір застосування установок вимагало від користувача одночасно вміння програмувати і навичок досвідченого оператора.

Лінійна швидкість сопла верстата ГАР повинна змінюватися в залежності від змін форми деталей. Занадто висока швидкість або її різка зміна може привести до зниження якості обробки. У минулому застосування гідроабразивного обробки вимагало ручного регулювання програм для того, щоб контролювати швидкість пересування ріжучої головки.

Однак навіть найкраща програма вимагала для обслуговування установок досвідчених операторів, які могли б контролювати їх швидкість. Коли струмінь абразивного матеріалу просувалася вздовж лінії різу, оператор підбирав швидкість руху сопла і таким чином оптимізував процес.

Занадто висока швидкість негативно позначалася на якості кромок і точності. При занадто низькою знижувалася точність і підвищувалися витрати часу. Якщо сопло установки ГАР проходило кут занадто швидко, це могло погано вплинути на форму і якість різання.

В результаті верстати гідроабразивного різання застосовувалися в масовому виробництві, що не вимагає високої точності обробки, наприклад, для виготовлення сотнею деталей за допомогою добре перевіреної програми або для різання матеріалів, що не піддаються обробці за допомогою інших технологій. З'явилися верстати компанії «WaterJet Corp.» (Італія) значно спростили цей процес. Гидроабразивная обробка стала набагато більш доступною, а обладнання - простим в експлуатації.

Water Jet (Італія) є європейським лідером з виробництва високотехнологічних прецизійних установок гідроабразивного / водної різки. Фахівці компанії мають більш ніж 30-річний досвід у проектуванні і виробництві таких верстатів із застосуванням ЧПУ.

Надзвичайно висока механічна точність приводів, які використовують прецизійні кулько-гвинтові пари BOSCH або лінійні двигуни, власний всесвітньо відомий патент на вбудовану систему напрямних, а також спільна робота з провідним постачальником систем управління, дозволила компанії Water Jet виробляти установки гідроабразивного різання з великогабаритної поперечною балкою, яка швидко і легко переміщується і працює з максимальною точністю.

Для своїх машин компанія Water Jet використовує тільки високоякісні комплектуючі, які збільшують термін служби установок гідроабразивного різання. Компанія заявляє, що номінальний термін служби машини Water Jet становить не менше 20 років.

Для підвищення продуктивності установки гідроабразивного різання Water Jet можуть бути обладнані декількома ріжучими головками (малюнок №2), розташованими або незалежно один від одного на одному порталі або на одному широкому супорті.

CNC-керовані осі X, Y, Z - стандарт для всіх установок гідроабразивного різання Water Jet.

Крім того, компанія випускає установки з 4-ма і 5-ма керованими осями (малюнок №1), що дозволяють здійснювати складну різання деталей з листового матеріалу. Наприклад: вирізку деталей з внутрішніми і зовнішніми фасками по будь-яким криволінійних поверхонь, вирізку похилих отворів будь-якого профілю з прямолінійною твірною і обробку складних криволінійних пазів.

Крім 4-х і 5-ти координатної різання деталей з листового матеріалу, що реалізуються за допомогою ріжучої головки, Water Jet випускає верстати для об'ємної 5-ти координатної гідроабразивного різання, що має можливість направляти гидроабразивную струмінь під будь-яким кутом до поверхні столу, в тому числі горизонтально .