Вода як ріжучий інструмент

Щоб наочно переконатися в справедливості приказки «вода камінь точить», будуть потрібні місяці, а то й роки. Однак, використовувати воду як ріжучий інструмент, можна набагато ефективніше. Для цього служать машини гідроабразивного різання, що дозволяють в лічені хвилини розкроїти не тільки камінь, але і метал. Так, змішана з абразивом струмінь води, що викидається з вузького сопла під тиском в 5000 атм. і зі швидкістю 1200 м / с, за 10 хвилин здатна пробити отвір в 10- сантиметрової сталевий плиті.

Щоб дізнатися про гідрорезательних машинах з перших рук, журналіст «верстатний парк» поспілкувався з власником і оператором машини гідроабразивного різання Ігорем Миколайовичем Ганжою.

Неймовірна легкість різання

- Ігор, судячи по перебувають в цеху заготовок, вам вже вдалося випробувати гідрорезка. Як враження?

- Машина просто унікальна. Нещодавно приїжджав замовник, попросив вирізати щось на зразок фігурних стрілок. Я від руки намалював контур деталі в AutoCad'е, потім перевів зображення в MasterCad, переписав на флешку, а з неї ввів в пульт управління. Програма отрисовать ось такий профіль і ми отримали ось таку деталь ... Див. Фото 1.

Також у гідрорезка є можливість роботи з тривимірними об'єктами. Скажімо, якщо я, наприклад, намалюю тривимірну фігуру, то в обсязі зможу зробити сферу або півсферу. Тобто ріжучий інструмент буде обробляти рельєф тривимірної фігури. Хочеться відзначити і високу швидкість роботи. Скажімо, деталь стримера можна вирізати вручну, але на це піде багато часу. А на машині я за 30 хвилин вирізав цілих шість штук ...

- Складно було освоїти управління машиною?

- За два тижні я навчився програмувати, різати. Правда, ті два тижні, що ми встановлювали, монтували і підключали верстат - вдома я не був. В принципі, технічно грамотній людині розібратися в пристрої гідрорезка не складно, але маючи повноцінну інструкцію російською мовою. Я при запуску виконав ряд рекомендованих операцій, все перевірив, отримав готовий продукт. Без анотації запустити подібне обладнання дуже складно, навіть фахівцям.

- Давайте поговоримо про принцип роботи, пристрої різання, її тактико-технічні характеристики

У програмований пульт управління, з диска або флеш-карти вводиться програма різання. (Див. Фото 2)

При необхідності вона редагується з клавіатури.

Потім на координатному столі розміщується заготовка.

У бункер завантажується абразив (див фото 3).

Запускається програма. При цьому на екрані пульта буде відображатися контур різання і відповідні йому координати.

Насос створює в бункері тиск 2-2.5 МПа і під впливом повітряного потоку, абразив по гнучких шлангах подається в змішувальну камеру (див. Фото 4 і фото 5).

Туди ж, від гідравлічної станції, під ще більшим тиском (згідно з паспортом на нашу машину - близько 4000 атм.) З керованого шлангу надходить і водяний струмінь. Попередньо вода очищається фільтрами (див фото 6).

У камері вода засмоктує абразив, змішується з ним і з величезною швидкістю (більше 1000 м / с), через твердосплавне сопло направляється на поверхню заготовки. Стандартна висота (яку можна регулювати) від сопла до деталі на координатному столі - 4 мм. Ширина різу, який нам поки вдалося отримати - від 0,8 мм до 1 мм. Взагалі точність у гідрорезка чудова - похибка становить 1 мкм.

Далі головка ріжучого інструменту під впливом приводу переміщень рухається по поверхні заготовки, повторюючи закладені в програму пульта управління координати - контур майбутнього виробу (див. Фото 7).

В результаті піщинки, що мчать в потоці води з надзвуковою швидкістю, виривають частинки металу. Енергія струменя гаситься в гідравлічній ванні, куди також потрапляє і використаний абразив (див. Фото 8).

Тепер подивимося на результати роботи. Весь рез я проходив на різних швидкостях (відлік йде в процентному співвідношенні від ручної швидкості, закладеної в машині). Перша ділянка я проходив на швидкості 20, а закінчив на 130 (див. Фото 9 і 10).

- Ігор, шланг, що йде від гідростанції до ріжучої голівці забезпечений системою противаг. Для чого вона?

- Противаги - це наше власний винахід. Справа в тому, що якщо ми виставляємо точку на координатному столі, то при переміщенні до неї консолі з ріжучим інструментом відбувається згин і розгин трубки, вона починає завалюватися на бік.

Щоб цього не відбувалося, ми і забезпечили шланг противагою.

- Головне в гідроабразивного різання це те, що вона не вимагає додаткової механічної обробки. Адже навіть після лазерного різання деталей необхідно пройти ще й токарної обробки. Або, наприклад, фрезерна обробка. Максимальна якість, яке вона видає - це RZ 20, по-нашому - 6-й клас. А я можу без токарного оброблення видати готову деталь з шостим класом.

Ось фланець, який ми робили (див. Фото 11). Заготівлю залишилося трохи підправити, і вона буде оброблена по 6-го класу, її можна буде ошпарити і відразу поставити на трубу.

Так що головне достоїнство нашої гідрорезочной машини, в тому, що ми не просто робимо розкрій матеріалу, а й виробляємо готову продукцію.

Інша істотна гідність - універсальність в плані оброблюваних матеріалів. Розрізати можна практично все: камінь, дерево, залізо, скло ... Лазер скло не обробить. Або броню - метал, товщиною в 150 мм розріже тільки дуже потужний лазер.

Ще один плюс - програмне забезпечення гідрорезка дає можливість закладати в пульт управління будь-контури, створювані в багатьох графічних пакетах, типу AutoCAD, CorelDraw.

Плюси і мінуси гідрорезка

З тих позитивних факторів, якими володіє технологія гідроабразивного різання і які не були згадані вище, слід зазначити:

Відсутня термічна деформація заготовки
Можливість обробки «під розмір» деталей великого розміру до 2,2 х 4,0 м
Різка багатошарових і композитних конструкцій, так званих «сендвічів», які неможливо розрізати іншими способами
Різка може здійснюватися в будь-яких напрямках, по лінії будь-якої кривизни і складності
Відтворення дуже складні форми або скоси під будь-яким кутом
Ріжучий інструмент не потребує заточування
Низьке тангенціальне зусилля на деталь дозволяє в ряді випадків обійтися без затиску цієї деталі
Починати рез можна в будь-якій точці заготовки, без попереднього висвердлювання отвору
Свердління і різання може здійснюватися одним і тим же інструментом
Можливість установки на одному столі і гідроабразивного і лазерного різання
Можливість різання від одного насоса високого тиску одночасно двома ріжучими головками на одному столі або кількома голівками на декількох столах
Мала ширина різу дозволяє економити дефіцитні матеріали при їх розкрої
Низька вартість витратних матеріалів - води і абразиву

Проте, гідроабразивна різання володіє наступними недоліками:

конструктивні труднощі, що виникають при створенні високого тиску рідини;
невисока стійкість сопла і складність його виготовлення;
забезпечення постійного припливу води;
дотримання певного температурного режиму в цеху (приміщення повинно бути опалювальним);
висока енергоємність в порівнянні з рядом інших типів різання.

Короткий посібник початківцям гідрорезчікам

Для вирізки деталей, що мають злами лінії контуру (кути), необхідно при підході різака до точки зламу (вершині кута) значно знизити швидкість різання з її подальшим збільшенням після проходження невеликої ділянки лінії різу за вершиною кута. Інакше на нижній кромці деталі буде спотворення контуру різу. Слід враховувати, що при зниженні швидкості різання дещо збільшується ширина різу. Іншими словами, чим більше товстий матеріал, тим важче отримати точність різу в кутах.
Для отримання мінімального розбіжності фактичної лінії контуру різу при її замиканні, рекомендується зовнішній контур замикати на кутах, а внутрішній контур на лініях з мінімальною кривизною.
Згинання повинна виконуватися при температурі навколишнього середовища, яка виключає можливість утворення льоду, отримання підвищеної крихкості розрізається і, з урахуванням вимог по експлуатації машини. У будь-якому випадку вона при роботі і зберіганні в готовності до роботи не повинна бути нижче +5 ° С і вище +40 ° С.

Для зменшення деформації деталей при різанні необхідно:

в першу чергу вирізати отвори;
вирізку деталей починати від однієї з крайок листа, послідовно переходячи від однієї деталі до іншої по напрямку, до протилежної крайки;
при складанні карт розкрою деталей для різання рекомендується застосовувати суміщені рези, тобто лінія різу розділяє відразу дві деталі;
початок і напрямок різу кожної деталі повинні бути такими, щоб кромка, що з'єднує деталь з основною масою листа, обрізалася в останню чергу;
якщо одна деталь займає більшу частину листа, то вирізку необхідно починати з цієї деталі.

Погляд у минуле

Можливість використання струменя рідини під надвисоким тиском в якості ріжучого інструменту для обробки різних матеріалів вперше була описана в СРСР в 1947 році. Але запатентований такий спосіб обробки матеріалів був тільки через чотири роки. Але не в Союзі, а в США.

Ідея додати в струмінь води абразив була впроваджена в 1979 році, в ході досліджень збільшення ріжучої здатності води. Рік по тому гидроабразівная струмінь вперше використовувалася для різання сталі, скла і бетону. У 1983 році була продана перша гидроабразівная система для різання автомобільного скла.

Першими технологію гідроабразивного різання широко застосували в авіаційній і космічній промисловості для різання особливо міцних матеріалів, таких як нержавіюча сталь, титан і композитних матеріалів, на зразок карбону, використовуваних в авіації.