Згинання металу - від специфіки до витратних матеріалів

Застосування технології руйнування породи для виїмки корисних копалин під дією струменя води відомо з 30 років минулого століття, а ось промислове використання струменя води під високим тиском для різання різних матеріалів почали тільки в 80 роках того ж століття. Сьогодні гідроабразивна різання металу є найбільш затребуваним видом застосування даної технології в промисловому виробництві.

Що таке гідроабразивна різання

Згинання являє собою процес абразивного впливу струменя гідравлічної рідини з додаванням особливо твердих частинок на опрацьований матеріал для його розкрою по заданих розмірах. З механічної точки зору - це процес відриву і виносу матеріалу абразивними частинками, які подаються на великій швидкості в струмені води під високим тиском. За фізичними властивостями тонкий потік суміші води і абразиву на великій швидкості є ідеальним ріжучим інструментом.

Технологія застосування потоку води і абразиву для розрізання практично будь-яких матеріалів забезпечується підбором необхідних умов і параметрів, таких як:

• тиск струменя,
• витрати води,
• кількість абразиву в струмені,
• розміри абразивних частинок.

Галузь застосування

Згинання здатна працювати з усіма матеріалами і структурами, які існують, виняток, хіба що складають тільки алмази і гартоване скло. Однією з особливостей гідроабразивного технології є можливість її застосування для обробки матеріалів здатних змінювати свої фізико-хімічні властивості при впливі високих температур і сильному нагріванні, а також для структур з легкозаймистими та вибухонебезпечними речовинами.

Областю промислового використання цих особливостей стала абразивний різання різного металу водою під тиском, в основному таких як:

• нержавіюча сталь,
• інструментальні сплави,
• титан,
• латунь,
• алюміній.

Також з її допомогою виготовляють художні вироби з натурального та штучного каменю і застосовують при обробці:

Незамінною гідрорезка є для:

• ізоляційних,
• вогнетривких,
• багатошарових,
• і інших композиційних матеріалів з особливими властивостями.

Переваги і недоліки

На сьогоднішній день існують чотири основних промислових способу для різання металів. Якщо їх розташувати за кількістю вживаного устаткування і затребуваності на виробництві, то вийде наступна послідовність методик, а саме:

Всі вони значно відрізняються один від одного якісними характеристиками, при цьому кожна має свої особливості, переваги і недоліки.

Основними перевагами гідроабразивного методу обробки є:

• здатність працювати з будь-якими матеріалами,
• відсутність термічного впливу на заготовку,
• виключення виділення пилу, диму і отруйних парів,
• можливість використовувати для матеріалів з вибухонебезпечними і пожежонебезпечними властивостями.

Але при незаперечних переваги є істотні недоліки:

• висока вартість заміни швидкозношуваних деталей обладнання;
• суттєвіші енерговитрати, в порівнянні з іншими методами різання,
• вимагає постійної настройки і налагодження устаткування для відповідності заявленим характеристикам.

Промислове застосування

Найбільш широке застосування в промисловому виробництві і точному машинобудуванні отримала гидроабразівная технологія для різання металу водою. Тільки вона нівелює основні характерні наслідки, які виникають при обробці іншими способами. Так, наприклад:

• гідроабразивна різання нержавіючої сталі дозволяє враховувати особливості, які виникають при обробці заготовок зі сплавів металів, таких як міцність, обумовлена ​​легирующими добавками і висока в'язкість при механічних або температурних впливах, що призводить до деформації готових виробів;
• гідроабразивна різання титану дає можливість не досягати критичної температури в 600 ° С, при якій титан здатний горіти на відкритому повітрі і хімічно з'єднуватися з іншими речовинами;
• гідроабразивна різання алюмінію зводить втрати матеріалу заковка до мінімуму, незважаючи на те, що метал є порівняно неміцним і має низьку температуру плавлення всього в 440 ° С.

Така обробка дозволяє з належною ефективністю застосовувати водяний різак по металу, забезпечуючи майбутнього виробу хороші показники якості:

• незначна ширина шва - всього 0,7-1,4 мм,
• точність позиціонування до 0.1 мм,
• при товщині заготовки навіть в 300 мм,
• отримувати бездоганний край зрізу, який не потребує додаткової обробки.

Можливість починати і вести розкрій в будь-якому напрямку дозволяє мінімізувати загальні втрати матеріалу при розкрої заготовок металу.

Пристрій обладнання гідроабразивного різання

Діапазон випуску верстатів для гідроабразивного різання починається від невеликих, що представляють звичайні металообробні верстати з ЧПУ і компактних з конструкцією столу для обробки листового матеріалу з розмірами 2 на 4 метри до величезних ліній, здатних працювати, як прокатні стани.

Але за принципом пристрою будь-який верстат для різання металу водою має:

• корпус у вигляді ванни для води, яка служить пасткою для гідроабразивного струменя, поглинаючи її енергію,
• систему відстійників і фільтрів, необхідних для очищення води, а також для осадження відпрацьованих абразивних частинок,
• координатний стіл з сервомоторами для переміщення ріжучої головки,
• блок насоса високого тиску з трубопроводами,
• пульт управління оператора на базі промислового комп'ютера.

Ріжучий інструмент

Головною частиною всіх гідроабразивних верстатів є ріжучий головка. Принцип її роботи на вигляд дуже простий, але технологічно досить складний. Так, надвисокий тиск води створює плунжерний або поршневий насос, який зраджує його по трубопроводах високого тиску в ріжучу головку. Тут вода потрапляє в камеру, де відбувається строго дозоване змішання з частинками абразиву. Далі, суміш води і абразиву надходить в калібрований сопло (дюзу), яке створює ріжучу струмінь. Струмінь, що виходить з сопла, розвиває швидкість перевищує швидкість поширення звуку приблизно в три рази.

Ріжуча головка верстата

Розміри діаметра сопла і камери змішувача визначають виходячи з продуктивності робочої насосної станції та матеріалу абразивних частинок. В основному для абразиву застосовують гранатовий пісок, який ще називається альмандином. Він володіє кристалічною будовою з крайньою жорсткістю і важкої щільністю в 4,1 - 4,3 г / см, що дозволяє забезпечувати високу абразивну здатність. Він добре поширений в природі, так найбільші його поклади знаходяться на південному сході Індії та Австралії.

Витратні матеріали

Основними витратними частинами обладнання для гідроабразивного різання є сопла і фокусують трубки, які виготовляються з штучних алмазів, сапфірів, рубінів і кристалів корунду.

Так, час напрацювання фокусує трубки виготовленої з кристала сапфіра не перевищує 60 годин. Така ж трубка, з найвищою якістю виконана з алмазної сировини працює набагато довше, але при цьому варто в 20 разів дорожче. Сопла зі штучного керамокарбіда прослужать до 120 годин, що приблизно на 20% довше, ніж такі ж деталі, виконані з інших матеріалів.

Середній час напрацювання витратних деталей і вузлів наведено в таблиці:

Ці цифри відповідають роботі гідроабразивного верстата із середнім тиском в 400 MPa. При застосуванні тиску ріжучої струменя в 600 МРа швидкість обробки збільшується на 20-30%, а знос основних витратних матеріалів відбувається в два рази швидше.

Своїми руками