Статьи


Технология гидроабразивной резки

Технология гидроабразивной резки металлов позволяет решить ряд серьезных производственных задач. Это связано с тем, что существуют ситуации, когда использование других методов обработки материалов недопустимо. Например, применение плазменно-дугового разделения часто приводит к нестабильности при работе со многими марками алюминия и его сплавов. Рассмотрим подробнее особенности и преимущества гидроабразивной резки.

Сущность метода и способы реализации

Разъединение материалов при гидравлической резке происходит вследствие воздействия на поверхность раздела узконаправленного потока жидкости — воды — высокого давления. При этом для интенсификации процесса в технологическую зону может одновременно подаваться мелкодисперсная абразивная среда (чаще всего с этой целью применяют различные виды песка). Соединяясь, эти два потока образуют чрезвычайно жесткую струю, давление в которой (благодаря повышенной скорости движения) локально превышает предел прочности разрезаемого материала. Если перемещать инструментальную головку, в которой происходят все вышеописанные механические процессы, по определенной траектории, то можно с требуемым качеством и точностью получать весьма сложные конфигурации контура.

Гидроабразивная резка металла с применением воды обычно производится при следующих рабочих характеристиках:

  • Давление — 2000…5000 ат (меньшие значения – для более мягких преимущественно тонколистовых материалов).
  • Скорость водного потока – до 1000…1200 м/с.
  • Расход абразива – до 50 г/с
  • Средний размер абразивной частицы в плане – 100…600 мкм (с увеличением этого параметра точность разделения материалов снижается).
  • Расход воды – до 4 л/мин.

Гидроабразивная обработка осуществляется в следующей последовательности. Разрезаемый материал укладывается в ванну, заполненную водой, и фиксируется по трем координатам относительно инструментальной головки. Это может выполняться своими руками на неавтоматизированной установке, а на оборудовании с ЧПУ – при помощи предварительно набранной программы разъединения материала.

Далее инструментальная головка погружается в ванну, после чего включается интенсивная подача воды соответственных значений скорости и давления. Жидкость, проходя через сопло резака, смешивается там с тангенциально подаваемым потоком абразива. Обе струи смешиваются, и через отверстие в нижнем торце сопла направляются на поверхность разъединенного материала. Вручную или программно происходит сближение сопла, в результате чего результирующее давление струи резко увеличивается, производя размерное разрушение краев.

Частицы материала увлекаются в образовавшийся зазор, после чего, теряя свою скорость, попадают на дно ванны, откуда откачиваются специальным насосом, предусмотренным конструкцией рабочей установки. В процессе откачки происходит отделение фракций абразива от воды, с последующей его фильтрацией и сушкой. Ввиду достаточной емкости баков для воды гидроабразивная резка может производиться непрерывно, и с увеличенными скоростями струи.

Ванна оборудования, в которой производится гидроабразивная обработка, выполняет две функции:

  • Снижает уровень шума при разрезании (до 78…80 дБ против 130…140 дБ в случае обработки вне водной среды).
  • Гасит энергию и скорость струи воды.

Возможности применения технологии

Рассматриваемая технология наиболее эффективна в следующих случаях:

  • Для материалов-диэлектриков, а также токопроводящих изделий, изготовленных из цветных металлов и сплавов на основе меди. Это объясняется тем, что параметры электропроводности медных сплавов не позволяют применять для резки электрическую дугу или лазер.
  • При необходимости разъединения деталей весьма большой толщины – до 250…300 мм: в этом случае при плазменно-дуговой резке всегда происходит оплавление края.
  • Для обеспечения должной точности поверхности раздела: при правильном подборе режима шероховатость кромки находится в пределах Ra 0,5…Ra 1,25, что заметно превышает возможности любого другого высокоэнергетического метода.
  • При недопустимости коробления готового изделия, что неизбежно при любом из вариантов технологии термической резки.

Гидроабразивная резка металла имеет свои ограничения, поэтому технология разрабатывается с учетом следующих возможностей, в частности, по толщине:

  • Для цветных металлов и сплавов (в частности, заготовок из алюминия), а также нержавеющей стали – не более 120…150 мм;
  • Для углепластиков, композитных материалов – не более 150…200 мм;
  • Для искусственного и природного камня (мрамора, гранита, базальта и т.п.) – не более 270…300 мм.

При разработке технологии следует учитывать, что токопроводящие материалы относительно небольшой толщины (до 5…10 мм) струя, вырабатываемая рабочей установкой, режет плохо: сказывается заметная энергоемкость, при производительности, сравнимой с плазменно-дуговой или лазерной обработкой. Однако это не означает, что рассматриваемая технология неприменима для разделения тонких пластин или листов: в этом случае абразивный поток отключается, и отделение выполняется непосредственно водяной струей. В результате поверхность не нагревается, что исключает окалинообразование, высокотемпературное оплавление линии раздела и прочие недостатки, характерные для всех технологий термического разделения материалов.

Оборудование гидроабразивной резки

Станок гидроабразивной резки – сложное и энергоемкое оборудование, содержащее следующие узлы:

  • Инструментальную головку, оснащенную функцией поворота резака под определенным углом, что позволяет обрабатывать с заданной скоростью поверхности сложной конфигурации.
  • Насосную установку для перекачки воды с системой ее фильтрации.
  • Компрессорную станцию подачи абразивных фракций под давлением.
  • Рабочий стол с устройством трехкоординатного позиционирования (для небольшого оборудования эту работу выполняет своими руками оператор установки).
  • Ванну с водой, которая конструктивно связана со станиной оборудования.
  • Рабочие емкости для воды и абразива.
  • Управляющее устройство ЧПУ, или пульт для ручного позиционирования заготовки своими руками.

Важно отметить, что технология гидроабразивной резки часто является единственным методом создания полноценных пространственных деталей и изделий. Главной особенностью процесса становится возможность разделения материалов без сильного нагрева, что дает возможность применять способ для крайне разных целей.

гидроабразивной резки


29.12.2021

Возврат к списку