Технология гидроабразивной резки

В современной промышленности используется несколько видов резки материалов: механическая, плазменная, лазерная. Альтернативным вариантом является гидроабразивная резка, которая в целом ряде случаев является единственно возможной. В основе данного метода находится механическая сила герметизированной воды, смешанной с абразивным порошком и выбрасывающейся под высоким давлением из узкого сопла аппарата. При гидроабразивной резке исключаются пригорание и оплавление материала в области разреза, а также деформация заготовки.

Важно, что под воздействием водно-абразивной струи свойства обрабатываемого материала не меняются. Струя действует как оптимальный точечный инструмент, и с ее помощью можно вести обработку сложных профилей. Ширина разреза при этом варьируется от 0,6 мм до 2,0 мм, а количество отходов минимально по сравнению с резкой другими методами. Технология позволяет начинать разрез в любом месте детали, без предварительно сделанного отверстия.

Технология гидроабразивной резки

Сама технология не является новым словом в технике, но профессиональное гидроабразивное оборудование было сконструировано сравнительно недавно. Сегодня спрос на него на рынке довольно велик, поэтому показатели продаж в этом сегменте станкостроительных машин весьма впечатляющие. Объемы реализации растут примерно на 9-10% в год, а само гидроабразивное оборудование теснит на рынке устройства лазерной и механической резки.

Водяная струя, подаваемая в режущую головку под сверхвысоким давлением в 1-6 тыс. атмосфер, обладает эрозионным (истирающим) воздействием. Диаметр отверстия в сопле поистине микроскопический и составляет всего 0,08-0,50 мм, поэтому скорость выбрасывания водяной струи порой  сравнима со сверхзвуковой (1000-1200 м/с). Далее происходит смешивание струи воды с абразивным порошком в специальной смесительной камере, откуда струя выходит, уже имея в своем составе частицы высокотвердых материалов. Резка заготовки происходит под воздействием струи, выходящей из трубки толщиной 0,5-1,5 мм. В качества материала сопла чаще всего применяют алмаз, рубин, сапфир. Абразивными материалами служат кварцевый и гранатовый песок, зерна карбида кремния, корунда, частицы силикатного шлака.

Технология гидроабразивной резки характеризуется следующими параметрами:

• вид, плотность, толщина заготовки;
• скорость резки;
• диаметр водяного сопла;
• диаметр смесительной трубки;
• характеристики режущей смеси (скорость потока, размер и концентрация абразивных частиц и т. д.);
• давление струи.

Преимущества гидроабразивной резки

• Универсальность. Водно-абразивная струя с легкостью режет мягкие и твердые материалы, даже такие, как сплавы титана, сталь, керамику, композиты. При этом не наблюдается разрывов в структуре и изменения физико-механических характеристик.
• Отсутствие теплового воздействия. Возникающее в процессе резки тепло нивелируется струей воды, и заготовка не нагревается. Это преимущество имеет особое значение при обработке материалов, восприимчивых к нагреву. Температура в зоне резания не превышает 90`С и не влечет за собой пригорания и оплавления. Нужно отметить, что такая способность присуща исключительно гидроабразивной резке.
• Возможность обрабатывать сложные профили и контуры, работать под любым углом к поверхности. Это весьма важная характеристика гидроабразивной резки, позволяющая использовать ее при обработке хрупких материалов, например стекла. В этом смысле она уступает лишь алмазной резке, да и то далеко не во всех случаях.
• Высокая технологичность процесса. Роль режущего инструмента выполняет струя воды, и это снижает ударную нагрузку на заготовку, нивелирует отдачу. Также сам «инструмент» не нуждается в регулярной заточке. Деталь может находиться на расстоянии до 200 м от насоса, и это не снижает тангенциальное усилие, производимое на нее гидроабразивной струей. В некоторых случаях от одного насоса могут работать две и более режущих головки. Гидроабразивную резку можно вести на земле, на большой высоте и даже на глубине 200-300 м под водой.
• Полная автоматизация процесса. Аппараты гидроабразивной резки предусматривают компьютерный контроль над соблюдением технологии. Специальные оптические устройства слежения позволяют минимизировать участие человеческого фактора.
• Приемлемое качество разреза. Степень шероховатости финишной поверхности очень низкая и находится в пределах Ra 0,5-1,5 мкм. Это означает, что необходимость в дополнительной обработке возникает редко.
• Экономичность и доступность. Компонентами гидроабразивной резки являются вода и абразивные частицы. И то, и другое обходится недорого, расход воды низок - 3-4 л в минуту. Высокая скорость процесса позволяет экономить время и повысить производительность.
• Безопасность. Процесс гидроабразивной резки не может стать источником взрыва или возгорания ввиду отсутствия накопленного тепла. Также процесс не образует шлака, пыли, радиоактивных выбросов. Уровень шума составляет 80-95 дБ.

Недостатки

Одними из узких мест технологии гидрорезания считаются недолговечность сопла и трудности его изготовления. Оно довольно быстро изнашивается из-за высокого давления жидкости.

Водоструйная резка медленно внедряется на промышленных предприятиях, и на это есть свои причины, а именно:

• высокая, по сравнению с другими технологиями, энергоемкость;
• дороговизна оборудования для гидроабразивной резки;
• несоответствие фактических характеристик и установок заявленным, что является помехой при резке некоторых материалов;
• малые масштабы производства у потенциальных потребителей, не позволяющие окупить стоимость гидрорежущего оборудования.

Область применения

Гидроабразивная резка может быть использована для обработки любых материалов: картона, кожи, ткани, резины, керамики, натурального камня, железобетона, полимеров, металлопласта, металлов, сплавов.

Оборонная промышленность

Технология гидрорезания применяется с целью утилизации отслужившей свой век военной техники, ракет, судов, субмарин. С ее помощью режут корпуса снарядов и освобождают их от взрывчатки.

Электронная промышленность

Метод широко используется для нарезки электронных плат, очистки корпусов микросхем. При использовании гидрорезания гарантируется отсутствие пыли, расслоения материала, точность и тонкость пропила (не более 0,1 мм).

Автомобилестроение

Гидроабразивная резка применяется при резке пластиковых деталей салона (фальш-потолков, приборных панелей, ковриков и пр.), а также автомобильных бамперов.

Строительный сектор

Технология гидрорезания нашла применение в демонтаже бетонных стен и перегородок, расчистке швов. Кроме того, с помощью гидроабразивной резки инкрустируют гранит и мрамор.

Гидроабразивная резка металла

Как уже отмечалось выше, данный метод используется в качестве альтернативы лазерному раскрою и позволяет с легкостью нарезать листы нержавеющей стали, толщина которых достигает 70 мм. Обычную сталь гидроабразивная струя режет еще легче. Наблюдая своими глазами этот процесс, остается лишь удивляться, как струя воды внедряется в металлическую заготовку буквально как нож в масло – деликатно, без механического и термического воздействия. Даже очень дорогие и ответственные заготовки из металла можно без опаски подвергать процессу гидроабразивной резки, без риска создания внутреннего напряжения в детали.

Читайте также:

• Сравнение технологий плазменной, лазерной и гидроабразивной резки
• Технология гидроабразивной резки