Гидроабразивная резка


Гидроабразивная резка

Гидроабразивная резка — вид обработки материалов резанием, где в качестве режущего инструмента вместо резца используется струя воды или смеси воды и абразивного материала, испускаемая с высокой скоростью и под высоким давлением. В природе подобный процесс, протекающий естественным образом, называется водной эрозией.

Содержание

История

Схема установки гидроабразивной резки. 1 — подвод воды под высоким давлением, 2 — Сопло, 3 — подача абразива, 4 — смеситель, 5 — кожух, 6 — режущая струя, 7 — разрезаемый материал.

Первые попытки использования струи воды в промышленности были осуществлены в 30-х годах ХХ столетия американскими и советскими инженерами для выемки камня, руды и угля. Серьёзным импульсом развития технологии резки струей воды под высоким давлением послужило ее использование в авиастроительной и аэрокосмической индустрии.

В конце 1960 — годов американская авиастроительная компания выбрала гидроабразивную резку для обработки композиционного оптического волокна, материалов сотовой структуры и ламинированных материалов. Эти материалы особо чувствительны к высоким температурам и давлению.

Технология гидроабразивной резки материалов (ГАР) существует уже более 40 лет. История появления технологии уходит своими корнями в 50-е года прошлого столетия. Наиболее активно исследования в этой области велись в СССР и США. Первопроходцем в использовании струи под высоким давлением для резки твердых материалов стал сотрудник, а ныне глава американской корпорации Flow International Corporation, Мохамед Хашиш. В 1979 году в ходе экспериментальных работ он предложил добавлять в струю абразивный песок, благодаря чему ее режущие свойства многократно увеличились. В 1980 году был спроектирован и запущен первый прототип гидроабразивного станка, а в 1983 году Flow перешла к серийном производству оборудования и комплектующих для ГАР. Процесс резания происходит в результате эрозийного воздействия на материал струи воды с твердыми абразивными частицами, подающейся под сверхвысоким давлением. На сегодняшний день технология ГАР по праву относится к числу наиболее динамично развивающихся способов раскроя материалов и составляет серьезную конкуренцию таким традиционным технологиям, как лазерная и плазменная резка, а также механообработка. Гидроабразивная струя по своим физическим характеристикам представляет собой идеальный режущий инструмент, не имеющий износа. Диаметр струи может составлять 0,5 – 1,5 мм (в зависимости от типа используемых дюз и смешивающих трубок), благодаря чему отход обрабатываемого материала минимален, рез можно начинать в любой точке по контуру любой сложности. Отсутствие теплового и механического (деформирующего) воздействия – еще один козырь ГАР, благодаря которому исходные физико-механические характеристики обрабатываемого материала остаются без изменений. Процесс гидроабразивной резки экологически чист и абсолютно пожаробезопасен, поскольку полностью исключена вероятность горения / плавления материала и образования вредных испарений. Для некоторых видов материалов – керамика, композиты, многослойные и сотовые конструкции - не существуют технологии обработки, альтернативной ГАР. Впечатляющим является и диапазон обрабатываемых толщин – 0,1 мм – 300 мм и выше, что делает станок гидроабразивной резки подчас жизненно необходимым инструментом в таких сферах, как машиностроение, инструментальное производство, авиационно-космическая промышленность, производство продукции для оборонной и транспортной промышленности, камнеобработка. В настоящий момент более чем в 45 странах мира, включая Россию, безотказно работает свыше 10 000 станков гидроабразивной резки Flow, нашедших свое применение в авиационно-космической, автомобильной и металлообрабатывающей промышленности, обработке камня, стекла, пластиков и композитных материалов, а также бумажной и пищевой промышленности. Это приблизительно 60% всего мирового рынка гидроабразивного оборудования.

Описание технологии гидроабразивной резки

В основе технологии гидроабразивной резки лежит принцип эрозионного воздействия смеси высокоскоростной водяной струи и твёрдых абразивных частиц на обрабатываемый материал. Физическая суть механизма гидроабразивной резки состоит в отрыве и уносе из полости реза частиц материала скоростным потоком твердофазных частиц. Устойчивость истечения и эффективность воздействия двухфазной струи (вода и абразив) обеспечиваются оптимальным выбором целого ряда параметров резки, включая давление и расход воды, а также расход и размер частиц абразивного материала.

Достоинства гидроабразивной резки

  • отсутствие термического воздействия на материал (температура в зоне реза 60-90ºС);
  • существенно меньшие потери материала;
  • широкий спектр разрезаемых материалов и толщин (до 150—300 мм и более);
  • высокая эффективность резки листовых материалов толщиной более 8 мм;
  • отсутствие выгорания легирующих элементов в легированных сталях и сплавах;
  • отсутствие оплавления и пригорания материала на кромках обработанных деталей и в прилегающей зоне;
  • возможность реза тонколистовых материалов в пакете из нескольких слоев для повышения производительности, в том числе, за счёт уменьшения холостых ходов режущей головки;
  • полная пожаро- и взрывобезопасность процесса;
  • экологическая чистота и полное отсутствие вредных газовыделений;
  • высокое качество реза (шероховатость кромки Ra 1,6);

Сравнение технологий плазменной, лазерной и гидроабразивной резки

Лазерная резка

Лазерная резка является одним из высокотехнологичных методов раскроя различных листовых материалов. Принцип данной технологии: лазерный луч, собираясь на поверхности обрабатываемого материала, нагревает его до тех пор, пока тот не начнет испаряться. Мощность лазерного луча регулируется в зависимости от разрезаемого материала.


Плазменная резка

Технология плазменной резки основана на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия. Сущность процесса плазменной резки заключается в локальном расплавлении и выдувании расплавленного материала из полости реза.

Одной из главных характеристик плазменной резки является максимальная толщина разрезаемого материала. В технических характеристиках оборудования плазменной резки эта величина обычно приводится для углеродистой стали. На толщину разрезаемого материала существенно влияет теплопроводность. Поэтому, например для меди, максимальная толщина разрезаемого металла снижается примерно на 30 % по сравнению с указанными рабочими толщинами.

Плазменная резка имеет еще одну важную характеристику — скорость резки, которая оказывает существенное влияние на качество. При пониженной скорости плазмообразующий газ расходуется нерационально, что приводит к образованию шлака на нижней стороне обрабатываемого материала. При повышенной скорости плазменной резки дуга осциллирует, из-за чего линия реза получается волнистой. При этом также образуется шлак, отделение которого затруднено.

При сравнении технологии гидроабразивной резки с альтернативными методами резки (лазерной и плазменной), самым очевидным преимуществом оказывается универсальность технологии.

Недостатки данной технологии

  • Недостаточно высокая скорость реза тонколистовой стали;
  • Ограниченный ресурс отдельных комплектующих и режущей головки.
  • Высокая стоимость абразива (расходный материал)

Разрезаемые материалы

При помощи гидроабразивной струи резать можно практически любые материалы:

  • черные металлы и сплавы;
  • труднообрабатываемые легированные стали и сплавы (в том числе: жаропрочные и нержавеющие);
  • цветные металлы и сплавы (медь, никель, алюминий, магний, титан и их сплавы);
  • композиционные материалы;
  • керамические материалы (керамогранит, плитка);
  • природные и искусственные камни (гранит, мрамор и т. д.);
  • стекло и композиционное стекло (триплекс, бронестекло, армированное стекло, стеклотекстолит и т. п.);
  • пористые и прозрачные материалы;
  • сотовые и сэндвич-конструкции;
  • бетон и железобетон.

Резка мягких материалов, таких как полиуретан, поролон и другие пеноматериалы, пластмассы, кожаные изделия, картон, ткани и т. п. осуществляется только струей воды без добавления абразива. Применяется также и в пищевой сфере, для порезки и порционирования пищевых продуктов.

См. также


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Гидроабразивная резка" в других словарях:

  • Лазерная резка — …   Википедия

  • Плазменная резка — Плазменная резка …   Википедия

  • Криогенная резка — Криорезка. Струя жидкого азота …   Википедия

  • Влага — Вода Общие Систематическое наименование Оксид водорода Традиционные названия вода Химическая формула Н2O …   Википедия

  • Водная среда — Вода Общие Систематическое наименование Оксид водорода Традиционные названия вода Химическая формула Н2O …   Википедия

  • Воды — Вода Общие Систематическое наименование Оксид водорода Традиционные названия вода Химическая формула Н2O …   Википедия

  • Оксид водорода — Вода Общие Систематическое наименование Оксид водорода Традиционные названия вода Химическая формула Н2O …   Википедия

  • Абразивные материалы и абразивная обработка — Сюда перенаправляется запрос «Абразивный износ». На эту тему нужна отдельная статья. Абразивные материалы (фр. abrasif  шлифовальный, от лат. abradere  соскабливать)  это материалы, обладающие высокой твердостью, и… …   Википедия

  • Вода — У этого термина существуют и другие значения, см. Вода (значения). Вода …   Википедия

  • SolidWorks — Тип САПР Разработчик SolidWorks Corporation Операционная система Windows Последняя версия 2013 SP1 (ноябрь 2012) Лицензия …   Википедия