Инжиниринг

Гидроабразивная резка

Сегодняшняя жизнь кардинально отличается от той, которой жили всего 10 лет назад. Прогресс уверенно движется вперед, и сегодня просто невозможно представить себя без новейших технологий. Изо дня в день мы встречаемся с инновациями (нанотехнологии, машины и роботы, фигурная резка металла, плитки, камня, зеркал). В современной жизни инновации - это первый помощник любого дизайнера, технолога, инженера. Чтобы жить со скоростью XXI века, необходимо часто обращаться к новейшим разработкам. Непрерывное расширение номенклатуры конструкционных металлических, неметаллических и композитных материалов в промышленности и строительстве обуславливает необходимость создания принципиально новых технологий разделительной резки и обработки таких материалов. В настоящее время после резки металла на современном оборудовании необходимо обрабатывать грубую кромку на полученных деталях. Если резку металла производить на станке гидроабразивной резки, можно сэкономить время на обработку материала. Новейшая технология гидроабразивной резки (водорезка) при фигурной резке позволяет получать готовую деталь без дополнительной обработки. Гидроабразивная резка является интересной технологической альтернативой традиционным методам разделительной резки - газокислородной (автогенной), плазменно-дуговой и лазерной.
15 мая 2009

Данная технология основана на разрезке материалов водяной струей под сильным давлением (поэтому часто вместо термина "гидрорезка" употребляют "водорезка"). Она подходит даже для очень хрупких, крошащихся материалов (например, стекла). Гидрорезка также применяется и для материалов плотных или большой толщины (резка гранита, камня, плитки и металла).

Водорезка - гидроабразивная резка без применения абразива. Она применяется в электронной, пищевой, автомобильной промышленности и др.

Метод гидроабразивной резки металлов и материалов существует уже 20 лет. Суть метода проста. Основой принципа гидроабразивной резки является способ разделения металлов и материалов с помощью водяной струи высокого давления.

Материал для резки (металл, камень, стекло, резина, поролон и т.д.), как правило, располагается на координатном столе. Координатный стол является второй составной частью установки гидроабразивной резки и позволяет перемещать режущую головку с высокой точностью в двух координатах. Над столом в направлении оси Х движется портал, на котором, в свою очередь, установлена тележка, двигающаяся в направлении оси Y, а на этой тележке установлена рабочая головка с режущим соплом, способная двигаться в направлении оси Z. В настоящее время разработано и находит широкое применение оборудование для резки водой в трех разных направлениях, так называемые 3D головки, которые позволяют выполнять резание заготовок в трех координатах.

Технологию резки металла водой часто сравнивают с такими способами резки металлов, как лазерная и плазменная резка. В этой связи необходимо сказать, что плазменная и лазерная резки и методика гидроабразивной резки различаются принципиально, т.е. не только количественно, но в первую очередь качественно. Обеспечиваемые при резке водой точности реза в сочетании с холодным характером реза и полным отсутствием как механического, так и термического влияния на зону резки (что особенно важно при резке титана) дают уникальные возможности по шаблонной резке материалов. Методом гидроабразивной резки можно обработать с высокой точностью и производительностью самые твердые материалы, а также различные их комбинации.

Метод гидроабразивной резки в высшей степени универсален в том смысле, что позволяет обрабатывать с одинаковой точностью и большие и малые детали с различной неплоскостностью. Диапазон возможных скоростей гидроабразивной резки (т.е. фактически регулируемый диапазон скоростей передвижения режущей головки над столом) колеблется от 1 до 10000 мм в минуту, что делает возможным качественную и точную резку на одной и той же установке деталей самых разных размеров и толщин.

Компьютерное обеспечение технологии резки водой позволяет программировать резку любых контуров, задаваемых в системах AutoCAD.

Гидроабразивная резка является сегодня наиболее эффективным, гибким, экологически чистым и энергосберегающим методом. Благодаря своим качествам: простоте метода, точности, универсальности и дешевизне, прогрессивная технология гидроабразивной резки находит все более широкое применение во всем мире, а в последние годы успешно зарекомендовала себя и в России.

Физическая суть механизма гидроабразивной резки состоит в отрыве и уносе из полости реза частиц основного (разрезаемого) материала скоростным потоком ударяющихся и скользящих по поверхности реза твердофазных частиц. Устойчивость истечения и эффективность воздействия двухфазной струи обеспечиваются оптимальным размером частиц, равным 10-30% диаметра режущей струи. В качестве абразива обычно используют порошки твердосплавных сплавов, карбидов, окислов. Выбор абразива зависит от вида и твердости разрезаемого материала. Так, для высоколегированных сталей и сплавов титана применяют особо твердые частицы граната, для стекла - соответствующие фракции обычного песка, для пластмасс, армированных стекло- или углеродными волокнами - частицы силикатного шлака. Благодаря особенностям процесса гидроабразивной резки обеспечивается очень малая ширина реза и незначительное количество материала, идущего в отходы, а также высокое качество поверхности реза, приближающееся к качеству грубого фрезерования.

Номенклатура материалов, для резки и обработки которых применима современная технология гидроабразивной резки, почти неограниченна. Эффективность гидроабразивной резки различных классов легированных сталей и сплавов значительно выше по сравнению с процессами лазерной и плазменной резки и практически сопоставима с газокислородной резкой низкоуглеродистых конструкционных сталей. Гидроабразивная струя успешно режет стали с упрочняющими покрытиями; при резке мягких металлов и композитов иногда требуется последующая очистка поверхности реза от застрявших частиц абразива.

Кроме резки, применение высоконапорных гидроабразивных струй в отдельных случаях целесообразно для снятия фасок на крупных машиностроительных деталях, для подготовки кромок под сварку и удаления дефектных участков швов под их последующую заварку. Прогрессивная технология гидроабразивной резки имеет несомненную перспективу применения в современном заготовительном и металлообрабатывающем производствах. Учитывая определенную сложность оборудования для гидроабразивной резки и условий его эксплуатации, данная технология в настоящее время получает растущее применение в основном в таких отраслях, как авиастроение, судостроение, специальное машиностроение и производство листового стекла.

Без абразива (водоструйная резка) производят резку таких мягких материалов, как пластмассовая пленка, кожа и текстильные ткани. С присадкой абразивов вырезают заготовки из твердых и хрупких материалов типа высоколегированных сталей, алюминия, керамики и стекла.

Справка

Абразивный гранат - изделие, полученное в результате обработки высококачественных песков граната. На начальном этапе зерна подвергаются механическому воздействию, чтобы устранить слабые пункты в микроструктуре. Тем не менее острые грани зерен обеспечивают высокое качество разреза.

Твердость абразивного граната связана с кристаллическим строением и обеспечивает высокое сопротивление к разрушению. Благодаря этой способности гранатовый абразив является фактически устойчивым в течение всего времени использования. Таким образом, получается высокое качество реза со степенью шероховатости в зависимости от размера зерна и скорости резки.

Главные месторождения абразивного граната располагаются в Австралии и Индии, бывшей Чехословакии, Южной Африке. Самое большое в мире аллювиальное месторождение гранатового абразива, общий объем которого оценивается в более чем 8 миллионов тонн, находится в Западной Австралии.

Самый распространенный из гранатов - альмандин - обычно встречается в виде изометричных кристаллов. Цвет красный, красно-бурый, фиолетово-красный, редко черный; окраска обусловлена наличием железа, замещающего алюминий: при наличии хрома наблюдается александритовый световой эффект. Альмандин похож на другие красные минералы, от рубина и шпинели отличается меньшей твердостью. Ювелирные образцы иногда встречаются в породах и гранитных пегматитах, но извлекаются они в основном из россыпей.

Технические достижения, сделанные за последние годы, позволяют использовать свойства граната. Из-за высокой прочности гранатовый песок все более и более востребован, с одной стороны, как многократное неметаллическое абразивное вещество для шлифовки, и, с другой стороны, - как продукт для гидроабразивной резки различного рода материалов под высоким давлением.

Гранатовый песок безопасен для здоровья человека. Его использование не связано с опасностью заболевания силикозом. Песок не является канцерогенным и нетоксичен. Абразивный гранат не загрязняет ни окружающую среду, ни рабочее место.