Гидроабразивная резка

: Просмотров: 10586

Материал статьи представлен только для ознакомления с данной технологией производства работ.
В данный момент ЧУП "ДОЛБО" не использует описываемый метод в своей работе.

Вода камень точит. Если она капает медленно, то процесс этот может занимать тысячелетия, но если поток воды значительно усилить, то, автоматически, происходит ускорение. Если же подавать воду под огромным давлением, то вода будет проходить сквозь материалы, как раскаленный нож - сквозь масло.

Разработано две принципиальных технологии использования воды для раскроя материалов. Водная резка и водно-абразивная или гидроабразивная резка. Эти две технологии очень близки с той лишь разницей, что при водной резке подается только вода, а при гидроабразивной резке к воде подмешивается абразив.

Для того, чтобы вода могла резать, она должна подаваться со сверхвысоким давлением. Таковым считается давление примерно 4700 кг на квадратный сантиметр (4000 атмосфер) или более. Вода выходит через сопло диаметром 0,5 мм со скоростью 1200 метров в секунду. Затем струя воды гасится при помощи ванны с водой, без которой она прорезала бы все на своем пути.

Сама по себе вода легко разрезает мягкие материалы, такие как резина, пластмасса, поролон и так далее. Но когда речь идет о раскрое твердых материалов - сталь, титан, керамика, - в поток воды подмешивается абразив (как правило, гранатовый песок диаметром 0,4 мм).

Появление и внедрение гидроабразивной резки

В СССР в 1947 году один российский инженер получил авторское свидетельство на новый способ резки твердых материалов - струей воды. Идея заключалась в том, чтобы создать такую силу воздействия воды на материал, чтобы она превосходила силу соединения между молекулами самого материала. Для этого требовалось давление в несколько тысяч атмосфер.

Американцы же утверждают, что именно они изобрели принцип водной резки. Правда, это не так, ибо американский "папа" этой технологии начал исследования только в 50-х годах прошлого столетия. Норман Франц, лесной инженер, искал новые методы разделки толстых деревьев на доски. Ему удалось добиться струй, выходящих под очень высоким давлением, способных резать дерево и другие материалы, но эти струи были краткосрочными.

Францу было трудно поддерживать высокое давление. По иронии судьбы сегодня водная резка мало используется для резки дерева. В 1979 году сотрудник американской корпорации Flow по имени Мохамед со странной фамилией Гашиш придумал добавлять в водный поток абразивный материал, что позволило резать практически любой материал.

В 1980 году гидроабразивная струя использовалась впервые для резки стали, стекла и бетона. В 1983 году была продана первая гидроабразивная система для резки автомобильного стекла.

Первыми технологию гидроабразивной резки широко применили авиационная и космическая промышленность, которые стали пользоваться ею для резки очень прочных материалов, таких как нержавеющая сталь, титан и композитных материалов, вроде углеволокна, используемых в авиации. С тех пор гидроабразивная струя используется для резки камня, керамики, в создании авиационных двигателей, в строительстве и в других областях.

Применение водоструйного метода для резки материалов

Компания WOMA использует метод абразивной резки струей воды высокого давления с 1974 года.

В 1974 году армированная бетонная стена фундамента была вырезана в центре по обработке данных посредством комбинирования струи воды и силикатного песка без вызывания вибрации – беспрецедентный случай в мире для того времени.

Основанная на современных разработках в области технологий сверхвысокого давления струя воды может быть использована в качестве режущего инструмента, например, в добывающей промышленности, в строительстве, в сфере технического обслуживания, в химической промышленности и при резке. С помощью абразивной резки можно разрушать следующие материалы: сталь, бетон, армированный бетон и керамику.

Основная идея абразивной водоструйной технологии высокого давления заключается в присоединении к струе воды мелких твердых частиц, которые и называются абразивом.

Отличительной особенностью абразивной водоструйной технологии WOMA является тот факт, что требуемое высокое давление воды вырабатывается плунжерными помпами, имеющими различные степени производительности и зарекомендовавшими себя в большинстве отраслей промышленности в течение многих лет.

Как создается высокое давление при водной или гидроабразивной резке

Создать такое высокое давление и поддерживать его на таком уровне на протяжении всего времени работы довольно сложно. Поэтому успех зависит в значительной степени от насоса, который можно считать сердцем всей системы.

Можно использовать два типа насосов - прямой (Direct drive) и так называемые intensifier based (насосы с усилителем). Насосы прямого нагнетания давления работают по тому же принципу, что и насосы, создающие низкое давление, которые используются для чистки поверхностей (пример, реклама аппаратов Керхер?), только давление создается значительно более высокое. Однако intensifier based насосы создают давление на 10 - 25% большее и используются в большинстве систем гидрорезки и гидроабразивной резки.

Принцип "усиливающего" насоса заключается в том, что создается давление на поршень, который выталкивает воду из большой камеры через маленькое отверстие. За счет этого достаточно оказывать сравнительно небольшое усилие на поршень.

Однако сколь мощной ни была бы струя, сама по себе вода не может разрезать любой материал, либо у нее на этот процесс уйдет слишком много времени. Режущая способность абразивной струи в сотни, если не в тысячи раз выше, чем просто воды.

Внутри каждой системы гидроабразивной резки содержится система водной резки.

Струя воды, вылетающая со скоростью 1200 метров в секунду, разгоняет абразив. От размера песчинок зависит скорость резки и гладкость среза. Смешивающие трубы (mixing tube) бывают разных размеров, их срок "жизни" также различается. Их длина составляет примерно 7,6 см, внешний диаметр - 6 мм. Внутренний диаметр составляет от 0,5 мм до 1,5 мм. Самый распространенный диаметр - 1 мм.

В зависимости от используемого материала срок годности труб составляет от 4-6 часов до 100-150 часов непрерывной работы.

Таким образом, расходные материалы, необходимые для водно-абразивной резки - это вода, абразив, сопло и труба для смешивания.

Основные преимущества гидроабразивной резки заключаются в том, что такой метод позволяет разрезать любой материал, избегая нежелательного термического и механического воздействия, вредных испарений. Этот метод экологически чист, пожаробезопасен, дешевле большинства других методов. Благодаря своим достоинствам методы водной и гидроабразивной резки становятся самыми популярными в мире.

Применение гидроабразивной резки

Технология водно-абразивной резки распространяется в большинстве стран самыми высокими темпами благодаря богатым возможностям и легкости управления. Производители осознают, что станки для водно-абразивной резки способны разрезать практически любой материал. Машинные цехи всех размеров осознают большую эффективность и продуктивность использования ВАР.

Главное достоинство гидроабразивной резки заключается в том, что этот метод позволяет разрезать любой материал толщиной до 25 см, избегая нежелательного термического и механического воздействия, вредных испарений, а изделия получаются аккуратными. Этот метод экологически чист, пожаробезопасен.

Технология гидроабразивной резки позволяет делать очень узкий разрез, что позволяет лучше использовать материал, так как разрезанные части можно точнее подогнать. Программное обеспечение для управления такими станками, как правило, довольно легко понять и зачастую требуется лишь несколько часов, чтобы научиться работать.

Водная резка хороша для разрезания мягких материалов и, как правило, используется (в США) для разрезания рулонов... салфеток и подгузников. Вам может показаться странным, но во время этого процесса на поверхности салфеток остается меньше воды, чем в результате прикосновения рукой или дыхания на нее.

Преимущества абразивного водоструйного метода резки материалов

Технология водно-абразивной резки имеет множество преимуществ:

Резка возможна в любых положениях;
Небольшие размеры насадок;
Могут быть вырезаны любые формы;
Процесс резки регулируется и контролируется в течение всего действия;
Низкие реактивные силы, что позволяет механизировать/автоматизировать процесс;
Отсутствие значительного шума;
Отсутствие вибрации;
Отсутствие образований пыли, пара, газа и шлака;
Отсутствие термического и механического воздействия на отрезаемые или разрушаемые края;
Большая глубина резания за одну операцию;
Возможно разрезание сложных (смешанных) материалов одним режущим действием;
Возможно применение под водой.

Существует несколько основных способов резки и раскроя материала:

Лазерная;
Плазменная;
Механическая;
Гидроабразивная резка.

Гидроабразивную резку обычно сравнивают с лазерным или плазменным методом резки материалов, например, таких как металл. Но, в каждом методе есть свои достоинства и недостатки.

Лазерным методом металл можно разрезать намного быстрее, но гидроабразивная резка имеет холодный характер резки, а так же отсутствует термическое и механическое влияние на зону резки материала. В чем же основные преимущества гидроабразивной резки:

Высокое качество. Не секрет, что качество за частую является основополагающим фактором. Гидроабразивная резка обеспечивает высочайшее качество получаемых кромок. Данный метод не требует дополнительной обработки механическим способом. При использовании гидроабразивной резки кромки материала не подвергаются термической нагрузке, следовательно, нет окислов и окалины;
Отсутствие деформации. Как правило, при использовании других методов, в зоне обработки возникают механические и термические деформации материала. При использовании гидроабразивной резки данных деформаций не возникает и, как следствие, сохраняются физико-механические свойства материала. Низкое тангенциальное усилие резания на деталь приводит к тому, что заготовка не зажимается;
Универсальность. Гидроабразивная резка позволяет резать разнообразные композиционные материалы, не создавая разрывов в их структуре. Гидроабразивная резка идеальна для обработки материалов с волнистой поверхностью, а так же поверхностью со сложными контурами;
Безопасность. При использовании гидроабразивной резки отсутствует нагрев и искрообразование, что, в свою очередь, обеспечивает абсолютную пожаро и взрывобезопасность использования данного метода;
Скорость реза. Гидроабразивная резка обладает высокой скоростью, что позволяет, в свою очередь, существенно увеличить объем выполняемых работ;
Ширина реза. Ширина реза при использовании гидроабразивной резки минимальна. Это способствует сокращению расхода материала, приводя к его экономии;
Автоматизация процесса. Возможность механизации и автоматизации процесса гидроабразивной резки, в отличии от механической резки, что в свою очередь снижает трудо-затраты на процессе;
Комплекторность. Метод гидроабразивной резки позволяет резать комплексные пакеты, состоящие из нескольких слоев различных материалов. Т.е. на практике, можно резать некий «пирог», состоящий из материалов разноструктурного типа;
Чистота производства. Чистота производства методом гидроабразивной резки обуславливается отсутствием пыли и газов, возникающих при резке иными методами;
Низкая стоимость. Дешевизна метода обуславливается низкой стоимостью расходных материалов. Основными расходными материалами является вода и кварцевый песок. Все это, в свою очередь влияет на общей стоимость гидроабразивной резки.