Гидрообразивная резка

 Гидрорезка – вид резки, при котором материал обрабатывается при помощи сверхскоростной подачи водной струи. При гидроабразивной резке на поверхность обрабатываемого материала подаётся струя, состоящая уже из двух фаз: воды и высокотвёрдых абразивных частиц. Такая процедура имеет ещё увеличенную разрушительную силу и оказывает мощное эрозионное воздействие на материал.

Весь принцип гидроабразивной резки основан на том, что частицы материала, на который оказывается воздействие, удаляются при помощи скоростного потока твердофазных элементов, при этом эффект процедуры регулируется рядом параметров: определённым давлением воды, размером и расходом абразивных частиц.

Технология резки водой

Вода нагнетается насосом до давления 1000-6000 атмосфер и подаётся в режущую головку. Со скоростью примерно 900-1200 м/с струя воды вырывается через узкое сопло с диаметром 0,08-0,5 мм и поступает в смесительную камеру, в которой смешивается с абразивными частицами - гранатовым песком, зернами электрокорунда, карбида кремния или другими высокотвердыми материалами. Смесь воды и абразива выходит из смесительной трубки с внутренним диаметром 0,5–1,5 мм и разрезает материал.

Очевидное отличие гидрорезки от гидрообразивной резки состоит в том, что в первом случае вода минует процесс смешивания с абразивными материалами, а сразу выходит под давлением через сопло в направлении разрезаемого изделия.

Абразив придаёт струе большую разрушительную силу, в то время как вода необходима для транспортировки.  Обычно для эффективного воздействия струи размер абразивных частиц должен составлять от 10 до 30 % относительно толщины диаметра самой струи.

В изготовлении сопла для гидроабразивной резки используют сапфир, рубин или алмаз. Алмазные сопла могут прослужить до 2000 часов, в то время как максимум работы сапфировых или рубиновых доходит до 200 часов. В процессе гидрорезки применяются сапфировые сопла, срок службы которых может доходить до 400 часов.

Схема гидроабразивной резки

Схема гидроабразивной резки

 

Применение технологии резки водой 

 Водоструйная резка может быть применена в самых разных областях промышленности. Посредством гидрорезки и гидроабразивной резки

К областям применения гидрорезки можно отнести следующие:

·         Лёгкая промышленность: производство тканей, кожи; обуви;

·         Автомобильная промышленность: пластики, резиновые изделия;

·         Электронная промышленность: электронные платы;

·         Авиационная и космическая промышленность: ламинированные материалы;

·         Изоляция: теплоизоляционные, уплотнительные и шумопонижающие материалы;

·         Пищевая промышленность: замороженные продукты, плотные продукты, шоколад и др.;

·         Пластики: термо- и дуропласт;

·         Различные материалы: бумага, картон, дерево.

Гидроабразивная резка широко используется во многих областях промышленности:

·         Металлургия: листы из сталей, металлов, различные металлические детали;

·         Авиационная и космическая промышленность: сплавы алюминия, титана и др., композитные материалы, толстостенные пластмассы;

·         Жилое и промышленное строительство:  бетон, железобетон, гипсовые блоки, брусчатка, камень, гранит, мрамор и др.

·         Пластики: армированные пластики;

·          Различные материалы: комбинированные материалы, материалы с покрытием, дерево, стекло, бронированное стекло, керамика;

 

Некоторые абразивные материалы и их применение 

 

Наименование Область применения
Гранатовый песок (состоит из корунда Al2O3, кварцевого песка SiO2, оксида железа Fe2O3 и других компонентов) Широко распространен для резки различных материалов, в особенности высоколегированных сталей и титановых сплавов
Зерна электрокорунда (состоит преимущественно из корунда Al2O3, а также примесей) или его разновидности Искусственные материалы с очень высокой твердостью по Моосу. Используются для резки сталей, алюминия, титана, железобетона, гранита и др. материалов
Зерна карбида кремния (SiC) – зеленого или черного
Кварцевый песок (SiO2) Резка стекла
Частицы силикатного шлака Резка пластика, армированного стекло- либо углеродными волокнами

Типичная форма реза в зависимости от условий резки:

типичная форма реза в зависимости от условий гидроабразивной резки

Занос струи при резке со скоростью выше оптимальной:

занос струи при скорости резки выше оптимальной

 

Скорость разных видов резки в зависимоста от максимальной скорости может составлять следующее процентое соотношение:

- Разделительная резка: 80–100%;

- Качественная резка: 33–65%;

- Тонкая резка: 25–33%;

- Прецизионная резка: в 10–12,5%

Вид поверхности реза в зависимости от скорости водно-абразивной резки:

вид поверхности реза в зависимости от скорости гидроабразивной резки

  

Примерные размеры абразива при различных режимах резки

 

Применение Размер частиц гранатового песка (Garnet) Внутр. диаметр водяного сопла Внутр. диаметр смесительной трубки
mesh (США) микрон дюймов мм дюймов мм
Стандартная промышленная конфигурация 80 178
(300–150)
0,013–0,014" 0,330–0,356 0,04" 1,02
Высокоскоростная резка 60 249
(400–200)
0,014–0,018" 0,356–0,457 0,05" 1,27
50 297
(600–200)
Точная резка 120 125
(200–100)
0,012–0,013" 0,305–0,330 0,036" 0,91
80 178
(300–150)
Высокоточная резка 120 125
(200–100)
0,010–0,011" 0,254–0,279 0,03" 0,76

 

Расход абразива зависит от многих факторов: диаметров смесительной трубки и водяного сопла, условий резки и т. д. Ориентировочные оптимальные значения расхода абразивного материала при некоторых соотношениях диаметров смесительной трубки и сопла являются следующими:

Внутренний диаметр водяного сопла (мм) Внутренний диаметр смесительной трубки (мм) Расход абразива (г/мин)
0,25 0,76 270–360
0,36 1,02 500–640
0,46 1,27 800–1100

Зависимость скорости прямолинейной разделительной (черновой) резки от толщины материала при давлении насоса P = 4100 бар (примерно 4046 атм)

Вид материала Скорость резки (м/ч)* при толщине
5 мм 10 мм 20 мм 50 мм 100 мм
Нержавеющая сталь 52,62 28,56 13,02 3,84 1,44
Титан 68,46 37,20 16,98 4,98 1,86
Алюминий 142,20 77,40 35,40 10,20 3,72
Гранит 251,40 137,10 62,76 18,00 6,60
Мрамор 295,20 160,80 73,50 21,24 7,80
Углепластик 247,20 134,70 61,74 17,70 6,60
Стекло 272,76 148,62 67,92 19,62 7,26

*: давление – 4100 бар; марка абразива – Kerfjet #80; расход абразива – 250–450 г/мин; внутренний диаметр сопла – 0,25 мм, 0,35 мм; внутренний диаметр смесительной трубки – 0,76 мм, 1,01 мм / данные ООО «ТехноАльянсГрупп», г. Москва, установки ГАР BarsJet

Зависимость скорости прямолинейной разделительной (черновой) резки от толщины материала при давлении насоса P = 6000 бар (около 5922 атм)

Вид материала Скорость резки (м/ч)* при толщине
5 мм 10 мм 20 мм 50 мм 100 мм
Нержавеющая сталь 86,64 47,16 21,48 6,12 2,40
Титан 112,38 61,50 28,08 8,22 3,06
Алюминий 233,76 127,44 58,44 16,92 6,24
Гранит 413,46 225,42 103,08 29,70 10,92
Мрамор 485,28 264,60 121,02 34,80 12,84
Углепластик 406,56 221,88 >101,40 29,22 10,86
Стекло 448,14 <244,38 111,72 32,16 11,88
*: давление – 6000 бар; марка абразива – Kerfjet #80; расход абразива – 250–450 г/мин; внутренний диаметр сопла – 0,25 мм; внутренний диаметр смесительной трубки – 0,76 мм, 1,01 мм / данные ООО «ТехноАльянсГрупп», г. Москва, установки ГАР BarsJet

 

детали, полученные гидроабразивной резкой

Детали, полученные гидроабразивной резкой:

- из нержавеющей стали толщиной 15 мм;

- из сплава алюминия толщиной 6 мм;

- из алюминия толщиной 30 мм;

- из пластика, армированного волокном, толщиной 20 мм;

- из инструментальной стали толщиной 60 мм 

Преимущества, недостатки и сравнительная характеристика гидроабразивной и гидрорезки 

И гидрорезка, и гидроабразивная резка могут применяться практически к любым материалам, при этом их толщина может достигать 300 мм и даже больше. Гидроабразивная резка допускает обработку объёмных изделий, с помощью этой технологии выполняется резка по сложному контуру с соблюдением высокой точности (от 0,025 мм). Заготовка не подвергается механической деформации ввиду небольшой силы удара струи (1-100 Н), также исключены  термические деформации, ведь температура в зоне разреза может достигать не более 90°С.

В сравнении с другими эффективными технологиями резки - кислородной, плазменной, лазерной - гидроабразивная обладает несколькими важными отличительными особенностями:

·         Высокое качество реза;

·         Обработка пожаро- и взрывоопасные, ламинированные, композитные и других термочувствительных материалов;

·         Экологически-чистый метод: отсутствие вредных выделений;

·         Безопасность: технология исключает возможность возникновения взрыва или пожара.

При всей своей эффективности у гидрообразивной резки есть и ряд недостатков:

·         Малая скорость разрезания стали небольшой толщины;

·         Высокие эксплуатационные затраты на электроэнергию, воду, абразивные материалы, смесительные трубки, сопла, уплотнители, в том числе издержки на утилизацию отходов;

·         Повышенный шум.