Гидроабразивная резка

Гидроабразивная резка

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.

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.

Преимущества технологии гидроабразивной резки

К числу наиболее весомых преимуществ гидроабразивной резки относится высокая точность и универсальность применения: любые металлы и твердые сплавы, камень, стекло, пластики, многослойные и композитные материалы – все это лишь небольшая часть профиля задач по линейному и фигурному раскрою материалов, успешно решающихся при помощи ГАР-станка.

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.

Принцип работы станка гидроабразивной резки 

Высокое давление водяной струи создается насосом – основным рабочим узлом ГАР-станка. В настоящий момент существует 2 основных типа насосов высокого давления – насосы плунжерного типа «мультипликаторы» и насосы прямого действия «Direct drive». Выбор конкретного типа насоса зависит от производственных задач Заказчика, при этом следует подчеркнуть, что во многом функциональные возможности обеих насосных систем пересекаются.
Отдельно следует отметить насосы с рабочим давлением 6000 бар, обеспечивающие прирост в скорости резки до 50%.

Скомпримированная до заданного давления (100 – 6000 бар) вода поступает по специальному патрубку, выполненному из высокопрочного сплава, в режущую головку, где при помощи дюзы формируется водяная струя заданного диаметра. Далее струя проходит через смесительную камеру, где происходит добавление абразивного песка (граната), и поступает в смешивающую трубку (сопло), которая направляет гидроабразивную струю на поверхность обрабатываемого материала. При этом скорость струи превышает скорость звука более чем в 3 раза.

Диаметр дюзы и смешивающей трубки определяется производительностью насоса высокого давления, а также дисперсностью используемого абразива. Перемещение режущей головки в рабочей зоне осуществляется при помощи координатного стола c ЧПУ-управлением.

Основным отличием технологии гидроабразивной резки от механической обработки материалов является изменение динамических и геометрических свойств струи в процессе прохождения от верхней до нижней точки сечения вырезаемой заготовки. Подобная особенность «поведения» струи вызвана ее инерционностью, а также гашением кинетической энергии. Следствием этого может быть образование конусности кромки реза, а также появление «запилов» на углах вырезаемого контура. Избежать подобного эффекта можно двумя способами – значительно (обычно в 3 – 4 раза) уменьшить скорость резки, обеспечив тем самым гидроабразивной струе достаточное количество времени чтобы «вымыть» конус и минимизировать отставание струи на выходе из материала. Такой способ имеет целый ряд недостатков, главные из которых низкая производительность ГАР-станка, увеличение машинного времени и, как следствие, износа всех компонентов высокого давления, большие эксплуатационные расходы. Второй, более эффективный способ, использовать автоматическую систему компенсации конусности.

Шероховатость и точность кромки реза зависит прежде всего от скорости резки, точнее от скорости перемещения режущей головки над поверхностью материала при которой достигается сквозной пропил. По мере увеличения этой скорости шероховатость становится более грубой, увеличивается угол конуса, в нижней части сечения материала появляется борозда. Опыт показывает, что скоростной диапазон 10% – 60% обеспечивает получение чистового реза с хорошим качеством поверхности кромки. Скорость подачи 80% – 100% используют в основном для разделительного реза.