Что такое гидроабразивная резка металла


виды, принцип работы и особенности

Почти ни одно предприятие машиностроения и металлопроката не обходится без оборудования для резки листового металла. Зачастую к качеству реза предъявлены повышенные требования, это не позволяет применять традиционное оборудование: плазменную резку и гильотины. Резка металла водой используется еще с 70-х годов прошлого столетия. Впервые раскрой материала гидроабразивным способом официально начала применять авиастроительная компания в Америке. Через время компания заявила о том, что этот способ является оптимальным для порезки металла и иных высокопрочных материалов. С тех пор резка водой получила широкое распространение.

Сфера использования

Основным отличием, которое имеет гидрорезка металла от других методов обработки является то, что не оказывается механическое действие на поверхность материала. Отсутствие нагревания и трения инструментов влияет на возможные сферы использования и качество реза.

Оборудование используют для резки таких материалов, как:

  • керамика, стекло;
  • камень, гранит, мрамор;
  • резина, паронитовые, эбонитовые и текстолитовые плиты, пластик;
  • железобетон;
  • металлы, в том числе: сталь, титан.

Принцип работы

Использование станков водно-абразивной порезки не ограничивается лишь возможностями раскроя металлопроката, но все-таки основная часть оборудования продолжает использоваться только в этой сфере. В основе работы гидрорезки находится технология подачи воды под давлением с некоторым содержанием абразивного вещества на поверхность материала. Что во время порезки происходит:

  1. Жидкость из специального резервуара подается в смеситель под давлением.
  2. В смеситель одновременно направляется абразивный состав, состоящий, как правило, из мелких частиц песка.
  3. Вода, после смешивания с абразивом, подается на сопло для порезки металла гидроабразивной струей.
  4. Тонкая струя направляется на поверхность материала и режет его.

Этот принцип работы дает возможность значительно повысить скорость и качество обработки металла.

Оборудование для гидрорезки

Еще в древние времена люди заметили уникальное свойство воды под давлением менять форму материалов, на которые она действует. Поверхность камней становилась гладкой, а постоянное падение с высоты воды оставляло выемки в твердых горных породах.

Такой же принцип применяется в промышленных целях. Для чего просто нужно увеличить в несколько раз давление воды, а также контролировать направленность струи. Делается это так:

  1. Насос высокого давления аккумулирует воду, и подает жидкость на поверхность материала. От производительности насоса зависит плотность, и толщина разрезаемой стали. К насосу вода подается шлангами, которые соединены с системой магистрального водоснабжения.
  2. Регулятор мощности. Толщина разрезаемого материала, скорость реза ГАР обеспечивается составом направляемой смеси и точными регулировками. Для вязких и прочных материалов применяют трехфазный наполнитель, для металлов с более податливой структурой хватает двухфазной жидкости (вода и абразив). Регулируется также не только состав жидкости, но и давление воды. Чтобы добиться минимальных показателей, нужен выход струи со скоростью 1200 м/сек, с давлением не меньше 4600 кг/см.
  3. Сопла резки — могут изменяться с учетом толщины и плотности обрабатываемого металла, а также состава жидкости применяемой при разрезании. Поскольку струя из сопла выходит под большим давлением, изначально сопла делаются из высокопрочной стали.
  4. Смеситель — это оборудование является одним из главных элементов станка. Именно смеситель отвечает за качество смеси, от равномерности пропорций зависит отсутствие сколов и толщина реза.
  5. Автоматика — обязательным условием является конусность кромки, которая появляется в результате инерционности водной струи. Конусность зависит от скорости разрезания. Чтобы снизить этот негативный эффект применяется компенсация конусности (технология Flow Dynamic Waterjet). Принцип компенсации состоит в том, что автоматика сама определяет плотность и качество материала и подает указание режущей головке на изменение угла сопла.

Возможности гидравлического процесса

Одним из основных достоинств гидроабразивного способа порезки является отсутствие нагревания и сколов поверхности, которые присущи при традиционном разрезании предметов.

За счет усовершенствования станков и современных технологий удалось расширить их сферу использования и функциональные возможности:

  1. Возможность произвести нестандартную порезку материала. При этом изменение угла реза не влияет на качество порезки. Точность реза металла под углом дает возможность использовать готовые заготовки без последующей обработки.
  2. Станки для порезки металла узконаправленной струей можно применять в металлопрокате. Так наибольшая толщина металла при резке составляет 200 мм для среднеуглеродистой стали, 120 мм для высокопрочных сплавов.
  3. Есть станки, которые могут работать без участия человека в полностью автономном режиме. При этом необходимо, чтобы была установлена определенная программа, регламентирующая работу станка. При помощи программного управления можно вырезать даже очень сложные детали.
  4. Сегодня широкое распространение имеет гидроабразивная порезка труб. С помощью специальных станков удается получить идеально ровную отрезанную окружность.
  5. Искусство — точная фигурная резка дает возможность применять станки во время изготовления декоративных элементов, предметов украшения и т. д. Точность выполнения фигур и качество реза зависит во многом не от опыта рабочего, а от качества программного обеспечения и используемого оборудования. Там, где требуется, чтобы отклонения были не больше 0,5%, применяются станки с ЧПУ.

Применение станков с ЧПУ

Возможности использования станков с ЧПУ для гидроабразивной порезки меди, алюминия, нержавеющей стали, других видов цветных и черных металлов различной прочности, позволили значительно расширить и увеличить сферы использования оборудования.

За счет станков с ЧПУ обеспечивается изготовление точных деталей без отклонения от требуемых размеров, что почти невозможно добиться традиционными методами резки. Принцип работы сводится к следующему:

  1. Задается программное обеспечение, при этом для каждого материала существует свое ПО, которое автоматически подбирает давление струи, состав режущей смеси и другие параметры. Программа дает возможность предусмотреть фигурную порезку материала.
  2. Дополнительная обработка, как правило, после обработки материала при помощи станка не требуется. Но во время неправильного выбора состава режущей струи отмечается некоторая шероховатость поверхности. Шероховатость реза исключается повторной обработкой.
  3. Кроме разрезания материала, станок с ЧПУ позволяет делать отверстия требуемого диаметра. Некоторые модели станков имеют дополнительное оборудование для выполнения узконаправленных операций.

Ручная резка гидроабразивным способом

Определенные станки управляются с помощью непосредственно оператора. В этом оборудовании угол наклона и все остальные параметры нужно выставлять вручную, это не очень удобно и не может комфортно обеспечить работу. Но при этом, установка гидроабразивной резки (УГР) металла без ЧПУ имеет определенные достоинства, к ним относятся:

  1. Оставлены без изменений общие функциональные возможности. Разрезание материала под углом, ровный рез, раскрой материала и вырезание простых фигур можно выполнять и на обычном станке. Гидроабразивную порезку меди, алюминия, стекла, стали и иных материалов можно выполнять и на этом оборудовании.
  2. Нет необходимости в профильном образовании. Ручное оборудование для порезки имеет минимальное количество функций и простое управление. Это дает возможность производить все требуемые операции во время обработки простых деталей.
  3. Меньшая стоимость оборудования, в отличие от станков с ЧПУ, эта установка обойдется примерно в два раза дешевле.

Использование ручного оборудования ограничено только его малой функциональностью. Применение устройства в художественной резке, вырезание сложных геометрических фигур и там, где необходим качественный конечный результат и высокая точность потребует приобретения станка с ЧПУ.

Основное достоинство

Есть несколько основных достоинств, которые можно отметить во время применения гидроабразивной резки:

  1. Функциональные возможности — преимущества гидроабразивной порезки металла сложно полностью перечислить, но одним из основных является то, что при помощи ГАР станка вырезать можно самые сложные элементы заготовок. Появляется также возможность создания сложного профиля с любыми требуемыми контурами, формами и радиусом.
  2. Отсутствие нагревания обрабатываемой поверхности. Во время обработки детали все тепло, которое выделяется, удаляется моментально под действием воды. Из-за отсутствия режущих металлических элементов получаемое тепло от трения очень низкое. Небольшое тепловыделение обеспечивает точный рез металлов, которые поддаются деформированию под действием повышенной температуры.
  3. Технологичность процесса реза — оборудование является абсолютно универсальным, при необходимости применяется для сверления. Есть возможность проведения работ вне зависимости от атмосферных и иных условий. Ручные станки можно применять для порезки материала даже под водой на глубине более сотни метров. Причем от одного насоса одновременно можно запитать несколько установок.
  4. Отсутствие дополнительных работ — после получения требуемой детали нет необходимости в дальнейшем обрабатывании и шлифовании места реза. Шероховатость почти невидна невооруженным глазом.
  5. Безопасность — оборудование может устанавливаться даже на производстве с высокой взрывоопасностью во время производства легковоспламеняющихся материалов. Отсутствие вероятности появления искры, нагревания поверхности и иные параметры делают использование водно-абразивных установок максимально безопасными и удобными.
  6. Экономичность, в отличие от плазменной обработки материала. Скорость порезки может доходить до 35 тыс. мм/мин. Причем это никак не повлияет на качество реза. Если учитывать что во время разрезания теряется не более 1 мм металла, а также точность и абсолютное соответствие готовому изделию по заданным размерам, то вполне очевидна высокая рентабельность этого оборудования.
  7. Универсальность установки — одни станок одновременно позволяет обрабатывать пластик, сталь, ткань, резину и т. д. При этом во время необходимости можно резать многослойные заготовки, которые состоят из нескольких материалов.
  8. Возможность порезки толстостенных материалов. Обрабатывать можно металлические листы до 200 мм, а также армированные бетонные блоки толщиной до 100 мм.

Самым функциональным является оборудование с ЧПУ, однако, нехватка квалифицированных рабочих объясняет, почему ручная резка гидроабразивом имеет больший спрос.

Недостатки гидроабразивной порезки

Основные недостатки в себя включают такие факторы:

  1. Одинаковая скорость порезки как для тонких материалов, так и для толстостенных. Это значительно влияет на рентабельность станка. Вопрос решается при помощи укладывания листов слоями для одновременной резки сразу нескольких деталей.
  2. Появление конусности — тем более это заметно во время обработки толстостенного металла и иных тугоплавких материалов. Вследствие этого торец детали обрезается не ровно, а в форме воронки. Конусность, как правило, устраняется при помощи дополнительной установки автоматики.

В остальном же применение гидроабразивной резки экономически выгодно, практично и удобно. Станки для резки при помощи воды с абразивом позволяют решить важные проблемы, которые связаны с некачественной обработкой заготовок, а также снизить время, требуемое для изготовления.

Как вода может прорезать сталь?

A waterjet - это инструмент, используемый в механических цехах для резки металлических деталей струей воды (очень) высокого давления. Как ни удивительно это звучит, если вода течет достаточно быстро, она действительно может разрезать металл.

Думайте о гидроабразивной машине как о чем-то, давление в струе мойки которой примерно в 30 раз превышает давление на местной мойке. Мощная мойка на автомойках - это повседневный пример того, как грязная пленка «срезается» с кузова, колес и шин автомобиля.

Объявление

Ключ к резке металла водой заключается в том, чтобы аэрозоль оставалась однородной. Гидравлические форсунки могут резать, потому что струя направляется через очень узкое сопло, украшенное драгоценными камнями, под очень высоким давлением, чтобы сохранить однородность струи. В отличие от резцов по металлу, гидроабразивная машина никогда не тускнеет и не перегревается.

Гидравлические форсунки низкого давления были впервые применены для добычи золота в Калифорнии в 1852 году. В начале 1900-х годов для очистки использовались струи пара и горячей воды.Гидроабразивная установка высокого давления использовалась в горнодобывающей промышленности в 1960-х годах, а около 10 лет назад промышленность начала использовать гидроабразивную машину для резки. Абразивные водяные струи (abrasivejets) были впервые применены в промышленности примерно в 1980 году.

Раньше пилой или другим механическим способом резки металла можно было резать только один кусок металла. Это было трудоемко и дорого. Гидроабразивная и абразивная резка с компьютерным управлением сегодня используются в промышленности для резки многих мягких и твердых материалов. Обычная водно-абразивная смесь покидает сопло со скоростью более 900 миль в час.Новейшие станки могут резать с точностью до двух тысячных дюйма и имеют скорость струи около 3 Маха.

Гидроабразивная резка:

  • Мрамор
  • Гранит
  • Камень
  • Металл
  • Пластик
  • Дерево
  • Нержавеющая сталь

Струя воды может разрезать «бутерброд» из разных материалов толщиной до четырех дюймов. Этот процесс без запаха, пыли и относительно без нагрева также позволяет разрезать что-нибудь толщиной до пяти тысячных дюйма.Крошечный струйный поток позволяет первому разрезу быть также и окончательной обработанной поверхностью. Этот единый процесс резки экономит материальные затраты и затраты на обработку. Например, инженер просто передает чертеж шестерни в цех резки на дискете или по электронной почте и получает готовую шестерню обратно.

Гидравлическая струя режет более мягкие материалы, а абразивная струя используется для более твердых материалов. Фактическая резка часто выполняется под водой, чтобы уменьшить разбрызгивание и шум. Используется более высокая скорость подачи, чтобы струя не прорезалась полностью.

Давление воды обычно составляет от 20 000 до 55 000 фунтов на квадратный дюйм (PSI). Вода нагнетается через отверстие (отверстие) в камне диаметром от 0,010 до 0,015 дюйма.

Водоструйная очистка может удалить кору с дерева на расстоянии 40 футов, если изменить химический состав простой воды, добавив SUPER-WATER®, доступную от Berkeley Chemical Research. SUPER-WATER® - это растворимый полимерный химикат, который действует как серия молекулярных спинных колонн или бетонных арматурных стержней, которые связывают отдельные молекулы воды вместе более структурированным образом, образуя когерентную струю.Представьте себе потенциал вырубки придорожных сорняков.

.

Руководство для инженера по гидроабразивной резке> ENGINEERING.com

Детали, вырезанные абразивной струей воды. (Изображения любезно предоставлены Jet Edge, Omax и Flow International.)

Невозможно приблизиться к духу инженерии, чем когда-то начиналась гидроабразивная резка.

«Я начал много лет назад, примерно в 71 году», - сказал доктор Джон Олсен, один из основоположников технологии гидроабразивной резки и в настоящее время вице-президент по операциям в Omax Abrasive Waterjets. «Я читал о некоторых экспериментах, проведенных в Англии и моем друге, и подумал, что было бы весело попробовать построить насос и что-нибудь вырезать.Это было что-то вроде закулисной операции; это было в моем гараже и в его гараже ».

Доктор Джон Олсен держит водомет с наклонной головкой и двумя линейными приводами. (Изображение любезно предоставлено Omax.)

Это может походить на многие истории, которые вы слышите о стартапах в Кремниевой долине сегодня, но связь между гидроабразивной обработкой и вычислительными технологиями гораздо глубже, как объяснил д-р Олсен:

«Как ни странно, одним из самых больших изменений, сделавших абразивные струи практичными, стало появление ПК.Струя - не очень жесткий инструмент - он изгибается повсюду, сужается и все такое. Чтобы изготавливать прецизионные детали, вам понадобится немало вычислительных мощностей, чтобы предсказать, какой будет форма струи, чтобы вы могли ее компенсировать. В то время нам сказали: «Никто и никогда не возьмёт ПК в производственном цеху. Разве это не смешно сегодня звучит? "

Основы Waterjet

Чистая и абразивная водоструйная обработка

Сопло для абразивной гидроабразивной резки. (Изображение любезно предоставлено Omax.)

В самом широком смысле термин «гидроабразивная резка» охватывает любой режущий инструмент, в котором используется струя воды под высоким давлением.Более конкретно, гидроабразивы можно разделить на подкатегории чистых и абразивных материалов.

Термин «чистая гидроабразивная резка» относится к режущим инструментам, которые используют только воду, в то время как термин «абразивная гидроабразивная струя» или иногда просто «абразивная струя» относится, как вы могли догадаться, к гидроабразивным станкам, в которых используется абразив для ускорения процесса резки.

Чистая водоструйная резка используется для резки более мягких материалов, включая прокладки, пену, продукты питания, бумагу, пластик и ковровые покрытия.

Абразивная гидроабразивная резка используется для резки более твердых материалов, таких как металл, керамика, камень, дерево и стекло.

Абразивы для гидроабразивной резки обычно изготавливаются из граната с размером зерна от 50 до 220 меш, хотя наиболее распространенным является 80. Многие гидроабразивные машины могут переключаться с чистой гидроабразивной резки на абразивную гидроабразивную резку, что делает их универсальными.

Материалы для гидроабразивной резки

Универсальность - одна из главных сильных сторон гидроабразивной технологии. Чтобы проиллюстрировать огромное количество материалов, которые можно разрезать с помощью гидроабразивной резки, Чип Бернхэм, вице-президент по глобальному маркетингу Flow International Corporation, представил список материалов в порядке скорости резки, от самой медленной до самой быстрой, для любой заданной постоянной толщины материала. :

Примерный список материалов, которые можно резать с помощью абразивной гидроабразивной резки, в порядке скорости резания от самой низкой до самой высокой.

Этот список ни в коем случае не является исчерпывающим, и на самом деле легче перечислить то, что не поддается гидроабразивной резке.

«Есть только несколько вещей, которые мне не удалось сократить за свою карьеру», - сказал Бернхэм.

«Одно из них - закаленное стекло - хотя некоторые люди до сих пор это делают, закаленное стекло необходимо повторно запечатать, потому что в нем есть напряжения, и когда вы режете его водяной струей, вы снимаете напряжение. Я вырезал красивые вещи из закаленного стекла и изумлял стеклодувов в первые годы использования гидроабразивной резки, чтобы на следующий день вернуться в лабораторию и найти миллион частей, потому что они разбились за ночь.”

Скотт Виртанен, региональный менеджер по продажам Jet Edge, также подчеркнул универсальность гидроабразивной резки: «Гидроабразивная резка будет практически одинаково работать практически с любым материалом. Так что универсальность гидроабразивной резки как по материалам, так и по толщине не имеет себе равных ».

Давление гидроабразивной резки

Если вы хоть немного пообщались с инженерами по гидроабразивной технологии, вы, вероятно, знакомы с давней темой споров: насколько важно давление?

Один из способов понять, какое огромное давление возникает при гидроабразивной резке, - это сравнить его с другими источниками воды с точки зрения максимальных фунтов на квадратный дюйм (psi).

Логарифмическая шкала для сравнения четырех источников воды с точки зрения верхних пределов давления.

Как видно из этого графика, давление может иметь огромное значение - например, между мытьем рук и их отрезанием. Но колебания давления в гидроабразивной струе намного меньше, обычно 60 000–90 000 фунтов на квадратный дюйм.

Некоторые инженеры утверждают, что более высокое давление является ключом к более быстрой резке, в то время как другие утверждают, что действительно важен КПД двигателя.

Чтобы встряхнуть обе стороны, давайте уделим время их аргументам.

90,000psi и 60,000psi

Сторонники 90k отмечают, что увеличение давления гидроабразивного насоса с 60 000 до 90 000 фунтов на квадратный дюйм увеличивает скорость потока, что, как они утверждают, увеличивает скорость резания на 50 процентов или более, в зависимости от области применения.

Flow Mach 4c Dynamic XD гидроабразивная резка углеродного волокна. (Изображение любезно предоставлено Flow International.)

Они также утверждают, что резка под давлением 90 000 фунтов на квадратный дюйм снижает расход абразива, поскольку каждая частица граната передает больше энергии.Наконец, предполагается, что более высокое рабочее давление при прошивке и резке уменьшает расслоение композитных материалов.

«Скорость резки напрямую зависит от мощности сопла», - сказал Бернхэм. «Итак, потребляемая мощность в лошадиных силах зависит от количества воды, выходящей из отверстия, и давления. Небольшое отверстие с низким давлением потребляет очень мало энергии и медленно режет. Напротив, отверстие большего размера с высоким давлением потребляет много энергии и быстрее режет. Количество воды и давление требуют лошадиных сил.”

Виртанен соглашается, заявляя, что если бы вы использовали одну и ту же комбинацию сопла, такое же количество абразива и тот же объем воды, 90 000 фунтов на квадратный дюйм все равно будут превосходить 60000 фунтов на квадратный дюйм каждый раз.

«Однако, - добавил он, - эта область может быть немного затемнена, если вы начнете смотреть на двойные режущие головки, использующие один насос. Например, насос-усилитель на 60 000 фунтов на квадратный дюйм при мощности 100 лошадиных сил будет производить два галлона в минуту. Насос мощностью 100 лошадиных сил при давлении 90 000 фунтов на квадратный дюйм выдает примерно 1.4 или 1,5 галлона в минуту. Таким образом, способность приводить в действие двойные режущие головки в этот момент ограничена для насоса мощностью 90 000 фунтов на квадратный дюйм из-за того, на что он способен ».

Гидроабразивная установка Mach 4c с двумя головками. (Изображение любезно предоставлено Flow International.)

Виртанен продолжил: «При 1,4 или 1,5 галлона в минуту с насосом мощностью 90 000 фунтов на кв. Дюйм, мощностью 100 лошадиных сил, вы можете работать с максимальным давлением через отверстия 0,011 дюйма. Насос мощностью 100 лошадиных сил и 60 000 фунтов на квадратный дюйм может работать через отверстия 0,015 дюйма. Таким образом, из-за этой разницы, обусловленной пропускной способностью каждого из насосов, вы можете резать с одинаковой скоростью с двумя головками.”

В ответ на эти утверждения сторонники 60k указывают, что если вы увеличиваете давление, вам нужно уменьшить размер сопла. Это основано на том факте, что мощность пропорциональна давлению, умноженному на объемный расход, как показано в формуле:

Мощность = кПВ

Сторонники 90k могут ответить, что сопло с более высоким давлением и меньшим объемом будет резать быстрее, потому что оно имеет более высокую удельную мощность (то есть такое же количество мощности на меньшей площади), но сторонники 60k отрицают, что это верно вне приложений чистой гидроабразивной резки. .

«Одна из серьезных проблем заключается в том, что если вы хотите прокачать 90 000, то вы застряли с усилителем, а система перекачки усилителя настолько неэффективна, что вы фактически получаете большую мощность резки при более низком давлении с помощью насоса с прямым приводом, - сказал Олсен. «Таким образом, эффективность превосходит давление».

Это поднимает важное различие в гидроабразивной струе и другую спорную тему: интенсификаторы и насосы с прямым приводом.

Водоструйные насосы: усилитель против прямого привода

Схема насоса гидроусилителя.(Изображение любезно предоставлено Jet Edge.)

В водоструйных насосах есть два основных типа насосов: с прямым приводом и с усилителем. В насосах с прямым приводом для перемещения плунжеров, создающих давление воды, используется коленчатый вал, тогда как в усилителях с гидроцилиндрами используются гидроцилиндры.

У каждого типа есть свои преимущества и недостатки, как объяснил Виртанен:

«Насосы с прямым приводом по своей природе имеют более простую конструкцию, но требуют значительно большего обслуживания, чем насос с усилителем. Поскольку они более просты в конструкции, они менее дороги для первоначальных вложений, но в долгосрочной перспективе насосы-интенсификаторы имеют значительно более низкую стоимость владения.”

Схема насоса с прямым приводом. (Изображение любезно предоставлено Jet Edge.)

Следовательно, если ваша основная задача - первоначальные вложения, тогда вам подойдет насос с прямым приводом. С другой стороны, если вы стремитесь к минимальным затратам на техническое обслуживание, лучше использовать насос-усилитель. Это иллюстрирует один из основных принципов производства: все сводится к вашему конкретному применению.

Стоимость гидроабразивной резки

Как и в случае с любой производственной технологией, существует несколько способов расчета стоимости гидроабразивной резки.Однако некоторые дают более точную оценку, чем другие. Например, попытка подсчитать затраты в долларах за час машинного времени проблематична, потому что гидроабразивы могут быть сконфигурированы с одной или несколькими режущими головками, что влияет на время резки.

Детали из толстого пенопласта, вырезанные с помощью гидроабразивной машины Flow Mach 4c Dynamic XD. (Изображение любезно предоставлено Flow International.)

Типичный ценовой диапазон для гидроабразивной машины с одной режущей головкой составляет приблизительно 100-135 долларов США в час, хотя дорогие детали могут работать до 2000 долларов США в час в зависимости от типа материала и толщины, а также геометрии детали.Эти же три фактора затрудняют расчет стоимости гидроабразивной резки в долларах на квадратный дюйм разрезаемого материала, поскольку все они способствуют увеличению времени резки.

Лучше всего рассчитывать стоимость гидроабразивной резки в долларах за деталь. Однако есть большой список факторов, которые используются в таких расчетах, в том числе:

  • Время, необходимое для программирования траектории инструмента
  • Опасность поломки хрупким материалом
  • Сколько раз нужно проткнуть материал
  • Стоимость расходных материалов
  • Время установки, разгрузки и обслуживания
  • Количество для заказа

Распространенные заблуждения о гидроабразивной резке

Режущая головка на обрабатывающем центре MAXIEM 1515 JetMachining.(Изображение любезно предоставлено Omax.)

«Когда они начинались, они были своего рода орудием последней надежды», - объяснил д-р Олсен. «Струя не была очень жестким и точным режущим инструментом, поэтому первые абразивные струи, скажем, в 80-х годах, использовались, если у вас не было абсолютно никакого другого способа резать материал. Затем вы возьмете абразивную струю и ожидаете получить очень неточный рез, почти как при кислородно-ацетиленовом горении. Поскольку гидроабразивная обработка началась с этого приложения, потребовалась долгая борьба за то, чтобы принять их в качестве точной техники обработки.”

Еще одно распространенное заблуждение о гидроабразивных станках связано с их способностью резать более толстые материалы, как объяснил Бернхэм: «Люди говорят, что вода и абразив не могут резать толстые [секции], но мы можем прорезать толщину более фута практически в любом обычном материале. Придется резать медленнее, но у него есть возможность резать толстые ".

Толстая стальная зубчатая передача с гидроабразивной резкой. (Изображение любезно предоставлено JetEdge.)

«У меня есть люди, которые экономят недели резки за счет черновой обработки материала толщиной 24 дюйма», - добавил Бернхэм.«Они черново обрабатывают его, а затем помещают на мельницу и, черновая обработка, экономят недели времени на измельчение, но это не обычное дело - большинство резки в наши дни составляет три дюйма или меньше».

Конечно, тот факт, что черновая обработка с помощью гидроабразивной резки позволяет сэкономить время, не означает, что это особенно быстрый метод резки по сравнению с плазменной или лазерной резкой.

«Многие клиенты ожидают, что они будут резать на той же скорости, что и лазер или плазма», - заметил Виртанен. «Гидроабразивная резка определенно медленнее, поэтому нельзя упускать из виду важность двух режущих головок или трех из четырех режущих головок.”

Это подводит нас к неизбежным сравнениям между гидроабразивной резкой и другими технологиями резки, включая лазерную, пламенную и плазменную резку. Несмотря на то, что каждый метод резки имеет свои преимущества и недостатки, гидроабразивной резке часто не уделяется должного внимания, несмотря на ее преимущества.

«Сейчас это начинает меняться, - сказал доктор Олсен, - но, по крайней мере, десять лет я бы сказал, что так было. Но он начинает меняться, потому что стал популярным и теперь используется в качестве первой операции практически для всего, что человек хотел бы сделать.Многие магазины используют водоструйную очистку таким образом ».

Так каковы преимущества гидроабразивной резки?

Преимущества гидроабразивной резки

Waterjet имеет два основных преимущества по сравнению с другими методами резки: универсальность и простота.

Его универсальность иллюстрируется огромным разнообразием материалов и толщин, которые можно разрезать с помощью гидроабразивной резки, но его простота лучше всего иллюстрируется сравнением гидроабразивной резки с лазерной, плазменной и газовой резкой.

Waterjet vs.Лазер

Лазерная резка.

При лазерной резке сфокусированный луч света используется для плавления, сжигания или испарения разрезаемого материала. Лазер может быть статическим, когда материал движется под ним, или он может двигаться по материалу, который остается на месте. В последнем случае требуется дополнительная оптика для компенсации изменений расстояния от излучающего конца лазера.

Хотя лазерная резка часто рассматривается как дополнение к гидроабразивной резке, и многие магазины используют обе технологии, последняя имеет некоторые явные преимущества перед первой.

«По сравнению с лазером, например, когда вы смотрите на титан, нержавеющую сталь или алюминий, есть ограниченные возможности по толщине. Я думаю, что максимальная толщина в целом составляет от полутора до полутора дюймов », - сказал Виртанен.

«Мы прорезали материал толщиной восемь или девять дюймов. Когда вы смотрите на возможности лазера, обычно понимаете, что есть трудности с обработкой отражающих материалов, таких как алюминий или любые желтые металлы, такие как бронза или медь », - добавил он.

Другими словами, материалы и толщина материалов, которые трудно или невозможно разрезать с помощью лазера, обычно не представляют особых трудностей для гидроабразивной резки. Эта способность резать толстые материалы - одна из причин, по которой гидроабразивная резка является популярным выбором для черновой обработки деталей, а обработка поверхности - другой.

«Самое прекрасное в черновой обработке с помощью гидроабразивной резки на мельнице - это то, что это чистая поверхность, прошедшая процесс эрозии», - сказал Бернхэм. «Если вы попытаетесь выполнить черновую резку с помощью плазмы или лазера, а затем закончите ее на фрезере, вы удаляете механически упрочненный и термоупрочненный материал.”

Это раскрывает одно из самых больших преимуществ гидроабразивной резки - отсутствие зон термического влияния (HAZ). Это проблема лазерной резки и другой конкурирующей технологии производства: плазменной резки.

Гидравлическая струя против плазмы

Плазменная резка.

Плазменная резка работает с электропроводящими материалами с использованием ускоренного потока газа, который превращается в плазму с помощью электрической дуги. Плазма плавит материал, двигаясь достаточно быстро, чтобы выдувать расплавленный металл из зоны резки.

Хотя плазменная резка обычно быстрее, чем гидроабразивная, она страдает, когда дело касается обработки поверхности.

«Плазма может превзойти гидроабразивную резку по скорости, но качество резки намного хуже», - сказал Виртанен. «Что касается качества кромок, допусков и дополнительных операций, которые требуются для плазменной резки, вы не увидите тех, которые используются для гидроабразивной резки».

ЗТВ делает вторичные операции плазменной (и лазерной) резки еще более проблематичными, поскольку ЗТВ может упрочнить поверхности и сделать их более хрупкими.Это, в свою очередь, затрудняет выполнение дополнительных операций, таких как нарезание резьбы или снятие фаски.

Еще одно преимущество гидроабразивной резки перед плазменной, в частности, заключается в способности резать материалы, которые трудно плавятся, например гранит, или материалы, разрушающиеся при плавлении, например ламинат.

Гидроабразивная резка против газовой резки

Газовая резка.

Газовая резка, которая используется только для чугуна и стали, включает нагрев металлов до высоких температур с последующим введением кислорода для плавления металла для резки.Нагретый металл реагирует на кислород и образует оксид железа, который имеет более низкую температуру плавления, чем сам металл.

Еще раз, основное преимущество гидроабразивной резки перед этой конкурирующей технологией резки - это ее способность резать не только железо и сталь. В отличие от газовой резки, при которой образуются зоны термического влияния, гидроабразивная резка не вызывает значительного нагрева разрезаемого материала. Несмотря на то, что во время прошивки он может нагреваться до 120 ° F (49 ° C), во время резки материал нагревается только на несколько градусов.

Гидроабразивная резка также более точна, чем газовая резка, и при первой резке остается почти пескоструйная обработка, которая значительно более гладкая, чем шероховатая кромка, полученная при газовой резке. Меньший пропил, получаемый с помощью гидроабразивной резки, является еще одним преимуществом, особенно при резке дорогих материалов.

Будущее Waterjet

Несмотря на универсальность и простоту, гидроабразивная резка остается относительно нишевой технологией резки. У такого положения вещей множество причин, но Бернхэм особо выделил одну:

«Какая резка из твердых материалов наиболее распространена? Это низкоуглеродистая сталь, которую можно резать все: плазменная резка, лазер, пуансоны, фрезы, фрезерные станки, пилы; резать низкоуглеродистую сталь может каждый.Переходя к листу, все еще многие процессы могут разрезать низкоуглеродистую сталь в листе. По сути, по мере того, как вы переходите от супер-распространенных материалов к более экзотическим материалам, и вы становитесь более толстыми, примерно до 30 см, вы попадаете в царство, где сияет гидроабразивная струя ».

Металлические шестерни, нарезанные гидроабразивом. (Изображение любезно предоставлено Flow International.)

Это говорит о том, что по мере того, как производители переходят на более экзотические материалы, спрос на гидроабразивную обработку будет расти. Итак, если вы хотите заняться гидроабразивной резкой, с чего начать?

«Самое важное - это сделать тестовые разрезы, чтобы убедиться, что он делает то, что вы думаете», - сказал доктор.- посоветовал Олсен. «Вы хотите знать, насколько точной получилась деталь. Подходит ли покрытие для моего применения? Как долго это займет?

«Эти вещи лучше всего известны по факту изготовления детали, которая указывает на то, какие детали вы собираетесь изготавливать. Есть много вещей, на которые стоит обратить внимание. Например, если вы делаете что-то из углеродного волокна и хотите его разрезать, вам нужно посмотреть и узнать о расслоении при пирсинге и найти способ его минимизировать », - заключил он.

Для получения дополнительной информации о гидроабразивной резке посетите сайт WaterJets.org или посетите веб-сайты Flow International, Jet Edge и OMAX.


Следуйте за Иэном Райтом на Twitter.

Создайте свой собственный опрос отзывов пользователей .

Гидроабразивная резка Плюсы и минусы

Имеет ли смысл абразивная гидроабразивная резка для 2-осевой резки металла?

Современная гидроабразивная резка уходит корнями в использование воды (хотя и при относительно низком давлении) для резки мягких материалов, таких как бумага и еда, начиная с 1930-х годов. Благодаря развитию технологий и оборудования высокого давления, сегодняшний абразивный метод позволяет производить точную резку металла.

Но имеет ли смысл гидроабразивная резка для двухкоординатной резки небольших металлических деталей? Оценка преимуществ и недостатков процесса имеет решающее значение для принятия решения о соответствии метода вашим потребностям.

Некоторые преимущества гидроабразивной резки

Водоструйная резка для резки металла с использованием воды под высоким давлением и гранулированного абразива, в первую очередь, гранатового порошка. Таким образом, гидроабразивная резка обычно используется для изготовления сложных форм по осям X / Y больших плоских листов металла или композитного материала.

Добавление абразива в сопло увеличивает режущую способность струи воды с высоким PSI. Это также позволяет использовать станок только с водой для позиционирования (или «быстрое»), а затем с абразивом для резки заготовки.

Абразивная гидроабразивная резка не выделяет тепла. Это означает, что с его помощью можно резать различные металлы, а также пластмассы и другие материалы без плавления, деформации или деформации. При необходимости метод допускает допуски до ± 0,005 дюйма (0,127 мм).

В зависимости от конечного использования разрезаемых деталей гидроабразивная резка металла также может обеспечить различное качество режущей кромки. Эти различия достигаются за счет изменения скорости процесса; более высокая скорость может использоваться, когда целью является разделение материала безотносительно к кромке среза.Однако там, где детали должны иметь жесткие допуски и более гладкую кромку, требуется более низкая скорость резания. Таким образом, качество кромки влияет на стоимость работы, а изготовление кромки более высокого качества требует больше времени.

Некоторые недостатки гидроабразивной резки

Как и в случае с лазерным лучом, струя гидроабразивной резки наиболее эффективна, когда она наиболее сконцентрирована. Но при прорезании трубки пустоты могут привести к диффузии потока, быстро теряя точность и режущую способность.

Точно так же скрученные или волокнистые материалы будут действовать как соты, а также могут «извиваться» в потоке, что приведет к плохому разрезанию. Кроме того, при резке волокнистого материала часть гидроабразивной струи «скользит» вокруг разрезаемого материала, вместо того, чтобы проходить через него и делать чистый разрез. Это может вызвать дефектный обрез, который часто называют острием.

Чтобы обеспечить оптимальную резку при гидроабразивной резке, правильная высота зазора - расстояние между выходным отверстием водоструйного сопла и заготовкой - составляет 1 мм (0.От 0394 дюйма) до 1,5 мм (0,0591 дюйма). Это непрактично с 3D-деталями, которые просто не допускают такой близости.

Более частым последствием является то, что для точных размеров пропил для гидроабразивной резки всегда имеет коническую форму. Этот конус может нанести серьезный ущерб допускам на точность, с коническими и цилиндрическими эффектами. В то время как современный станок для гидроабразивной резки компенсирует эти эффекты за счет «наклона» сопла, поверхность разреза может иметь узор изгиба, который вызывает наклон разреза.

Абразивные порошки, выпуск

Абразивная гидроабразивная резка металла требует, чтобы обрабатываемый металл был мягче, чем абразивный порошок, подаваемый в сопло как часть водоструйного потока.Так, например, хотя можно резать вольфрам с помощью гидроабразивной обработки с использованием порошка граната, это очень сложно, потому что вольфрам и гранат настолько близки по твердости по шкале Мооса.

При водоструйной абразивной струйной очистке граната со скоростью 60 000 фунтов на квадратный дюйм или более гранатовый порошок может сделать шероховатую поверхность или матировать поверхность любого окружающего открытого материала. Это помутнение может быть чисто косметическим - или функциональным, если оно влияет на чистоту поверхности и значение Ra материала.

При средней настройке гидроабразивной резки можно получить 2 фунта потраченной впустую абразивной мощности граната за каждую минуту резки. Конечно, количество отходов зависит от толщины реза, материала и других факторов. Но, как правило, то, на что требуется 15 минут, дает 30 фунтов абразивного гранатового мусора, смешанного с большим количеством воды. Это становится серьезной проблемой утилизации.

Кроме того, только около 5% используемого гранатового порошка фактически выполняет режущее действие; баланс - это лишь часть пути гидроабразивной струи.Исследования показали, что после выброса часть граната ломается. Это затрудняет переработку гранатового порошка для повторного использования; треснувший материал, хотя и не тусклый, не будет обеспечивать должного режущего действия.

Для гидроабразивной резки или нет?

Как и другие методы прецизионной резки металла, абразивная гидроабразивная резка имеет недостатки - проблемы, которые необходимо сопоставить с преимуществами. Однако другие методы могут быть лучшим выбором для таких приложений, как 2-осевая отсечка небольших прецизионных трубок, стержней и проволоки.

Принятие решения требует глубокого понимания вашего уникального приложения и его конкретных параметров, а также понимания других вариантов.

Чем отличается гидроабразивная резка от других методов точной резки металла? Продолжайте читать, чтобы узнать.

.

Какие материалы можно резать гидроабразивной резкой?

Naturals

Стекло, камень или дерево, гидроабразивная обработка позволяет обрабатывать практически любой материал под воздействием солнечных лучей. С помощью специальных методов, таких как прожиг под низким давлением, резка только водой и вакуумная резка, можно идеально обрабатывать целый ряд природных материалов.

Керамическая плитка

Абразивные гидроабразивы OMAX хорошо режут керамику, производя меньше твердых частиц, чем методы статической резки.

Стекло

Система OMAX широко используется для резки различных стеклянных изделий, от ультратонких панелей для смартфонов до толстых многослойных пуленепробиваемых панелей для автомобилей и зданий и панелей для витражей.

Гранит

При использовании абразивной гидроабразивной резки по граниту можно не беспокоиться о сколах, как при использовании обычной пилы.

Кожа

Абразивная гидроабразивная резка OMAX для точной резки кожи с очень узкой шириной пропила.

Мрамор

С абразивной гидроабразивной резкой гранитные столешницы резать легко, и вам не нужно беспокоиться о сколах, как при использовании пилы.

Дерево

Для обработки сложных конструкций или дерева, пропитанного дополнительными добавками, абразивная гидроабразивная обработка OMAX является идеальным инструментом для обработки.

композитов

Абразивная гидроабразивная резка имеет основные преимущества при резке углеродного волокна.Нет необходимости менять инструмент. Никаких особых требований или ограничений из-за тепловыделения. Никакого таяния. Отсутствие опасных паров, требующих дорогостоящего оборудования для обработки воздуха. Любой армированный волокном материал, включая армированную кевларом броню для персонала, можно быстро и аккуратно разрезать без недостатков, присущих традиционной механической обработке.

AeroFIBER ™

Абразивная гидроабразивная струя идеально подходит для AeroFIBER ™ с прожигом под низким давлением и контролем резки многослойных материалов.

Углеродное волокно

Резка армированного углеродным волокном пластика с помощью абразивной гидроабразивной резки OMAX имеет основные преимущества: отсутствие засорения или износа инструмента, отсутствие необходимости смены инструмента, отсутствие особых соображений или ограничений из-за тепловыделения, отсутствие плавления и отсутствие опасных паров, требующих дорогостоящего оборудования для обработки воздуха .

FeroForm

FeroForm режет без истирания на абразивной гидроабразивной машине.

Стекловолокно
Стекловолокно

можно быстро и чисто разрезать без опасной пыли и паров, просто погрузив материал во время резки в воду.

G10

OMAX предлагает более контролируемую обработку композитных материалов, устраняя угрозу расслоения.

Кевлар
Броню персонала, усиленную кевларом

, можно быстро и аккуратно разрезать на OMAX без опасной пыли или дыма.

Фенольный

Абразивные струи воды оставляют гладкую поверхность на фенольном покрытии.

Пластмассы и резина

Деформация материала, связанная с обработкой пластика на обычных станках с ЧПУ, больше не играет роли при использовании метода гидроабразивной холодной резки. Возможность легко обрабатывать пену, резину и акрил, а также все ранее перечисленные материалы дает гидроабразивным станкам преимущество в качестве многофункционального инструмента с добавленной стоимостью.Универсальность гидроабразивной машины - вот что делает ее столь важной для любого механического цеха.

Акрил

Литой и экструдированный акрил можно легко разрезать с помощью функции прожига при низком давлении гидроабразивной машины OMAX.

Пена

Пенопласт легко режется с помощью насадки только для воды без абразива.

Плитка линолеум

Обрежьте линолеум по точным размерам без деформации материала.

Оргстекло

Резка под водой снижает вероятность разлетающихся сколов и осколков, которые возникают при резке оргстекла статической пилой.

Поликарбонат

Обработка сложных конструкций из поликарбоната с помощью абразивной гидроабразивной резки легко и требует гораздо меньше времени, чем при использовании стандартного оборудования.

Резина

Более мягкая резина легко режется с помощью насадки только для воды без абразива.Армированный волокном каучук и очень твердый каучук можно аккуратно разрезать с помощью абразивной гидроабразивной резки.

.

Смотрите также