Гидроабразивная резка и разработка ее внедрения

Создано две принципных технологии использования воды для раскроя материалов. Аква резка и водно-абразивная либо гидроабразивная резка. Эти две технологии очень близки с той только различием, что при аква резке подается только вода, а при гидроабразивной резке к воде подмешивается абразив.

 

Способ гидроабразивной резки металлов и материалов существует уже twenty лет. Сущность способа гидроабразивной резки состоит в том, что песчинки (гранатовый песок с частичками размером около 0.4 мм), разогнанные до большой скорости струей воды, сжатой первым главным компонентом системы, насосом — мультипликатором, до давления более four thousand ат, отрывают куски обрабатываемого материала. Потом разрушающая сила такового луча гасится водой, находящейся в ванной, расположенной на пути движения струи.

 Благодаря энергии, которой обладает такая струя, возникает возможность резать материалы большой толщины.

 

В набор оборудования для гидроабразивной резки обычно входят фильтр и промежный резервуар для воды, насос высочайшего давления (100-400 МПа), блок режущей головки (смеситель-сопло), устройство для подачи абразива, гибкий шланг длиной до one hundred м от насоса до блока режущей головки, рассчитанный на высочайшее давление, механизм перемещения головки и устройство, управляющее (программирующее) процессом резки.

 

Для сотворения давления употребляются особые насосы, которые должны быть способны поддерживать высочайшее давление в рабочем режиме, да и работать при всем этом накрепко. Вне сомнения, насос — это один из основных составляющих хоть какой гидроабразивной системы.

 

Существует два типа насосов сверхвысокого давления.

Насосы прямого деяния.

Механизм работы насосов прямого деяния состоит в том, что три поршня, приводимые в действие электродвигателем, попеременно выталкивают из цилиндров воду. Такие насосы популярны благодаря простоте собственной конструкции. Они способны создавать рабочее давление около three thousand eight hundred атмосфер, что на 10% — 25% ниже, чем насосы бустерного типа.

В то же время, их преимущество состоит в том, что они позволяют равномерно увеличивать давление, а это время от времени требуется, к примеру, при врезании в хрупкие материалы. В индустрии употребляется огромное число таких насосов, хотя почти всегда используются бустерные насосы.

Насосы плунжерного типа.

В отличие от насосов прямого деяния, в насосах плунжерного типа (их также именуют бустерными насосами) поршень приводится в действие не механически, а за счет давления масла. В камеру, в какой находится основание плунжера, подается масло с первичным давлением, составляющим около two hundred seven атмосфер. Сам плунжер выталкивает воду из другой камеры, и, так как площадь его рабочей поверхности примерно в twenty раз меньше площади поверхности основания, создается давление в twenty раз выше.

Практически основание, приводимое в движение маслом то с одной, то с другой стороны движется попеременно то в одну, то в другую сторону, в итоге чего плунжер выталкивает воду то из одной, то из другой камеры высочайшего давления. Пока вода выходит из 1-го цилиндра высочайшего давления, цилиндр на обратной стороне заполняется водой, которая через огромное отверстие заполняется водой под низким давлением.
Насосы бустерного типа позволяют поддерживать рабочее давление на уровне four thousand one hundred fifty бар (примерно столько же атмосфер). Чем больше давление, тем с большей скоростью можно резать.

 

Режущая головка

 

Режущая струя выходит с очень высочайшей скоростью из наконечника. Для резки водой и с внедрением абразива используются различные наконечники. Обычно, они делаются из сапфира, рубина либо алмаза. От того, какой наконечник употребляется, зависит его долговечность и накладность. Сапфирный наконечник может прослужить от fifty до one hundred часов.

Употребляется почти всегда. В то же время при подмешивании абразива срок службы сапфирного наконечника сокращается в два раза. Рубиновый наконечник также служит 50-100 часов и применяется только при использовании абразива. Он непригоден для аква резки. Срок службы алмазного наконечника составляет eight hundred — two thousand часов, его можно использовать как для аква, так и абразивной резки.

Недочет же такового наконечника заключается в его дороговизне — он может быть в 10-20 раз дороже других. Цена сапфирных наконечников колеблется в границах от fifteen до thirty баксов.

 

Непрерывное расширение номенклатуры конструкционных железных, неметаллических и композитных материалов в индустрии и строительстве обуславливает необходимость сотворения принципно новых технологий разделительной резки и обработки таких материалов. Сейчас к таким технологиям по праву может быть отнесен процесс резки скоростной струей воды под огромным давлением (гидрорезка и гидроабразивная резка).

 

Гидроабразивная резка является увлекательной технологической кандидатурой обычным способам разделительной резки — газокислородной (автогенной), плазменно-дуговой и лазерной резки. Гидроабразивная резка струей воды высочайшего давления с добавкой маленького абразивного порошка имеет ряд принципных различий, которые обеспечивают высшую универсальность процесса и существенно расширяют области ее оптимального внедрения: материал, прилегающий к зоне реза, не подвергается перегреву выше one hundred °С и структурным изменениям, не появляются тепловые деформации заготовок; одним и этим же оборудованием могут быть разрезаны либо обработаны любые материалы с высочайшей прочностью и хорошими физико-химическими качествами (стали, сплавы цветных металлов, керамика, стекло, мрамор, железобетон и др.), что определяет универсальность процесса; процесс отличается высочайшей экологической чистотой (исключая шумовое воздействие), полной пожаро- и взрывобезопасностью.

 

При гидроабразивной резке вода служит сначала для транспортировки абразивных частиц, которые являются типичным режущим средством. Водяная суспензия с абразивом подается из специальной емкости в смесительную камеру режущей головки и потом совместно с напорной струей через сопло к месту резки. Главным элементом сопла, формирующего скоростную водоабразивную струю данного поперечника, является вставка из прочного материала (керамика, сверхтвердые сплавы).

Ниже приведены значения производительности резки разных материалов в см2/мин для процесса гидроабразивной резки при давлении режущей струи 200-300 МПа, расходе воды 4,4 л/мин и абразива 0,3-0,7 кг/мин (скорость реза находится в зависимости от толщины обрабатываемого материала): Алюминий…20-50, Свинец…80-120, Медь…15-30, Титан… 10-25, Стекло….100-200, Оргстекло….120-300, Армированная пластмасса… 120-300, Керамика…100-200, Природный гранит…50-150

Физическая сущность механизма гидроабразивной резки состоит в отрыве и уносе из полости реза частиц основного (разрезаемого) материала высокоскоростным потоком ударяющихся и скользящих по поверхности реза твердофазных частиц. Устойчивость истечения и эффективность воздействия двухфазной струи обеспечиваются хорошим размером частиц, равным 10-30% поперечника режущей струи. В качестве абразива обычно употребляют порошки твердосплавных сплавов, карбидов, окислов. Выбор абразива находится в зависимости от вида и твердости разрезаемого материала.

Так, для высоколегированных сталей и сплавов титана используют особо твердые частички лимонка, для стекла — надлежащие фракции обыденного песка, для пластмасс, армированных стекло- либо углеродными волокнами, — частички силикатного шлака. Благодаря особенностям процесса гидроабразивной резки обеспечивается очень малая ширина реза и малозначительное количество материала, идущего в отходы, также высочайшее качество поверхности реза, приближающееся к качеству грубого фрезерования.

Номенклатура материалов, для резки и обработки которых применима современная разработка гидроабразивной резки, практически не ограничена. Эффективность гидроабразивной резки разных классов легированных сталей и сплавов существенно выше в сопоставлении с процессами лазерной и плазменной резки и фактически сравнима с газокислородной резкой низкоуглеродистых конструкционных сталей. Гидроабразивная струя удачно разрезает стали с упрочняющими покрытиями; при резке мягеньких металлов и композитов время от времени требуется следующая чистка поверхности реза от застрявших частиц абразива.

Не считая резки, применение высоконапорных гидроабразивных струй в отдельных случаях целенаправлено для снятия фасок на больших машиностроительных деталях, для подготовки кромок под сварку и удаления дефектных участков швов под их следующую заварку. Прогрессивная разработка гидроабразивной резки имеет бесспорную перспективу внедрения в современном заготовительном и металлообрабатывающем производствах. Беря во внимание определенную сложность оборудования для гидроабразивной резки и критерий его эксплуатации, данная разработка в текущее время получает растущее применение в главном, в таких отраслях, как авиастроение, кораблестроение, особое машиностроение и создание листового стекла. Сразу на базе данной технологии делают спец предприятия — типичные «центрорезы». Так, в конце one thousand nine hundred ninety nine г. в Ризе (Германия) открыт центр гидроабразивной резки, который обеспечивает выполнение заказов близкорасположенных компаний на резку и нарезку заготовок из самых разных материалов.

Центр обустроен 2-мя двухкоординатными установками ABB1-R для гидроабразивной резки конторы «Natezjet System AB». Установки имеют десктоп размером 3?4 м и обеспечены компьютерным управлением профильной резки. Без абразива (водоструйная резка) создают резку таких мягеньких материалов, как пластмассовая пленка, кожа и текстильные ткани.

С присадкой абразивов вырезают заготовки из жестких и хрупких материалов типа высоколегированных сталей, алюминия, керамики и стекла.