Згинання

гідрорезка (Водоструминна різка) - вид різання, при якому матеріал обробляється тонкої надшвидкісний струменем води. при гідроабразивного різання для збільшення руйнівної сили водяного струменя в неї додаються частки високотверді матеріалу - абразиву.

загальноприйняті позначення

ГАР - гідроабразивна різання
WJC - Water Jet Cutting - різка водяний (або водно-абразивної) струменем
AWJC - Abrasive Water Jet Cutting - абразивна водоструминна різання

сутність процесу

Якщо звичайну воду стиснути під тиском близько 4000 атмосфер, а потім пропустити через отвір діаметром менше 1 мм, то вона потече зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку в 3-4 рази. Будучи спрямованої на оброблюваний виріб, такий струмінь води стає ріжучим інструментом. З додаванням частинок абразиву її ріжуча здатність зростає в сотні разів, і вона здатна розрізати майже будь-який матеріал.

Технологія гідроабразивного різання заснована на принципі ерозійного (истирающего) впливу абразиву і водяного струменя. Їх високошвидкісні твердофазні частинки виступають в якості переносників енергії і, б`ючись об частки вироби, відривають і видаляють останні з порожнини різу. Швидкість ерозії залежить від кінетичної енергії впливають частинок, їх маси, твердості, форми і кута удару, а також від механічних властивостей оброблюваного матеріалу.

технологія різання

Вода, що нагнітається насосом до надвисокого тиску порядку 1000-6000 атмосфер, подається в ріжучу головку. Вириваючись через вузьке сопло (дюзу) зазвичай діаметром 0,08-0,5 мм з околозуковой або надзвуковою швидкістю (до 900-1200 м / c і вище), струмінь води надходить в змішувальну камеру, де починає змішуватися з частинками абразиву - гранатовим піском , зернами електрокорунду, карбіду кремнію або іншого високотверді матеріалу. Змішана струмінь виходить з змішувальної (змішує) трубки з внутрішнім діаметром 0,5-1,5 мм і розрізає матеріал. У деяких моделях ріжучих головок абразив подається в змішувальну трубку. Для гасіння залишкової енергії струменя використовується шар води завтовшки, як правило, 70-100 сантиметрів.

Малюнок. Схема гідроабразивного різання

Малюнок. Схема змішування частинки абразиву

При гідрорезка (без абразиву) схема спрощена: вода під тиском виривається через сопло і направляється на розрізати виріб.

Таблиця. Характерна область застосування технологій різання водою

При гідроабразивного різання руйнівна здатність струменя створюється в набагато більшому ступені за рахунок абразиву, а вода виконує переважно транспортну функцію. Розмір абразивних частинок підбирається рівним 10-30 діаметра ріжучої струменя для забезпечення її ефективного впливу і стабільного закінчення. Зазвичай розмір зерен становить 0,15-0,25 мм (150-250 мкм), а в ряді випадків - близько 0,075-0,1 мм (75-100 мкм), якщо необхідно отримання поверхні різу з низькою шорсткістю. Вважається, що оптимальний розмір абразиву повинен бути менше величини (dс.т. - dв.с.) / 2, де dс.т. - внутрішній діаметр змішувача трубки, dв.с. - внутрішній діаметр водяного сопла.

Як абразив застосовуються різні матеріали з твердістю по Моосу від 6,5. Їх вибір залежить від виду і твердості оброблюваного вироби, а також слід враховувати, що більш твердий абразив швидше зношує вузли ріжучої головки.

Таблиця. Типова область застосування деяких абразивних матеріалів при різанні

Сопла зазвичай виготовляють з сапфіра, рубіна або алмазу. Термін служби сапфірових і рубінових сопел становить до 100-200 годин, алмазних сопел - до 1000-2000 годин. При гідрорезка не застосовуються рубінові сопла, а сапфірові зазвичай служать в 2 рази довше.

Змішувальні трубки виготовляють з надміцних сплавів. Термін служби - як правило, до 150-200 годин.

технологічні параметри

Основними технологічними параметрами процесу гідроабразивного різання є:

• швидкість різання;
• вид, властивості і товщина розрізається вироби;
• внутрішні діаметри водяного сопла і змішувальної трубки;
• тип, розмір, швидкість потоку і концентрація в ріжучої суміші абразивних частинок;
• тиск.

Швидкість різання (швидкість переміщення ріжучої головки уздовж поверхні виробу) істотно впливає на якість різу. При високій швидкості відбувається відхилення (занос) водно-абразивної струменя від прямолінійності, а також помітно проявляється слабшанню струменя у міру розрізання матеріалу. Як наслідок, збільшуються конусність різу і його шорсткість.

Малюнок. Типова форма різу в залежності від умов різання

Малюнок. Занесення струменя при різанні зі швидкістю вище оптимальної

Розділова різання може виконуватися на швидкості, що становить 80-100 від максимальної. Якісної різанні зазвичай відповідає швидкісний діапазон в 33-65, тонкої різанні - в 25-33, прецизійної різання - в 10-12,5 від максимальної швидкості.

У деяких моделях ріжучих головок використовується технологія автоматичної компенсації конусності, наприклад, Dynamic Waterjet компанії Flow. Компенсація конусности досягається в результаті програмно керованого динамічного нахилу ріжучої головки на певний градус. Це дозволяє підвищити швидкість різання при збереженні якості різу і, відповідно, скоротити виробничі витрати.

Зі зменшенням внутрішнього діаметру змішувальної трубки (при інших рівних умовах) зростають продуктивність і точність різання, зменшується ширина різу (вона приблизно на 10 більше внутрішнього діаметра трубки). При цьому знижується і термін служби трубки. В процесі експлуатації змішувача трубки її внутрішній діаметр збільшується приблизно на 0,01-0,02 мм за кожні вісім годин роботи.

Таблиця. Зразкові розміри абразиву при різних режимах різання

Витрата абразиву залежить від діаметрів змішувальної трубки і водяного сопла, умов різання і т. Д. Орієнтовні оптимальні значення наведені в таблиці нижче.

Таблиця. Оптимальна витрата абразивного матеріалу при деяких співвідношеннях діаметрів змішувальної трубки і сопла

Максимальний робочий тиск зазвичай становить 3000-3200, 3800, 4150 або 6000 бар. Чим вище тиск, тим вище швидкість і ефективність різання. У той же час потрібна частіша заміна прокладок в насосі.

Таблиця. Залежність швидкості прямолінійною розділової (чорновий) різання від товщини матеріалу при тиску насоса P = 4100 бар (приблизно 4046 атм)

Таблиця. Залежність швидкості прямолінійною розділової (чорновий) різання від товщини матеріалу при тиску насоса P = 6000 бар (близько 5922 атм)

Переваги, недоліки і порівняльна характеристика

За допомогою водно-абразивної або водного струменя можна розрізати практично будь-які матеріали. При цьому не виникають ні механічні деформації заготовки (так як сила впливу струменя становить лише 1-100 Н), ні її термічні деформації, оскільки температура в зоні різу становить близько 60-90 ° С. Таким чином, у порівнянні з технологіями термічної обробки (кисневої, плазмової, лазерної тощо.) Гідроабразивна різання володіє наступними відмітними перевагами:

• більш високу якість різу через мінімального термічного впливу на заготовку (без плавлення, оплавлення або пригорання кромок);
• можливість різання термочутливих матеріалів (ряду пожежо- та вибухонебезпечних, ламінованих, композитних і ін.);
• екологічна чистота процесу, повна відсутність шкідливих газових виділень;
• вибухо-та пожежобезпечність процесу.

Водно-абразивна струмінь здатна розрізати матеріали товщиною до 300 мм і більше. Згинання може виконуватися по складному контуру з високою точністю (до 0,025-0,1 мм), в тому числі для обробки об`ємних виробів. З її допомогою можна робити скоси. Вона ефективна по відношенню до алюмінієвих сплавів, міді та латуні, через високу теплопровідності яких при термічних способи різання потрібні більш потужні джерела нагріву. Крім того, ці метали важче розрізати лазером через їх низьку здатність поглинати лазерне випромінювання.

До недоліків водно-абразивного різання відносяться:

• істотно менша швидкість розрізання стали малої товщини в порівнянні з плазмового та лазерного різкою;
• висока вартість обладнання і високі експлуатаційні витрати (характерно і для лазерного різання), обумовлені витратою абразиву, електроенергії, води, замінами змішувальних трубок, водяних сопел і ущільнювачів, що витримують високий тиск, а також витратами по утилізації відходів;
• підвищений шум через витікання струменя з надзвуковою швидкістю (характерно і для плазмового різання).

Таблиця. Порівняння гідроабразивного різання з кисневої, плазмової і лазерної різкою