Станки гидроабразивной резки применяют для обработки металлов, камня, пластиков, стекла в военной, авиационной и инструментальной промышленностях, машиностроении. Резка по этой технологии — эффективный и быстрый процесс, позволяющий воспроизводить точные детали из практически любых материалов.

Возможности станков

При сравнении технических свойств гидроабразивных станков с ЧПУ в качестве эталона используют камень. Ведь он очень сложно обрабатывается и отличается высокой плотностью. Поэтому справившись с горными породами, оборудование без труда разрежет любые другие материалы.

Направленная тонкой струей под давлением на камень, вода разрезает горные породы. При этом линия реза может быть любой конфигурации, поэтому технология позволяет создавать сложные резные узоры и орнаменты.

Абразивная резка металлов способна справиться даже с одним из самых прочных металлов — титаном. Необходимо только вложить правильные координаты в электронный мозг и запустить процесс. Мощность воздействия определяется сочетанием следующих характеристик, задаваемых оператором:

• давление струи;
• подача абразива;
• скорость и характер подачи воды;
• количество абразивных частиц;
• характеристики абразивных частиц.

В качестве режущих частиц можно применять самые разнообразные материалы, в том числе:

• гранат для титановых сплавов и высокопрочных сталей;
• агломерат для камня;
• песок используют для резки стекла;
• шлаки силикатного происхождения для пластиков.

Одним из наиболее популярных абразивных материалов является гранатовый песок, включающий разные части кварцевого песка, корунда, оксида железа.

Принцип работы и виды станков гидроабразивной резки

Станок гидроабразивной резки с ЧПУ работает следующим образом:

• насос подает волу в рабочую головку, здесь создается струя воды необходимого диаметра. Поступает в смеситель, где образуется водно-песчаная смесь, оттуда направляемая непосредственно в сопло. Диаметр сопла может быть от 1 до 5 мм;
• из сопла под давлением от 100 до 6000 бар выливается смесь, выбивающая частички материала. Скорость движения смеси в несколько раз превышает скорость звука. Головка поворачивается в большом диапазоне и контролируется автоматикой;
• происходит процесс искусственной эрозии, позволяющий работать с каменными плитами до 300 мм толщиной.

Обработка мягких материалов, например, древесины, резины, некоторых пластиков проводится без абразивных частиц, чистой водой. Сопло надевается сапфировое или рубиновое, а дюза должна быть минимального поперечника. Такие сопла служат дольше, ведь чистая вода более мягко воздействует на расходники.

Оборудование для гидроабразивной резки различается устройством, назначением, мощностью и стоимостью:

• станки с ЧПУ;
• портативные.

Станки с ЧПУ выполняют резку в соответствии с загруженными параметрами и чертежами. Они выполняют сложные фигурные изделия практически без вмешательства оператора. Производственные цеха обычно оснащаются таким оборудованием.

Портативные аппараты хороши для резки любых материалов в труднодоступных и опасных местах, например, туннелях. Работа выполняется очень быстро и точно. Поэтому данный вид обработки очень экономичен.

Конструкция станка

Гидроабразивная резка представляет собой обработку твердых материалов плотностью около 2,5 т\кубометр с помощью смеси твердых частиц и воды по принципу эрозии. Режущая смесь подается на материал под мощным давлением, водным потоком малого диаметра через головку особой формы. Скорость обработки зависит от параметров материала.

Гидроабразивные станки с ЧПУ представляют собой комбинацию нескольких модулей, в том числе навесных:

• механизм подачи твердых частиц;
• стол в виде ванны;
• насос для воды повышенного давления;
• портал;
• подвижная головка;
• механизм распределения давления;
• емкость для абразивной смеси.

Дополнительно установка гидроабразивной резки оснащается повышающими точность системами автоматического измерения и управления.

Головки выполняются из искусственных минеральных веществ, они достаточно дороги и требуют периодической замены. Также подлежат замене трубки смешения из прочных металлов.

Обработка проводится на столе специальной конструкции.

У метода гидроабразивной резки есть множество преимуществ:

• при работе специализированного станка отходы минимальны;
• поверхности камня не придается ненужная шероховатость;
• металл не покрывается окалиной;
• обработка происходит при комнатной температуре, исключается перегрев материала;
• качество получаемых деталей высочайшее;
• возможны самые разнообразные виды гидроабразивной резки, в том числе имитирующие ручную резьбу;
• материал не деформируется;
• можно полностью снять лицевой слой с обрабатываемой детали или снять фаску;
• не выделяются вредные пары, газы, сажа;
• обрабатывать можно плиты толщиной более 15 см.

Оборудование гидроабразивной резки с ЧПУ работают в автоматическом режиме, ручной труд не применяется. Все обрабатываемые материалы полностью сохраняют свои первичные качества.

Специальная оснастка станков с ЧПУ

Датчики высоты и предотвращения столкновений следят за расстоянием между поверхностью материала и соплом. Они предотвращают смещение головки под напором воды и столкновения с вертикальными поверхностями во время работы. Перед началом работы контроллер определяет толщину материала и необходимую глубину выработки. Периодически во время работы датчик вносит корректировки в работу в зависимости от уже проделанных операций.

Лазерная указка дает возможность точно «прицелиться» при размещении детали на рабочей столешнице, ускоренно позиционирует сопло. Функция применяется на малом и большом столах координат. Указатель надежно защищен от воды крепким водонепроницаемым корпусом.

Подложка используется для обработки мелких деталей, улучшения контакта водно-песчаной струи и материала. Подложки обладают специальной структурой, легко пропускающей воду и надежно удерживающей деталь.

Набор зажимов предоставляется с каждым станком. С его помощью на столешнице крепко фиксируются детали различных размеров и форм.

Система охлаждения насоса обязательна для эффективной работы. Она может быть замкнутой или проточной. Замкнутая более экономична.

Дозатор подачи абразива контролирует количество абразива для работы по материалу разной толщины. Исключает перебои с подачей абразива, что очень важно при резке ценных материалов, обработка которых чистой водой может их испортить.

Система очистки воды предотвращает появление минеральных отложений на клапанах, шарнирах и других элементах станка с ЧПУ. Вода очищается от кальция и железа. Допустимое количество железа в 1 литре воды составляет не более 10 миллиграмм. Система очистки повышает производительность и срок эксплуатации станка с ЧПУ.

Видеоролики демонстрируют гидроабразивную резку в трехмерном и двухмерном пространствах:

Гидроабразивная резка металла – один из ключевых способов разделки металла, без которого не может обойтись металлообрабатывающая промышленность. Существуют самые различные станки для гидроабразивной резки, которые часто превосходят по качеству обработки аппараты плазменной резки.

Стоит отметить, что гидроабразивная резка пользуется спросом не только в сфере машиностроения. Впервые такой способ обработки металла был использован американской авиастроительной компанией и с того времени широко используется во всем мире.

Особенности гидроабразивной резки

Технология гидроабразивной резки играет значительную роль в ходе обработки толстостенных заготовок из различных типов металла. Специалисты отмечают особую роль установок для гидроабразивной резки при создании труб разных диаметров и видов. Технология позволяет обрабатывать металл таким образом, чтобы на заготовках не оставалось окалин и других последствий резки.

Несмотря на относительно высокую стоимость аппаратов данного типа, они довольно просты в применении и не требуют дополнительных узлов для крепления обрабатываемых заготовок. К тому же при работе с гидроабразивными станками не создаются тучи пыли из отходов производства. Поскольку режущий инструмент фактически отсутствует, то не надо заниматься его заменой или следить за его остротой.

Абразивная резка металла осуществляется струей воды и абразивными элементами. Это позволяет не замедлять скорость обработки материалов, даже если они обладают очень заметными габаритами.

Точность и универсальность гидроабразивной резки позволяет работать не только с металлами, но и со стеклянными, пластиковыми и деревянными деталями. К тому же оборудование для гидроабразивной резки отличается безопасностью при работе и может быть установлено практически на любых производствах.

Классификация устройств

Гидроабразивные станки часто делят на ручные аппараты и устройства с числовым программным обеспечением (ЧПУ).

Конструкция абразивных станков для резки металла заметно сказывается на их технических характеристиках и производственной мощности.

Устройства с ручным управлением

Станки без ЧПУ полностью управляются оператором, который выставляет все параметры будущей обработки деталей. Кроме того, определенные этапы работы с заготовками оператору придется осуществлять самостоятельно. Но такие устройства имеют и целый ряд преимуществ:

1. Относительно низкая цена.
2. Одинаковое качество гидроабразивной резки титана, алюминия и других материалов.
3. Простата в уходе и управлении, которая не требует от оператора больших знаний и опыта работы в области металлообработки.
4. Достаточное количество функций, которые позволяют создавать простые детали с правильными геометрическими формами.

Аппараты с ЧПУ

Числовое программное обеспечение, установленное на гидроабразивных станках, значительно повышает их функциональность и производственную эффективность. Станки с ЧПУ позволяют качественно обрабатывать все виды металлических заготовок и делать это с высокой точностью. Автоматизированные аппараты обладают следующими преимуществами:

• Программное обеспечение позволяет создавать в заготовках отверстия необходимого диаметра.
• После завершения всех установленных операций, деталь не нуждается в дополнительной обработке.
• Программное обеспечение позволяет выбрать индивидуальный режим обработки для каждой заготовки. Аппарат сам подберет необходимые показатели струи и другие параметры.
• Аппараты с ЧПУ могут контролировать качество среза и самостоятельно менять его в соответствии с установленной программой и последовательностью действий станка.

В то же время такое устройство имеет и ряд существенных недостатков. Во-первых, стоимость гидроабразивного станка с ЧПУ значительно превышает цену на ручной аналог. Во-вторых, чтобы правильно задать параметры выполняемых работ, оператор должен обладать определенными знаниями в области металлообработки и опытом создания деталей на автоматизированных станках.

Область применения и особенности функционирования

Гидроабразивные станки считают наиболее подходящим средством для раскройки металлопроката, но их широко используют и в других целях. Вот наиболее распространенные методы применения данных устройств:

1. Станки с ЧПУ позволяют создавать довольно сложные геометрические формы без постоянного контроля и участия со стороны оператора. Кроме того, программа, установленная на таком станке, значительно улучшает точность его работы.
2. Готовые заготовки не требуют дополнительной шлифовки и других видов финишной обработки. Работу можно делать под необходимым углом наклона и это не скажется на качестве.
3. Технология абразивной резки позволяет работать с деталями большой толщины. Для разных металлов показатели будут разными. Например, для титана – 1,5-2 см, а для меди – 5 мм.
4. При помощи абразивных станков создают предметы дизайна и различные украшения, но для этого используют специальные модификации гидроабразивных устройств.

Принцип работы данных аппаратов базируется на подаче воды под высоким давлением. Кроме воды, для гидроабразивной резки используют гранатовый песок. Вода и добавочные компоненты хранятся в отдельных емкостях и только в процессе резки смешиваются в единую струю. Качество обработки деталей таким устройством очень похоже на разрезание металла лазером. Регулировка параметров струи позволяет обрабатывать заготовки под необходимыми углами.

Видео: резка водой с точностью скальпеля – гидроабразивная резка металла.

Эксплуатация станка и его конструктивные особенности

Строение данного аппарата таково, что сделать его своими руками и в домашних условиях практически невозможно. Более того, даже станки от непроверенных производителей могут быть опасными в использовании или просто низкого качества. Это будет сказываться на обработке заготовок и на сроках эксплуатации изделия.

Но даже качественные гидроабразивные станки требуют качественного ухода за собой. В первую очередь следует обратить внимание на изношенные элементы конструкции и расходные материалы.

Стоит отметить, что мощные станки расходуют довольно большое количество абразива за несколько минут работы, поэтому менять его придется относительно часто. В инструкции к любому устройству вы найдете информацию о том, какие микрочастицы лучше всего использовать, чтобы работать с максимальной эффективностью.

Особое внимание рекомендуют обращать на качество воды, которое используется во время работы с устройством. Перед применением жидкость проходит специальную фильтрацию и только после этого ее задействуют в процессе обработки деталей. Использование некачественной воды отрицательно сказывается на резке заготовок и на длительности эксплуатации самого станка.

Чаще всего в аппаратах данного типа ломается механизм подачи абразива и направляющие трубы. Важным элементом данного устройства является насос, без которого не удастся сохранить нормальное давление внутри станка, что крайне отрицательно повлияет на качество обработки.

Столь широко распространённые процессы плазменно-дугового разделения материалов имеют свои ограничения. Например, электрическая дуга весьма нестабильна: при работе с металлами повышенной электропроводности (меди, латуни) операция во многих случаях характеризуется оплавлением боковых краёв. Наличие газов – побочных продуктов плазменной резки – вынуждает проводить дополнительные мероприятия по экологической защите участка такой резки. Плазменный раскрой материалов – диэлектриков (стекла, камня и т.д.) вообще невозможен. В подобных ситуациях нет альтернативы процессам гидрорезки. Наибольшую популярность среди такой группы методов получила гидроабразивная резка.

Сущность способа и варианты его практической реализации

Разъединение материалов при гидравлической резке происходит вследствие воздействия на поверхность раздела узконаправленного потока жидкости — воды — высокого давления. При этом для интенсификации процесса в технологическую зону может одновременно подаваться мелкодисперсная абразивная среда (чаще всего с этой целью применяют различные виды песка). Соединяясь, эти два потока образуют чрезвычайно жёсткую струю, давление в которой (благодаря повышенной скорости движения) локально превышает предел прочности разрезаемого материала. Если перемещать инструментальную головку, в которой происходят все вышеописанные механические процессы, по определённой траектории, то можно с требуемым качеством и точностью получать весьма сложные конфигурации контура.

Гидроабразивная резка металла с применением воды обычно производится при следующих рабочих характеристиках:

1. Давление — 2000…5000 ат (меньшие значения – для более мягких преимущественно тонколистовых материалов).
2. Скорость водного потока – до 1000…1200 м/с.
3. Расход абразива – до 50 г/с
4. Средний размер абразивной частицы в плане – 100…600 мкм (с увеличением этого параметра точность разъединения материалов снижается).
5. Расход воды – до 4 л/мин.
6. Гидроабразивная обработка осуществляется в следующей последовательности. Разрезаемый материал укладывается в ванну, заполненную водой, и фиксируется по трём координатам относительно инструментальной головки. Это может выполняться своими руками на неавтоматизированной установке, а на оборудовании с ЧПУ – при помощи предварительно набранной программы разъединения материала.

Далее инструментальная головка погружается в ванну, после чего включается интенсивная подача воды соответственных значений скорости и давления. Жидкость, проходя через сопло резака, смешивается там с тангенциально подаваемым потоком абразива. Обе струи смешиваются, и через отверстие в нижнем торце сопла направляются на поверхность разъединяемого материала. Вручную или программно происходит сближение сопла, в результате чего результирующее давление струи резко увеличивается, производя размерное разрушение краёв.

Частицы материала увлекаются в образовавшийся зазор, после чего, теряя свою скорость, попадают на дно ванны, откуда откачиваются специальным насосом, предусмотренным конструкцией рабочей установки. В процессе откачки происходит отделение фракций абразива от воды, с последующей его фильтрацией и сушкой. Ввиду достаточной ёмкости баков для воды гидроабразивная резка может производиться непрерывно, и с увеличенными скоростями струи.

Ванна оборудования, в которой производится гидроабразивная обработка, выполняет две функции:

• Снижает уровень шума при разрезании (до 78…80 дБ против 130…140 дБ в случае обработки вне водяной среды);
• Гасит энергию и скорость струи воды.

Технологические возможности способа

Рассматриваемая технология наиболее эффективна в следующих случаях:

1. Для материалов-диэлектриков, а также токопроводящих изделий, изготовленных из цветных металлов и сплавов на основе меди. Это объясняется тем, что параметры электропроводности медных сплавов не позволяют применять для резки электрическую дугу или лазер.
2. При необходимости разъединения деталей весьма большой толщины – до 250…300 мм: в этом случае при плазменно-дуговой резке всегда происходит оплавление края.
3. Для обеспечения должной точности поверхности раздела: при правильном подборе режима шероховатость кромки находится в пределах Ra 0,5…Ra 1,25, что заметно превышает возможности любого другого высокоэнергетического метода.
4. При недопустимости коробления готового изделия, что неизбежно при любом из вариантов технологии термической резки.

Гидроабразивная резка металла имеет свои ограничения, поэтому технология разрабатывается с учётом следующих возможностей, в частности, по толщине:

• Для цветных металлов и сплавов, а также нержавеющей стали – не более 120…150 мм;
• Для углепластиков, композитных материалов – не более 150…200 мм;
• Для искусственного и природного камня (мрамора, гранита, базальта и т.п.) – не более 270…300 мм.

При разработке технологии следует учитывать, что токопроводящие материалы относительно небольшой толщины (до 5…10 мм) струя, вырабатываемая рабочей установкой, режет плохо: сказывается заметная энергоёмкость, при производительности, сравнимой с плазменно-дуговой или лазерной обработкой. Однако это не означает, что рассматриваемая технология неприменима для разделения тонких пластин или листов: в этом случае абразивный поток отключается, и отделение выполняется непосредственно водяной струёй. В результате поверхность не нагревается, что исключает окалинообразование, высокотемпературное оплавление лини раздела и прочие недостатки, характерные для всех технологий термического разделения материалов.

Оборудование гидроабразивной резки

Станок гидроабразивной резки – сложное и энергоёмкое оборудование, содержащее следующие узлы:

1. Инструментальную головку, оснащаемую функцией поворота резака под определённым углом, что позволяет обрабатывать с заданной скоростью поверхности сложной конфигурации.
2. Насосную установку для прокачки воды с системой её фильтрации.
3. Компрессорную станцию подачи абразивных фракций под давлением.
4. Рабочий стол с устройством трёхкоординатного позиционирования (для небольшого оборудования эту работу выполняет своими руками оператор установки).
5. Ванну с водой, которая конструктивно связана со станиной оборудования.
6. Рабочие ёмкости для воды и абразива.
7. Управляющее устройство ЧПУ, или пульт для ручного позиционирования заготовки своими руками.

Наибольшей популярностью пользуются аппараты гидроабразивной резки итальянской фирмы WaterJet Cоrp. Inc., которая выпускает оборудование консольного и портального типов. Первое предназначено для резки относительно небольшой по размерам продукции, второе, отличающееся повышенными точностью и жёсткостью, подходит для обрабатываемых изделий большей толщины.

WaterJet Cоrp. Inc производит не только сами силовые установки, но и насосное оборудование к ним. Ходовой портал аппаратов фирмы оснащается автоматизированным позиционированием, и позволяет одновременно выполнять разделение материалов, разных не только по своему химическому составу, но и по толщине – качество, невозможное в принципе для оборудования термической резки.

Гидроабразивная резка во многих случаях считается единственным способом получения пространственных деталей. Например, только рассмотренной технологией возможно производить разделение практически без нагрева заготовки (максимальное повышение температуры кромки составляет 600 °С, а при обработке в водяном баке – и того меньше). Подобным оборудованием можно выполнить разделение толстолистового стекла, керамики, твёрдых сплавов – материалов, которые весьма чувствительны к повышенным температурам. Хорошее качество конечного результата исключает потребность в последующих переходах, а весьма малая толщина струи – до 0,8 мм – минимизирует потери материала. Высокие давления, создаваемые в зоне разъединения, не вызывают появление остаточных напряжений в заготовке, и способствуют последующему повышению её эксплуатационной долговечности.

Уникальность технологии гидроабразивной резки заключается в том, что с ее помощью можно раскроить практически любые виды материалов. Важно отметить, что гидроабразивная резка является альтернативой не только механической, но и лазерной, плазменной, а также ультразвуковой резке, и в некоторых случаях является единственно возможной.

При гидроабразивной резке материал обрабатывается тонкой сверхскоростной струей воды. Для увеличения разрушительной силы водяной струи в нее добавляются частицы высокотвердого материала – абразива. Иногда гидроабразивное оборудование называют «гидрорезка», «водоструйная резка», «водорезка», «ГАР» или «waterjet». В промышленности такие станки используются с 1982 года, а их прототипы, появились еще в 1970 году.

В чем же суть процесса гидроабразивной резки? Если обычную воду сжать под давлением около 4000 атмосфер, а затем пропустить через отверстие диаметром меньше 1 мм, то она потечет со скоростью, превышающей скорость звука в 3-4 раза. Будучи направленной на обрабатываемое изделие, такая струя воды становится режущим инструментом. С добавлением частиц абразива ее режущая способность возрастает в сотни раз, и она способна разрезать почти любой материал.

Технология гидроабразивной резки основана на принципе эрозионного (истирающего) воздействия абразива и водяной струи. Их высокоскоростные твердофазные частицы выступают в качестве переносчиков энергии и, ударяясь о частицы изделия, отрывают и удаляют последние из полости реза. Скорость эрозии зависит от кинетической энергии воздействующих частиц, их массы, твердости, формы и угла удара, а также от механических свойств обрабатываемого материала.

Технология резки

Вода, нагнетаемая насосом до сверхвысокого давления порядка 1000-6000 атмосфер, подается в режущую головку. Вырываясь через узкое сопло (дюзу) обычно диаметром 0,08-0,5 мм с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью (до 900-1200 м/c и выше), струя воды поступает в смесительную камеру, где начинает смешиваться с частицами абразива - гранатовым песком, зернами электрокорунда, карбида кремния или другого высокотвердого материала. Смешанная струя выходит из смесительной (смешивающей) трубки с внутренним диаметром 0,5-1,5 мм и разрезает материал. В некоторых моделях режущих головок абразив подается в смесительную трубку. Для гашения остаточной энергии струи используется слой воды толщиной, как правило, 70-100 сантиметров.

В качестве абразива применяются различные материалы с твердостью по Моосу от 6,5. Их выбор зависит от вида и твердости обрабатываемого изделия, а также следует учитывать, что более твердый абразив быстрее изнашивает узлы режущей головки. При гидроабразивной резке разрушительная способность струи создается в гораздо большей степени за счет абразива, а вода выполняет преимущественно транспортную функцию. Размер абразивных частиц подбирается равным 10-30% диаметра режущей струи для обеспечения ее эффективного воздействия и стабильного истечения. Обычно размер зерен составляет 0,15-0,25 мм (150-250 мкм), а в ряде случаев - порядка 0,075-0,1 мм (75-100 мкм), если необходимо получение поверхности реза с низкой шероховатостью. Считается, что оптимальный размер абразива должен быть меньше величины (dс.т.- dв.с.)/2, где dс.т.- внутренний диаметр смесительной трубки, dв.с.- внутренний диаметр водяного сопла.

Характерная область применения технологий резки водой

Гидрорезка	Гидроабразивная резка
Кожа, текстиль, войлок (обувная, кожаная, текстильная промышленность)	Листы из сталей, металлов
Пластики, резиновые изделия (автомобильная промышленность)	Различные металлические детали (отливки, шестерни и др.)
Электронные платы	Сплавы алюминия, титана и др., композитные материалы, толстостенные пластмассы (авиационная и космическая промышленность)
Ламинированные материалы (авиационная и космическая промышленность)	Бетон, железобетон, гипсовые блоки, твердая брусчатка и др. строительные материалы
Теплоизоляционные, уплотнительные и шумопонижающие материалы	Камень, гранит, мрамор и др.
Продукты питания - замороженные продукты, плотные продукты, шоколад, выпечка и др.	Стекло, бронированное стекло, керамика
Бумага, картон	Комбинированные материалы, материалы с покрытием
Дерево	Дерево
Термо- и дуропласт	Армированные пластики

Типичная область применения некоторых абразивных материалов при резке

Наименование	Характерная область применения
Гранатовый песок (состоит из корунда Al 2 O 3 , кварцевого песка SiO 2 , оксида железа Fe 2 O 3 и других компонентов)	Широко распространен для резки различных материалов, в особенности высоколегированных сталей и титановых сплавов
Зерна электрокорунда (состоит преимущественно из корунда Al 2 O 3 , 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 (SiO 2)	Резка стекла
Частицы силикатного шлака	Резка пластика, армированного стекло- либо углеродными волокнами

Преимущества, недостатки и сравнительная характеристика

С помощью гидроабразивной или водной струи можно разрезать практически любые материалы. При этом не возникают ни механические деформации заготовки (так как сила воздействия струи составляет лишь 1-100 Н), ни ее термические деформации, поскольку температура в зоне реза составляет около 60-90°С. Таким образом, по сравнению с технологиями термической обработки (кислородной, плазменной, лазерной и др.) гидроабразивная резка обладает следующими отличительными преимуществами:

• более высокое качество реза из-за минимального термического влияния на заготовку (без плавления, оплавления или пригорания кромок);
• возможность резки термочувствительных материалов (ряда пожаро- и взрывоопасных, ламинированных, композитных и др.);
• экологическая чистота процесса, полное отсутствие вредных газовых выделений;
• взрыво- и пожаробезопасность процесса.

Гидроабразивная струя способна разрезать материалы толщиной до 300 мм и больше. Резка может выполняться по сложному контуру с высокой точностью (до 0,025-0,1 мм), в том числе для обработки объемных изделий. С ее помощью можно делать скосы. Она эффективна по отношению к алюминиевым сплавам, меди и латуни, из-за высокой теплопроводности которых при термических способах резки требуются более мощные источники нагрева. Кроме того, эти металлы труднее разрезать лазером из-за их низкой способности поглощать лазерное излучение.

К недостаткам водно-абразивной резки относятся:

• существенно меньшая скорость разрезания стали малой толщины по сравнению с плазменной и лазерной резкой;
• высокая стоимость оборудования и высокие эксплуатационные затраты (характерно и для лазерной резки), обусловленные расходом абразива, электроэнергии, воды, заменами смесительных трубок, водяных сопел и уплотнителей, выдерживающих высокое давление, а также издержками по утилизации отходов;
• повышенный шум из-за истечения струи со сверхзвуковой скоростью (характерно и для плазменной резки).

Почему не все пользуются станками ГАР?

Если у станков ГАР столько очевидных преимуществ, почему далеко не все применяют их на своем предприятии? Ответ скрывается не в самом процессе резки струёй воды с абразивным материалом, а в возможности контролировать этот процесс. До сих пор применение установок требовало от пользователя одновременно умения программировать и навыков опытного оператора.

Линейная скорость сопла станка ГАР должна изменяться в зависимости от изменений формы деталей. Слишком высокая скорость или ее резкое изменение может привести к снижению качества обработки. В прошлом применение гидроабразивной обработки требовало ручной установки программ для того, чтобы контролировать скорость передвижения режущей головки.

Однако даже самая лучшая программа требовала для обслуживания установок опытных операторов, которые могли бы контролировать их скорость. Когда струя абразивного материала продвигалась вдоль линии реза, оператор подбирал скорость движения сопла и таким образом оптимизировал процесс.

Слишком высокая скорость отрицательно сказывалась на качестве кромок и точности. При слишком низкой снижалась точность и повышались затраты времени. Если сопло установки ГАР проходило угол слишком быстро, это могло плохо повлиять на форму и качество резки.

В результате станки гидроабразивной резки применялись в массовом производстве, не требующем высокой точности обработки, например, для изготовления сотней деталей с помощью хорошо проверенной программы либо для резки материалов, не поддающихся обработке с помощью иных технологий. Появившиеся станки компании «WaterJet Corp.» (Италия) значительно упростили этот процесс. Гидроабразивная обработка стала гораздо более доступной, а оборудование - простым в эксплуатации.

Кроме того, компания выпускает установки с 4-мя и 5-тью управляемыми осями (рисунок №1), позволяющими осуществлять сложную резку деталей из листового материала. Например: вырезку деталей с внутренними и наружными фасками по любым криволинейным поверхностям, вырезку наклонных отверстий любого профиля с прямолинейной образующей и обработку сложных криволинейных пазов.

Помимо 4-х и 5-ти координатной резки деталей из листового материала, реализуемых с помощью режущей головки, Water Jet выпускает станки для объёмной 5-ти координатной гидроабразивной резки, имеющей возможность направлять гидроабразивную струю под любым углом к поверхности стола, в том числе горизонтально.

Примеры обработки

7 основных причин, по которым стоит выбрать установку гидроабразивной резки:

Установки гидроабразивной резки - долгое время считались оборудованием, предназначенным лишь для высококвалифицированных специалистов. Однако за несколько последних лет это оборудование сильно изменилось. Благодаря новым технологиям практически каждая механическая мастерская или производственное предприятие может позволить себе приобрести и эффективно использовать высокоточную систему гидроабразивной резки, даже обладая небольшим опытом или вообще не имея такой практики. Компания «WaterJet Corp.» совершила переворот в промышленности, предложив первую действительно доступную систему, сочетающую в себе возможности струи абразивного материала и высокоточной обработки.

• 1. Широкий спектр обрабатываемых материалов

Гидроабразивная резка подходит для различных материалов, в том числе металлов, керамики, композита, стекла, мрамора и гранита.

• 2. Высокое качество обработки краёв

После резки на установках гидроабразивной резки «WaterJet Corp.» края материала получаются такие же гладкие, как при пескоструйной обработке. Нет острых кромок, заусенцев, неровных краёв.

• 3. Отсутствие нагревания в процессе обработки

В связи с тем, что станки гидроабразивной резки используют воду и абразив, в процессе резки обрабатываемый материал почти не нагревается. Поэтому она идеальна для материалов, которые под влиянием высокой температуры деформируются или реагируют на тепло каким-либо иным образом (например, титан).

• 4. Безопасность для окружающей среды

Водно-абразивная резка металла – это самая современная и прогрессивная технология обработки. Сердце системы водоструйного резания — насос высокого давления. На сегодня уже разработаны экспериментальные станки с давлением воды 6000 атмосфер.

Проходя сквозь сопло (материалом может выступать: рубин, сапфир или алмаз) толщиной 0,1 мм, вода набирает скорость в три раза большей скорости звука и образует тонкий сфокусированный поток, который может резать практически все металлы.

При гидроабразивной резке металла, толщина металла может быть до 300 мм.

Главным преимуществом технологии резания водной струйного является отсутствие нагревания изделий, то есть термическое воздействие на материал — отсутствует, что исключает напряжение и изгиб обрабатываемой детали. В итоге появляются резы очень отличного качества, что делает не нужным последующую дорогостоящую обработку.

Некоторые металлы нельзя резать лазером из-за их отражения, а при плазменной резке – нельзя использовать токопроводящий материал. Тут и понадобится гидроабразивная резка, которая является прогрессивным способом резки. Но она предполагает намокание изделия, что может плохо отразится для металле, подверженному коррозии.

Принцип гидроабразивной резки металла имеет самое главное преимущество — тонкая, как нить, струйка, позволяет создавать значительно меньшие потери металла по сравнению с обычной резкой.

Большим недостатком гидроабразивной резки металла является очень высокие затраты на резку: 1 час работы выйдет в 1500 руб. К тому же все детали очень скоро вырабатывают свой ресурс из-за большого давления. Так же недостатком является то что все детали требуют ежедневного осмотра и даже ремонта ремонта. В общем, если есть решение купить станок гидроабразивной резки, то такая резка металла водой своими руками, приводит к постоянным высоким затратам.

Процесс гидроабразивной резки

Собственно процесс гидроабразивной резки состоит из четырех фаз.

• Фаза № 1. Образования изогнутой фронтальной поверхности резания. Сфокусированный гидроабразивный струя прорезает в заготовке узкую щель – струя постепенно вводится в заготовку и с постоянной скоростью резания движется по ней.
• Фаза № 2. Начало образования ступеньки (обрыва). Угол между струей и поверхностью резания постепенно увеличивается.
• Фаза № 3. Завершение образования ступеньки (обрыва), смещение ее вниз. Снятие слоя материала происходит лишь на небольшом отрезке фронтальной поверхности резания.
• Фаза № 4. Восстановление исходного состояния. Ступенька довольно быстро «вдавливается» в заготовку. По мере смещения ступеньки вниз снова образуется ровная поверхность резания – начальное состояние резки восстанавливается.

Описанный выше процесс имеет циклический характер.

В процессе резки гидроабразивной струей вода выполняет лишь функцию носителя. Резки обусловлено съемом (скалыванием) определенного количества слоев материала, которое вызвано ударами твердых частиц абразива. Наличие абразива в струе увеличивает его технологические возможности, позволяет резать металл.

Наиболее распространенными абразивами являются кварцевый песок, гранатовый абразив, оливин, карбид кремния и электрокорунд. Широкое применение указанных выше абразивных материалов объясняется их относительной дешевизной, твердостью и высокими режущими свойствами. Например, гранатовый абразив является твердым и тяжелым; благодаря этому он является фактически устойчивым в течение всего цикла использования. Это дает возможность получать высокое качество среза с определенной глубиной шероховатости, в зависимости от размера зерна и скорости резки. На основе высокой вязкости такой абразив неоднократно может быть использован повторно. Отечественные предприятия в основном используют кварцевый песок.

Как и при любом виде обработки материалов, наиболее благоприятные условия для освоения процесса гидроабразивной резки могут быть достигнуты за счет выбора его оптимальных технологических параметров: давления рабочей жидкости, формы и диаметра отверстия водяного и абразивного сопел, количества абразива, подаваемого расстоянии от сопла к разрезающей поверхности, скорости подачи, качества поверхности резки. Анализ этих параметров требует детального изучения и имеет существенное значение при исследовании данной технологии.

Какое давление воды нужно для резки металла

Вода, нагнетаемая насосом должна иметь давление порядка 1 500–6 000 атмосфер. Выходя через узкое сопло с околозуковой или сверхзвуковой скоростью (до 900–1200м/c и больше), водная струя направляется в смесительную камеру, где происходит смешивание с частицами абразива. Образованная струя выходит из смесительной трубки с диаметром внутри 0,5–1,5 мм и режет метал. Для гашения остаточного давления струи применяется слой воды толщиной 75–100 см.

Недостатки технологии

К недостаткам данной технологии относят:

• конструктивные трудности, проявляющиеся при создании высокого давления жидкости;
• незначительную стойкость водяного и абразивного сопел – быстрое стирание (ресурс отечественных сопел составляет 50 час., иностранных – 500-1000 час.);
• сложность изготовления сопла;
• образования косины до 1,5 по высоте заготовки.

• а – при высокой скорости резания;
• б – при очень низкой скорости резки — верхние кромки реза имеют незначительное закругление

При износе абразивного сопла или увеличении скорости резки ширина щели увеличивается – профиль щели имеет слабо выраженную V-образную форму. При очень маленькой скорости резки профиль щели имеет А-образную форму – турбулентность вызывает эрозию материала. Случай считается положительным, если нужны закругленные верхние кромки.

• а – при расстоянии между соплом и заготовкой 2-4 мм;
• б – при расстоянии между соплом и заготовкой больше 4 мм