Гидроабразивная резка

Содержание 

Введение…………………………………………………………………………...3

Краткая истории  и развитие установок………………………………………….4

Технология гидроабразивной  резки……………………………………………..7

Преимущества  метода…………………………………………………………...10

Заключение……………………………………………………………………….13

Список используемой литературы……………………………………………...14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

      Механическая обработка традиционных материалов классическими способами, как правило, многоступенчата, а поэтому продолжительна и недешева. Многие промышленные предприятия сегодня вынуждены расширять номенклатуру изделий и производить их малыми партиями. Для этого производственные мощности надо в короткие сроки переводить на новые виды продукции, создавать системы обработки новых материалов: при этом не всегда это возможно с технологической точки зрения, и экономичные затраты оправданы.

      Поэтому понятно желание предприятий, которые  пополняют свои производственные фонды  многофункциональными универсальными станками, позволяющими свести к минимуму количество операций, сократить время настройки на выпуск новой продукции и обрабатывать различные материалы. В связи с этим получили широкое распространение системы лазерной, плазменной и электроэрозионной резки, но и им присущ ряд недостатков и некоторая ограниченность в применении. В последние 2-3 года все больше набирает популярность технология гидроабразивной резки. Ее появление спровоцировано желанием получить дешевую, экологически безвредную технологию обработки материалов с максимальными возможностями по точности резания, толщине обрабатываемой заготовки, с возможностью обработки любого материала при минимальных энергозатратах.

      На  сегодня технология гидроабразивной  резки отвечает всем этим требованиям  и позволяет водой резать металл – титан, чугун, закаленные и легированные стали толщиной в сотни миллиметров, а также фольгу, бумагу, резину, пластик. 
 

      Краткая истории и развитие установок 
 

      Промышленное  применение машин для резки струёй воды со сверхвысоким давлением началось в начале семидесятых годов. Известно, что при давлении между 276 000 и 414 000 kPa струя воды с диаметром 0,12 мм могла всё отлично прорезать, начиная от картона до батончиков из мюсли. Чтобы развязать проблемы, связанные с материалами, разработано специальные станки для производственных линий, которые сначала резали ножами или механическими ножницами.

      Примеры раннего применения включают:

      • Картон

      • Материал, выстилаемый в пелёнки  разового употребления

      • Изолирующие материалы

      • Формы из пенной резины

      • Мягкие материалы на прокладки 

      • Ковровые покрытия, применяемые в автомобильной промышленности

      • Компоненты для создания обуви и  изделий из кожи

      Первые  системы для резки водой были дорогие и имели проблемы в  обслуживании. Однако альтернативы, такие  как ножи и механические ножницы  были ещё дороже и создавали больше проблем. В последствии, системы резки струёй воды быстро подошли как решение для резки трудных материалов. Дополнительно, кроме специальных систем для использования в производственных линиях, создано несколько специализированных предприятий для резки водой, только для того, чтобы они использовали эту технологию для выполнения порученных работ и всякого рода небольших заказов.

      Эти предприятия наиболее часто резали пенную резину, материалы для прокладок, и другие конкретных форм в создаваемых  изделиях, вывески на заказ и другие применения.

      Хотя  системы для резки водой были идеальным решением для резки  трудных, мягких материалов, хуже справлялись  с резкой технических материалов, таких как металлы и керамика. И тогда, в начале восьмидесятых, родилась система добавления абразивного материала в струю воды. Для стандартных машин резки водой под высоким давлением изобрели специальное сопло, которое не только создавало струю воды, но через засасывание оно также вводило в струю небольшое количество абразивного порошка. С помощью абразивных материалов, таких как : песок граната (абразив), можно использовать струю воды для обработки так трудных материалов как титан, инконел, стекло и керамика.

      Первые  установки, режущие струёй с абразивным материалом были дорогие в обслуживании и эксплуатации. Использовались только в специализированных производствах, таких как титановые плиты крыльев, для военных самолётов или вырезании специальных форм из стекла и керамики. Эти установки резали в воздушной среде. А обслуживающий работник видел струю, имея возможность вручную приспосабливать скорость хода, когда струя проходила вдоль дуг и острых углов. Однако эти системы были шумные и часто создавали тучу из опилок материала и абразивной пыли, покрывающую всё в мастерской. Это ограничивало применение первых систем режущих водой с абразивом только для специализированных предприятий, дающих работу высоко обученным операторам.

      В начале девяностых годов д-р Джон Ольсен, - пионер промышленности резки  водой, начал исследовать идею использования  резки струёй воды с абразивным материалом, как практическую альтернативу для традиционных предприятий обработки резкой. Целью было развитие системы резки струёй с абразивом, без всего этого шума, пыли и всей этой сложности, которая были мукой более ранних установок ограничивала их применение только на специализированных предприятиях.

      Новая установка должна была быть также  на только простой, но и чтобы можно  было её обслуживать без интенсивной  учёбы, или сноровки. Наконец, хотя это  самая, с уверенностью можно сказать, важная вещь, д-р Ольсен сказал себе, что создаст компьютеризируемую систему управления, которая бы исключила и упростила необходимость больших умений обслуживающего персонала и программирования резки методом испытаний и ошибок. Если бы такая машина могла дать возможность неквалифицированному оператору быстро и с первой попытки изготовить какую-то отдельную деталь в соответствии с точной документацией, то могла бы быть использованной тысячами маленьких предприятий, выполняющих небольшие заказы, а также предприятиями с малосерыйный производством изделий, или даже единичного производства напр. прототипов.

      Д-р  Ольсен связался с доктором Алексом  Слёцумом из Массачусецкого Института  Технологии, чтобы спроектировать механическую систему. Он пользовался результатами тестов резки и теоретической модели резки, оригинально разработанного научными работниками из Университета штата Роде Исланд, как гида в развитии уникальной системы управления.

      В результате, возникла система управления, основанная на персональном компьютере, соединённым с точным рабочим столом X-Y, на котором детали могут быть вырезаны под водой, чтобы удалить ненужный шум и пыль. Это была первая система резки водой с абразивным материалом, спроектированная специально для рынка предприятий механической обработки, занимающихся мелкосерийным производством.  
 
 
 
 
 
 

      Технология  гидроабразивной  резки 
 

      Технология  данной резки заключается в том, что вода разгоняет абразивные частицы (песок) до сверхзвуковых скоростей, а те в свою очередь рассекают обрабатываемый материал. Затем струя воды, начиненная абразивом, гасится водой, находящейся в ванной, расположенной на пути струи. Благодаря огромной энергии, которой обладает данная струя, появляется возможность резать материалы большой толщины (до 400 мм) и неоднородной структурой.

      Вода  также охлаждает зону резания, не дает материалу нагреваться выше 75-80 градусов и препятствует образованию пыли. Для резания материала используется сопло, формирующее водноабразивную струю толщиной 0,5-1.5 мм (регулируется диаметром сопла).

        
 
Затем гидроабразивная струя, управляемая, как правило, ЧПУ, повторяет контур желаемой детали с заданной скоростью. От скорости подачи зависит чистота получаемого реза (вплоть до шлифованной поверхности реза). Скорость гидроабразивной струи такова, что пористые материалы (войлок, бумага, ткань) не намокают, а тонкие материалы (фольга, резина и пр.) режутся, не заминаясь.

      На  сегодня самая востребованная комплектация установки гидроабразивной резки – портальный координатный стол с системой ЧПУ. Размеры рабочей поверхности производители предлагают от 1х1 м, до 6х15 м. Координатный стол комплектуется насосом высокого давления мощностью 19-90 кВт, развивающим давление воды до 4300 атмосфер. Наиболее универсальные установки имеют стол с рабочей поверхностью 2х3-6 метра и насос мощностью 37 кВт. Расход воды у таких установок около 3.5 литра в минуту. Расход абразива в среднем 0,22 кг в минуту. Толщина разрезаемого материала до 300 мм.

        
 
Скорости резки составляют в среднем: – Алюминий 10 мм – 1-1,2 м/мин. – Титан 10 мм – 0,4-0,65 м/мин. – Титан 300 мм – 0,005 м/мин. – Сталь 10 мм – 0,3-0,45 м/мин. – Медь 10 мм – 0,35-0,5 м/мин. – Мрамор 10 мм – 2-2,5 м/мин.

      Стоимость прямых затрат эксплуатации такой установки, приведенная к одной минуте машинного времени, составляет 5-7 рублей.

        
 
Также технология гидроабразивной резки характеризуется экологической чистотой и пожаро-взрывобезопасностью. В работе используется только вода, электричество и абразив (песок). После резки песок накапливается в ванне «ловушке», а вода из нее сливается в канализацию.

      На  сегодня производителями предлагаются установки гидроабразивной резки, укомплектованные системами, которые  позволяют снимать фаску как на прямых резах, так и на радиусах, проводить резку в пяти координатах. Предлагаются установки в мобильном варианте для демонтажа строительных конструкций. Возможно использование гидроабразивной технологии в качестве гидропескоструя высокого давления. Все отрасли промышленности, где можно применить гидроабразивную технологию, пока неизвестны даже разработчикам.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Преимущества  метода 

      Данный  метод обладает следующими преимуществами:

1. Отсутствие зоны термического или физико-механического влияния.

      При использовании данной технологии не образуется зона термовлияния. Это  особенно важно при обработке  чувствительных к нагреву материалов. Заготовка не деформируется из-за термического воздействия или из-за механического воздействия, поскольку сила воздействия также мала (1 - 100H). Кромки среза не требуют дополнительной обработки. Т.к. область термовлияния на кромках обработанных деталей отсутствует, гидроабразивная резка позволяет вырезать детали со сложными профилями без дополнительной обработки поверхности реза и достаточно высокой производительностью.

             2. Отсутствие термического или физико-механического изменения свойств материала позволяет обрабатывать материалы пакетами - в отличие от использования других технологий, не происходит приваривания, прилипания одного слоя к другому.

      Для сэндвич - материала, технология резки  водой часто является единственным решением.

      3. Технология гидроабразивной резки в отличие от лазерной или плазменной, позволяет резать любые материалы на одной установке. Она эффективна при обработке таких материалов, как титановые сплавы, различные виды высокопрочных керамик, композитные материалы. В отличие от лазерной или плазменной резки, гидроабразивная струя эффективно режет алюминий, медь большой толщины. Гидроабразивная струя имеет толщину около 1 мм.  и позволяет резать изделия любой формы и сложности, с любым радиусом закругления. Кроме того, может делать скосы. Можно вырезать довольно мелкие детали, поскольку толщина реза от 1,2 мм. Только гидроабразивная резка позволяет вырезать из любого материала, изделия любой формы с высокой степенью точности.