Резка металла водой, похлеще лазера будет

image Гидроабразивная резка – современная высокоавтоматизированная технология, позволяющая совершать процессы обработки камня, недостижимые обычным традиционным технологиям

Различные работы, связанные с демонтажем, прорезкой технологических отверстий, каналов и проемов в массиве бетона связаны, как правило,  с таким шумом и пылью, что, порой, связываться с такой работой хотят очень немногие. Понятно, перфоратор и отбойный молоток в руках умелого таджика, порой творят чудеса, но как быть, в том случае, если линия реза должна быть криволинейной с поворотами и острыми углами.

image Резка бетона традиционным механическим способом всегда была неблагодарной работой, требующей высокой физической отдачи и максимальной концентрации

Не отчаивайтесь. Мы живем в XXI веке – веке высоких технологий, и этот век прошлый подарил человечеству технологию, которая называется гидроабразивная резка бетона. Просим любить и жаловать.

Прорезание отверстий с помощью коронки и колонка несколько легче физически, но сопряжена с высоким уровнем шума и вибраций

Этапы большого и сложного пути

О том, что капля воды успешно камень точит, было известно давно. Суть вопроса заключалась во времени окончания процесса, который мог запросто растянуться на тысячелетия. Дело было за малым —  ускорить процесс, а с этим как-то долгое время не получалось.

Такой результат противостояние воды и камня в естественной среде имеет за несколько тысяч лет

Первые попытки теоретического обоснования процессов гидравлической резки были предприняты немецкими военными инженерами третьего рейха еще в преддверии Второй Мировой войны. Идея заключалась в разрывании молекулярных связей стали очень доступным материалом и при этом хорошо передающим энергию – обыкновенной водой.

Практическая реализация уперлась в невозможность при тогдашнем уровне технологий создания прецизионного насоса, реально выдающего на выходе необходимые параметры рабочей струи.

  • Это на минуточку 4000 атмосфер давления и 1200 метров в секунду скорости потока. И сегодня выглядит внушительно, не правда ли? В общем, дело благополучно заглохло, и было поднято из архивной пыли советскими трофейными командами, активно охотившимися за технологическими секретами нацистской Германии в конце войны. После некоторой доработки, советские ученые в 1947 году объявляют об открытии инновационного способа резки материалов с помощью воды. Однако, учитывая отсутствие практических наработок, реализация проекта в действующей установке так же не состоялась.
  • Слово предоставлялось американцам. И они его сказали. Первый действующий образец был использован для раскроя бревен большого диаметра. Установка работала, но была нестабильна.
  • Дальше дело пошло несколько веселее, и режущая способность воды стала использоваться для раскроя композитов и жаропрочных материалов при броске в космос.
  • Следующий шагом стало создание технологии гидроабразивной резки, когда к воде добавляли небольшое количество абразива, что ускоряло скорость протекания процесса в десятки раз. Через год с момента создания действующей универсальной установки, уже в 1980-ом технология вышла на рынок и стала широко использоваться для резки металла, бетона и стекла.

Гидроабразивная резка давно и успешно работает по таким деликатным и хрупким материалам, как, например, стекло, на представленном фото

Специализированная установка, созданная для гидроабразивной резки бетона, была успешно опробована в 1974 году, когда было необходимо создать технологическое отверстие в несущей железобетонной конструкции здания вычислительного центра, специфика которого не допускала проведение работ с высокими вибрационными нагрузками.

Конструкция и её сердце

Классическая установка, в которой применена технология — резка бетона гидроабразивная, состоит из:

  • Насоса высокого давления состоящего из прецизионных плунжерных пар, которые сжимают воду до высоких показателей и придают ей устойчивый динамический импульс. Необходимо отметить, что плунжерный насос бывает двух типов: прямого действия и редуцированный. В отличие от насоса прямого действия редуцированный имеет магистральный канал, меньшего сечения, чем рабочая камера, что дает увеличение показателей давления и скорости протока на 25% более высоких по сравнению с прямоточниками.

Плунжерный насос высокого давления – сердце любой, даже самой бюджетной и простой системы гидроабразивной резки бетона

  • Миксерная магистраль, состоящая из высокопрочных трубок диаметром до 10 мм и длинной до 100 мм, в которых происходит смешивание абразива с водой и разгон его до рабочих скоростей. При этом соотношение внешнего диаметра к внутреннему может колебаться в определенных пределах, в зависимости от модуля крупности зерна применяемого абразива. Миксерная труба является расходным материалом, и срок ее службы составляет от нескольких часов до двухсот.
  • Подводящей арматуры и магистральной системой коммуникаторов.
  • Емкости для абразива.
  • Элементов группы безопасности.
  • Рабочего сопла различного диаметра, напрямую зависящего от вида выполняемых работ.

Принципиальная схема работы плунжерного насоса напоминает работу такового в бытовых аппаратах, предназначенных для мойки под высоким давлением Принципиальная схема устройства рабочей части установки гидроабразивной резки

Применение гидроабразивной резки и ее особенности

Мощные современные установки в состоянии прорезать массив бетона толщиной порядка 1000 мм, при этом такой метод имеет целый ряд преимуществ, которых не имеют традиционные способы:

  1. Отсутствие вредной пыли, которая массово выделяется при механической резке, и борьба с которой при традиционных способах воздействия на бетон требует применения дополнительных мероприятий по пылеподавлению, например, орошения.
  2. Гораздо более низкий уровень шума.
  3. Отсутствие вибраций и явных динамических колебаний, что очень важно при проведении деликатных работ в помещениях с особыми условиями.
  4. Возможность проведения криволинейного реза, реза под обратным острым углом, радиусного реза с малым шагом, что в большинстве способов традиционной резки трудноосуществимо или сопряжено с дополнительными операциями, затратными и по расходу инструмента и по трудозатратам оператора.
  5. Носителем энергии является вода, и в большинстве случаев — фракционированный обогащенный кварцевый песок, что менее затратно по сравнению с применение кругов, коронок, фрез из твердого сплава, композита и рабочих поверхностей с алмазным напылением.
  6. Вода и абразив являются экологичными материалами, не требующими применения особых мер по их утилизации по факту отработки операции.
  7. Оператор установки работает в более комфортных условиях по сравнению с традиционными технологиями.
  8. Установки гидроабразивной резки могут выполняться и в мобильном и в стационарном варианте, легко оцифровываются в трехмерной системе координат и могут использоваться как станки для изготовления сложных объемных изделий из бетона различного назначения.
  9. Может применяться под водой, при работе, связанных с устранением аварийных ситуаций на инженерных коммуникациях.
  10. Дают чистый, хорошо сопрягаемый рез.

Стационарная установка гидроабразивной резки, оснащенная системой числового программного управления – сложная, и в то же время потрясающе эффективная система

Бетон клином расшибают

Несколько отличным от гидроабразивной резки бетона является технология, при которой используется гидроклин для разрушения бетона. Причем отличия двух технологий весьма существенны. Примерно, как отличается топор мясника от скальпеля хирурга. И гидроклин для бетона выступает именно в роли топора.

Набор гидроклинов, размещенный на массиве литого бетона, медленно, но неотвратимо делает свою работу, без суеты, шума и пыли

В чем суть. При необходимости разрушения больших объемов монолитного бетона с минимальными вибрационными нагрузками и минимизацией возможности разлета вторичных фрагментов от демонтируемой конструкции, в массиве бетона с помощью алмазных коронок происходит забуривание шпуров диаметром примерно 160-180 мм.

В подготовленные отверстия вставляются рабочие цилиндры гидроклина, и подается давление, в результате чего происходит раскалывание массива на коржи – отдельные элементы, которые либо грузятся в транспорт, либо разделываются на месте с помощью ручного малогабаритного инструмента.

Боец невидимого фронта гидроклин, во всей свей скромной красе

Как работает

Работа технологии основана на слабой устойчивости массы бетона на разрыв. Бетон хорошо переносит высокие статические нагрузки, однако острые, локальные, динамические, интенсивно приложенные на отдельном участке, часто для него критичны, и ведут к деформации и разрушению массива на различной величины фрагменты.

По сути своей, гидроклин — это гидроцилиндр, быстроходный шток которого перемещает на коротком плече рабочий механизм в виде клина установленной формы, выполненный из высокопрочной легированной стали.

В целом такая система состоит из:

  • Гидроцилиндра с рабочим органом.
  • Маслостанции высокого давления.
  • Рабочих магистралей, выполненных в виде рукавов высокого давления.
  • Системы коммуникаторов, выполненных либо в виде быстросъемов, либо по классической системе штуцер-гайка.
  • Системы контроля и безопасности.

Маслостанция, как гидросиловая установка, генерирует необходимое количество энергии, которая по гидравлической магистрали передается на рабочий орган и совершает необходимую работу

Необходимо отметить, что описанная технология отличается высокой мобильностью, транспортабельностью и простотой обслуживания. В целом, при условии правильной эксплуатации гидроклиновые деструкторы надежны и долговечны.

Важно! Еще одним отличием от технологии гидроабразивной резки и применением гидроклина выступает то обстоятельство, что носителем энергии выступает не вода с примесью твердых частиц – абразива, а специальное гидравлическое масло. Причем, оно не является исключительно носителем, рабочим элементом выступает стальной клин, которому масло лишь передает полученную энергию.

Гидроклин, вещь для разрушения бетона очень удобная, а в ряде случаев, где важны мобильность, вес и габариты — порой, незаменимая. Однако как быть, когда массив железобетона нашпигован арматурой, словно арбуз семечками. В таком случае на помощь придут гидроножницы.

Ножницы, но не портновские

Как правило, ножницы в бытовом восприятии обязательно ассоциируются с разрезанием ткани, бумаги, кожи  и иных материалов, не отличающихся особой прочностью. А как вам вариант под названием гидроножницы для железобетона? Поверьте, есть и такие.

Гидроножницы всем своим агрессивным видом и неприкрытой мощью здорово напоминают ископаемого ящера — тиранозавра

Крашер и кранчер: братья, но не близнецы

Гидроножницы — это один из многочисленных инструментов, которыми комплектуются экскаваторы, как правило, гусеничные. Рабочий механизм выполнен в виде пары щек из высоколегированной инструментальной стали, которые перемещаются по заданному алгоритму с помощью штоков гидроцилиндров, запитанных от штатной гидросистемы высокого давления.

Гидроножницы у серьезных производителей смонтированы на ротаторной головке, что позволяет вращать рабочий орган вокруг своей оси.

Гидравлический ротатор – крайне полезная штука, позволяющая ножницам не только поворачиваться относительно оси, но и вращаться вокруг нее

Гидроножницы являются быстросъемным механизмом и современные модели сконструированы и выполнены таким образом, что устанавливаются и снимаются одним человеком – оператором экскаватора, причем, непосредственно своими руками он соединяет лишь коннекторы гидросистемы.

Инструкция для работы оператора составлена таким образом, что повторяет рабочие алгоритмы движения стрелы и ковша экскаватора при основных и самых распространенных работах и поэтому легко осваивается экскаваторщиками даже низкой квалификации, которые составляют основную массу на отечественном рынке труда.

Защита кабины экскаватора, оснащенного гидроножницами вещь абсолютно необходимая для защиты не только остекления, но и самого оператора от фрагментов разрушаемого бетона

Стоимость таких систем высока, в первую очередь потому, что эффективные механизмы изготавливаются исключительно американскими, европейскими и японскими производителями. Китайские и отечественные разработки крайне неэффективны и недолговечны, и, по сути своей, являются низкокачественными копиями заслуженных брендов.

Для грубого разрушения железобетонных конструкций используется крашер — его рабочий орган имеет более массивные и крупные зубья и более объемные полости захвата.

Шведы выпустили экскаватор, спроектированный специально для работы по демонтажу крупных сооружений, оснащенный не только сверхдлинной стрелой, но и подъемной кабиной

Для измельчения демонтированных фрагментов бетона используется кранчер. После обработки кусков бетона его челюстями полученную массу можно использовать в качестве бетонного щебня при организации подушек, обустройства временных дорог, отсыпки площадок и прочих мероприятий.

Получаемый таким образом вторичный щебень имеет удобную для клинцевания щебневых подушек фракцию 40-70 мм

Подробнее ознакомиться с основами гидроабразивной резки бетона, примерами демонтажа бетонных конструкций с применением гидроклина и гидроножниц,  можно просмотрев видео в этой статье.

Заключение

В заключение представленного материала хочется резюмировать следующее.

Современные технологии резки и обработки бетона, в частности, такая как резка бетона гидроабразивная, дают отличные результаты как по скорости проведения, так и по качеству выполняемых работ. Однако применение таких систем видится исключительно в коммерческом образе.

Это связано, прежде всего, со стоимостью стартового комплекта оборудования, использованию расходных материалов, первоначальному обучению и приобретению устойчивых практических навыков, что в сугубо бытовой среде весьма и весьма затратно и, в конечном итоге, крайне нерентабельно.

При возникновении объективной необходимости применения таких технологий в системе малых объемов индивидуального строительства и ремонта, выходом может служить привлечение сторонних специализированных организаций.

Организация бизнеса, основанного на предоставлении такого рода услуг, видится с хорошими перспективами при обязательном наличии устойчивого спроса в конкретном регионе. Похожая ситуация вырисовывается и с системами демонтажа бетона на основе гидроклина.

В быту основным инструментом резки бетона остается старая добрая болгарка, оснащенная кустарными приспособлениями элементарного пылеудаления

Гидроножницы вообще стоят особняком, поскольку являются не самостоятельным инструментом, а неотъемлемой частью системы навеска-экскаватор, цена которой составляет не одну сотню тысяч конвертируемой валюты. Приобретение, эксплуатация и обслуживание такого оборудования по силам лишь серьезным организациям с устойчивыми позитивными финансовыми показателями.

На этом все, что в теории нужно знать о том, что представляет собой резка бетона гидроабразивная. Материал хоть и малоприменим в практике, однако очень интересен.

Современная цивилизация не мыслит себя без повсеместного использования стали. Железо, которое всего 400-500 лет тому назад ценилось едва ли не на вес золота, сегодня тоннами может бездарно ржаветь на свалках. Сталь выплавляется миллионами тонн, используясь абсолютно везде. Основной проблемой зачастую является ее обработка, так как многие сорта этого материала достаточно твердые, а современные технологические нормы весьма жесткие и не допускают рваных и грубых «линий отреза». Чтобы повысить качество готовых изделий, учеными была изобретена резка водой металла.

Когда ее стали применять на практике?

Как ни удивительно, но эта технология довольно-таки широко использовалась еще в 60-х годах прошлого века. Впервые она применялась в достаточно специфичных отраслях, наподобие авиастроения и космической промышленности. Но вскоре компании стали подумывать о том, что резка водой металла – превосходное новшество, которое может дать широчайшие возможности для всей промышленности при ее более широком внедрении в производство.

С тех пор этот метод обработки металлов становится все более и более популярным. Может ли использоваться резка водой металла только для листового проката, или же ей подвластны и прочие металлоконструкции? Какие у этого метода существуют достоинства и недостатки? Обо всем этом мы постараемся рассказать в рамках данной статьи.

Области применения

Основным преимуществом такого способа резки является то обстоятельство, что на поверхность материала практически не оказывается значимого механического воздействия. Полностью отсутствует трение, механизмы не нагреваются. Это оказывает крайне положительное влияние на качество среза и всей готовой детали.

Обрабатываемые материалы

Во-первых, сразу хочется отметить, что область применения метода не ограничивается одними только металлами и их сплавами. Он используется и для таких материалов, как:

  • Гранит, природный камень, прочие минералы.
  • Керамика и стекло.
  • Все металлы, включая даже титан и его сплавы.
  • Железобетон и бетон.
  • Все виды пластика и прочих синтетических материалов.

Что еще лучше, при этом удается достичь крайне малого расхода как самого сырья, так и комплектующих. Более того, при работе с опасными материалами именно резка водой металла является единственно допустимым методом, так как при этом нет искр, нет образования вредной пыли, полностью отсутствует возможность самопроизвольного воспламенения образующихся отходов производства.

Как это работает на практике?

Как мы и говорили, металлопрокат – не единственная сфера применения метода, но все же 70% работ идет именно в этой области. Сама технология основана на подаче воды с мелкодисперсионным абразивным материалом под давлением на поверхность материала. Так что конкретно происходит во время резки? Вот основные технологические процессы:

  • Вода под огромным давлением подается в особо прочный резервуар.
  • В тот же момент туда «заправляют» абразив, обычно представленный мельчайшей фракцией песка.
  • После этого получившаяся смесь подается в сопло.
  • Струйка направляется на необходимую область и начинает резать материал.

Качество и скорость разрезки при таком подходе возрастают многократно. Время от времени лишь требуется добавлять абразив. Процесс этот полностью автоматизирован, никакого вмешательства обслуживающего персонала обычно не требуется.

Стоит учесть, что гидроабразивная резка позволяет достичь такой скорости, которая обычно достижима только при плазменной обработке материалов. Но! Качество среза при этом таково, что его можно повторить, лишь используя лазер. Стоимость этих видов работ, и сложность используемого при этом оборудования сложно сопоставить, так как это совершенно разные «весовые категории».

Какое для этого используется оборудование?

Еще во времена Древнего Египта люди заметили, что вода способна кардинально изменять свойства тех материалов, которые подвергались ее воздействию в течение достаточно длительного времени. Даже твердые камни обкатывались до состояния гладких голышей, а на поверхности гранита и мрамора сравнительно быстро появлялись видимые углубления.

Впоследствии тот же принцип взяла на вооружение современная промышленность. Конечно, с древних пор существенно изменился порядок использования возможностей «оксида водорода»: во-первых, требуется обеспечить приемлемое давление воды, во-вторых – толщину и направление ее струи. Достигается это следующим образом:

  • Специальный насос очень высокого давления не только аккумулирует некоторый запас жидкости, но и подает ее к обрабатываемому материалу. Именно от мощности этого механизма зависят толщина и плотность стали, которая может быть разрезана. К самому насосу вода подается из обычной системы водоснабжения, причем (для предотвращения перерывов) желательно осуществлять ее сразу из нескольких источников.
  • За толщину струи отвечает специальный регулятор мощности. Скорость разрезания и толщина обрабатываемого материала зависят не только от его настроек, но и от характеристик используемого абразивного материала. Чтобы «разделывать» что-то более вязкое, приходится использовать трехфазный наполнитель, для простой же стали достаточно лишь воды и наполнителя, в роли которого, как мы уже неоднократно указывали, может быть использован самый обычный песок. Разумеется, что можно регулировать не только состав смеси… Какими еще параметрами характеризуется резка металла водой? Давление и скорость жидкости. Имейте в виду, что минимально приемлемая скорость воды должна достигать 1200 м/с при давлении около 4,7 т/см!

Прочее оборудование

Очень важны сопла. Их диаметр, а также используемые материалы напрямую зависят как от абразива, так и от скорости струи. Давление воды при обработке металлов настолько высоко, что для этого могут быть использованы только высокопрочные сплавы. Сопла требуется менять, частота этого зависит от многих факторов. Одной из важнейших составляющих любого станка для «водяной» резки является смеситель. Именно от него зависит гомогенность получаемой смеси, а также качество срезов, наличие или отсутствие сколов на кромках обработанных деталей.

Заметим, что гидроабразивная резка невозможна без использования высокоточной автоматики. Особенностью этого способа обработки металла является конусность кромки, обусловленная свойствами воды при столь специфичных условиях ее применения. Чем выше скорость, тем больше этот показатель. Но! При повышении конусности прямо пропорционально снижается итоговое качество обработки материала. Чтобы снизить столь негативный эффект, может быть использована запатентованная технология Flow Dynamic Waterjet и подобные ей способы управления качеством продукции.

В чем заключается принцип работы «умных» технологий? Все сравнительно просто: автоматика сама определяет тип, вязкость и плотность обрабатываемого материала, а затем самостоятельно изменяет угол наклона и диаметр сопла. Только после этого начинается постоянно корректируемая резка металла песком с водой.

Подготовительные операции

Наконец, не менее важна система предварительной подготовки жидкости для последующего использования последней в системе резки металла. Чтобы максимально продлить сроки эксплуатации оборудования, а также для обеспечения максимального качества обработки, жизненно важна буквально кристальная чистота воды. Достигается это путем фильтрации через «высокоточные» фильтры, посредством которых из жидкости убирают все относительно крупные примеси с большой молекулярной массой.

Важно понимать, что различные производители предлагают разное гидроабразивное оборудование, возможности оснащения которого дополнительными функциями прямо зависит от стоимости станков. Так, расширенный функционал позволит при необходимости выполнять даже сложную фигурную резку, не говоря уже о более простых операциях.

Функциональные возможности резки водой

Во многих сферах искусства резка металла водой, цена которой значительно ниже лазерной обработки (от 15 рублей за метр) также нашла широчайшее применение. Дело в том, что одним из преимуществ этого метода является полное отсутствие сколов, а также нагревания поверхности, отчего получаемое изображение или профиль выходят в точности такими, какими их хотел видеть дизайнер или художник. Вот основные возможности, которые предлагает этот метод обработки материалов:

  • Нестандартная резка металла. Важно то, что при любом наклоне сопла срез получается очень качественным. Точность такова, что готовые детали после их изготовления можно использовать практически без подготовки.
  • Современные станки могут работать при минимальном вмешательстве человека, или же вовсе не требовать присутствия обслуживающего персонала. При помощи этого же оборудования можно вырезать детали самой сложной конфигурации, причем делать это в кратчайшие сроки, но с сохранением максимально возможного качества.
  • Особенно распространена обработка металлопроката. Так, станок для резки металла водой может срезать до 20 сантиметров среднеуглеродистой стали. Для титана показатели скромнее – в пределах 15-17 мм. Особо прочные сплавы – около 12 мм. Минимальный коэффициент приходится на долю меди и составляет всего 4-5 мм.
  • Декоративные элементы и украшения при использовании этого метода получаются не только очень качественными, но и дешевыми. Кроме того, конфигурация готовых изделий зависят не от опыта работника и не от «твердости руки», а исключительно от настроек. Если отклонение при резке не может превышать 0,5%, используют аппарат для резки металла водой с ЧПУ.

В последние годы так все чаще режут трубы. Для этого применяют специальные станки, при помощи которых срез трубы получается изначально отполированным и очень гладким. Таким образом, гидроабразивная резка, услуги по которой предлагаются в любом крупном городе, становится все более распространенным и популярным методом обработки самых разных материалов.

Гидроабразивные станки с ЧПУ

Особенно расширить сферу применения данного метода помогли станки с ЧПУ, которые позволяют обрабатывать самые разные материалы, гибко настраивая качество работы, максимальную и минимальную толщину резки, а также прочие параметры.

Отклонения от заданных параметров получаются минимальными, чего практически нереально достичь стандартными способами резки. Принцип работы такого класса оборудования сводится к следующим действиям:

  • Сперва устанавливается соответствующее программное обеспечение, которое может быть разным для каждого типа материала. Программа автоматически подберет состав смеси, вид абразива и требуемый объем воды, давление и прочие параметры. За фигурную резку материалов отвечают специальные программы.
  • Как правило, дополнительная обработка готовой детали уже не требуется. Если параметры резки были подобраны неправильно или неточно, может наблюдаться некоторая шероховатость готового изделия. Но! Если используется станок с ЧПУ, который может самостоятельно подбирать параметры резки, такого практически не случается. В этом случае оборудование автоматически выбирает необходимый режим, ориентируясь на толщину, вязкость и плотность металла.
  • Помимо резки, такие станки позволяют высверливать отверстия различного диаметра и конфигурации. При этом мы слова повторяем уже описанное выше: если от оборудования требуется что-то особенное, необходимо выбирать те его модели, у которых есть соответствующие дополнительные функции.
  • Иногда эти станки могут использоваться не только для резки, но и для полировки готовых изделий и деталей, которые были сделаны на другом оборудовании.

Ручная резка

В некоторых случаях станками может управлять квалифицированный оператор. В этом режиме все настройки приходится выставлять в ручном режиме, что не всегда особенно удобно. Но имеют ручные способы резки металла и немало преимуществ, к числу которых относятся следующее:

  • Стоимость такой работы обходится примерно в полтора раза дешевле.
  • Профильное образование оператора при этом, как ни странно, не имеет особого значения. Дело в том, что ручное управление такими станками довольно просто, и не имеет большого количества сложных функций. Это оборудование используется в тех случаях, когда необходимо вырезать детали, имеющие простую геометрическую форму.
  • Функциональность станков при этом остается на прежнем уровне. Ровный срез, просверливание отверстий и прочие простые операции – все это можно делать и при ручном управлении. Кроме того, есть возможность обработки не только металлопроката, но и прочих материалов.

Надеемся, что вы поняли, как происходит резка металла водой. Данный метод чрезвычайно распространен в современной промышленности, с его помощью можно изготовлять детали практически любой формы и конфигурации.ТолкованиеПеревод

Гидроабразивная резка

Гидроабразивная резка — вид обработки материалов резанием, где в качестве режущего инструмента вместо резца используется струя воды или смеси воды и абразивного материала, испускаемая с высокой скоростью и под высоким давлением. В природе подобный процесс, протекающий естественным образом, называется водной эрозией.

История

image image Схема установки гидроабразивной резки. 1 — подвод воды под высоким давлением, 2 — Сопло, 3 — подача абразива, 4 — смеситель, 5 — кожух, 6 — режущая струя, 7 — разрезаемый материал.

Первые попытки использования струи воды в промышленности были осуществлены в 30-х годах ХХ столетия американскими и советскими инженерами для выемки камня, руды и угля. Серьёзным импульсом развития технологии резки струей воды под высоким давлением послужило ее использование в авиастроительной и аэрокосмической индустрии.

В конце 1960 — годов американская авиастроительная компания выбрала гидроабразивную резку для обработки композиционного оптического волокна, материалов сотовой структуры и ламинированных материалов. Эти материалы особо чувствительны к высоким температурам и давлению.

Технология гидроабразивной резки материалов (ГАР) существует уже более 40 лет. История появления технологии уходит своими корнями в 50-е года прошлого столетия. Наиболее активно исследования в этой области велись в СССР и США. Первопроходцем в использовании струи под высоким давлением для резки твердых материалов стал сотрудник, а ныне глава американской корпорации Flow International Corporation, Мохамед Хашиш. В 1979 году в ходе экспериментальных работ он предложил добавлять в струю абразивный песок, благодаря чему ее режущие свойства многократно увеличились. В 1980 году был спроектирован и запущен первый прототип гидроабразивного станка, а в 1983 году Flow перешла к серийном производству оборудования и комплектующих для ГАР. Процесс резания происходит в результате эрозийного воздействия на материал струи воды с твердыми абразивными частицами, подающейся под сверхвысоким давлением. На сегодняшний день технология ГАР по праву относится к числу наиболее динамично развивающихся способов раскроя материалов и составляет серьезную конкуренцию таким традиционным технологиям, как лазерная и плазменная резка, а также механообработка. Гидроабразивная струя по своим физическим характеристикам представляет собой идеальный режущий инструмент, не имеющий износа. Диаметр струи может составлять 0,5 – 1,5 мм (в зависимости от типа используемых дюз и смешивающих трубок), благодаря чему отход обрабатываемого материала минимален, рез можно начинать в любой точке по контуру любой сложности. Отсутствие теплового и механического (деформирующего) воздействия – еще один козырь ГАР, благодаря которому исходные физико-механические характеристики обрабатываемого материала остаются без изменений. Процесс гидроабразивной резки экологически чист и абсолютно пожаробезопасен, поскольку полностью исключена вероятность горения / плавления материала и образования вредных испарений. Для некоторых видов материалов – керамика, композиты, многослойные и сотовые конструкции — не существуют технологии обработки, альтернативной ГАР. Впечатляющим является и диапазон обрабатываемых толщин – 0,1 мм – 300 мм и выше, что делает станок гидроабразивной резки подчас жизненно необходимым инструментом в таких сферах, как машиностроение, инструментальное производство, авиационно-космическая промышленность, производство продукции для оборонной и транспортной промышленности, камнеобработка. В настоящий момент более чем в 45 странах мира, включая Россию, безотказно работает свыше 10 000 станков гидроабразивной резки Flow, нашедших свое применение в авиационно-космической, автомобильной и металлообрабатывающей промышленности, обработке камня, стекла, пластиков и композитных материалов, а также бумажной и пищевой промышленности. Это приблизительно 60% всего мирового рынка гидроабразивного оборудования.

Описание технологии гидроабразивной резки

В основе технологии гидроабразивной резки лежит принцип эрозионного воздействия смеси высокоскоростной водяной струи и твёрдых абразивных частиц на обрабатываемый материал. Физическая суть механизма гидроабразивной резки состоит в отрыве и уносе из полости реза частиц материала скоростным потоком твердофазных частиц. Устойчивость истечения и эффективность воздействия двухфазной струи (вода и абразив) обеспечиваются оптимальным выбором целого ряда параметров резки, включая давление и расход воды, а также расход и размер частиц абразивного материала.

Достоинства гидроабразивной резки

  • отсутствие термического воздействия на материал (температура в зоне реза 60-90ºС);
  • существенно меньшие потери материала;
  • широкий спектр разрезаемых материалов и толщин (до 150—300 мм и более);
  • высокая эффективность резки листовых материалов толщиной более 8 мм;
  • отсутствие выгорания легирующих элементов в легированных сталях и сплавах;
  • отсутствие оплавления и пригорания материала на кромках обработанных деталей и в прилегающей зоне;
  • возможность реза тонколистовых материалов в пакете из нескольких слоев для повышения производительности, в том числе, за счёт уменьшения холостых ходов режущей головки;
  • полная пожаро- и взрывобезопасность процесса;
  • экологическая чистота и полное отсутствие вредных газовыделений;
  • высокое качество реза (шероховатость кромки Ra 1,6);

Сравнение технологий плазменной, лазерной и гидроабразивной резки

Лазерная резка

Лазерная резка является одним из высокотехнологичных методов раскроя различных листовых материалов. Принцип данной технологии: лазерный луч, собираясь на поверхности обрабатываемого материала, нагревает его до тех пор, пока тот не начнет испаряться. Мощность лазерного луча регулируется в зависимости от разрезаемого материала.

Плазменная резка

Технология плазменной резки основана на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия. Сущность процесса плазменной резки заключается в локальном расплавлении и выдувании расплавленного материала из полости реза.

Одной из главных характеристик плазменной резки является максимальная толщина разрезаемого материала. В технических характеристиках оборудования плазменной резки эта величина обычно приводится для углеродистой стали. На толщину разрезаемого материала существенно влияет теплопроводность. Поэтому, например для меди, максимальная толщина разрезаемого металла снижается примерно на 30 % по сравнению с указанными рабочими толщинами.

Плазменная резка имеет еще одну важную характеристику — скорость резки, которая оказывает существенное влияние на качество. При пониженной скорости плазмообразующий газ расходуется нерационально, что приводит к образованию шлака на нижней стороне обрабатываемого материала. При повышенной скорости плазменной резки дуга осциллирует, из-за чего линия реза получается волнистой. При этом также образуется шлак, отделение которого затруднено.

При сравнении технологии гидроабразивной резки с альтернативными методами резки (лазерной и плазменной), самым очевидным преимуществом оказывается универсальность технологии.

Недостатки данной технологии

  • Недостаточно высокая скорость реза тонколистовой стали;
  • Ограниченный ресурс отдельных комплектующих и режущей головки.
  • Высокая стоимость абразива (расходный материал)

Разрезаемые материалы

При помощи гидроабразивной струи резать можно практически любые материалы:

Смотреть что такое «Гидроабразивная резка» в других словарях:

  • Лазерная резка — …   Википедия

  • Плазменная резка — Плазменная резка …   Википедия

  • Криогенная резка — Криорезка. Струя жидкого азота …   Википедия

  • Влага — Вода Общие Систематическое наименование Оксид водорода Традиционные названия вода Химическая формула Н2O …   Википедия

  • Водная среда — Вода Общие Систематическое наименование Оксид водорода Традиционные названия вода Химическая формула Н2O …   Википедия

  • Воды — Вода Общие Систематическое наименование Оксид водорода Традиционные названия вода Химическая формула Н2O …   Википедия

  • Оксид водорода — Вода Общие Систематическое наименование Оксид водорода Традиционные названия вода Химическая формула Н2O …   Википедия

  • Абразивные материалы и абразивная обработка — Сюда перенаправляется запрос «Абразивный износ». На эту тему нужна отдельная статья. Абразивные материалы (фр. abrasif  шлифовальный, от лат. abradere  соскабливать)  это материалы, обладающие высокой твердостью, и… …   Википедия

  • Вода — У этого термина существуют и другие значения, см. Вода (значения). Вода …   Википедия

  • SolidWorks — Тип САПР Разработчик SolidWorks Corporation Операционная система Windows Последняя версия 2013 SP1 (ноябрь 2012) Лицензия …   Википедия

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий