Енергія води під тиском використовувалася ще на початку минулого століття як один із способів механічного впливу на тверді поверхні, зокрема, у вугільних шахтах – для роздрібнення пластів вугілля струменем води (за допомогою брандспойтів), і на золотих копальнях – для вимивали породи з шурфів.
У 60-і роки ХХ століття ця технологія використовувалася в США при обробці оптоволоконних матеріалів для авіабудування.
Але прорив в практичному застосуванні гідрорізання відбувся в 1979 році, коли до водного струменя, що подається з надвисоким тиском, стали додавати дрібні тверді частки (абразив, гранатовий пісок). Суть процесу полягає у відриві і видаленні з порожнини різу мікрочасток оброблюваного матеріалу високошвидкісним потоком гідроабразиву. Простіше кажучи, різання відбувається за допомогою впливу на оброблюваний матеріал водяного струменя з твердими частками, під надвисоким тиском. Ефективність дії двокомпонентного струменя, що складається з води і абразиву, досягається шляхом оптимального підбору безлічі параметрів різання : тиску і витрати води; витрати і розміру часток абразиву і так далі.
Переваги гідроабразивного різання
Вказана технологія дозволила різко збільшити різальні властивості струменя води і істотно розширити сферу застосування та перелік оброблюваних матеріалів (таких, як: метали і їх сплави, камінь, композитні і багатошарові матеріали та ін.), і вже на початку 1980-х років було почато промислове виробництво устаткування і комплектуючих для гідроабразивного різання.
Гідроабразивне різання – це природний процес ерозії без використання хімічно активних речовин і теплової енергії. Саме тому виключається деформація і спотворення, часто супроводжуючі лазерне, плазмове і газокисневе різання, що зводить до мінімуму необхідність вторинної обробки деталей.
Гідроабразивне різання є екологічно чистим і абсолютно пожежобезпечним процесом, оскільки повністю виключає вірогідність плавлення матеріалу і виділення шкідливих випарів. При цьому, для обробки багатьох типів матеріалів, таких, як композити, кераміка, стільникові і багатошарові конструкції, просто не існує альтернативи гідроабразивному різанню.
При гідроабразивному різанні розмір пропилу (ширина матеріалу, що видаляється в процесі різання) складає від 0,5 до 1,5 мм Як правило, чим менше пропіл, тим точніше різальний інструмент. В порівнянні з іншими технологіями різання – газокисневого і плазмового – гідроабразивний пропил є дуже тонким, що істотно підвищує точність різання і дозволяє максимально ефективно використати матеріал для виробництва необхідних деталей. За допомогою струменевого гідроабразивного різання можна виготовляти деталі з дуже жорсткими допусками, деякі системи можуть обробляти деталі з допуском до 0,025 мм. При цьому діапазон товщини оброблюваних матеріалів складає від 0,5 до 200 мм, завдяки чому технологія гідроабразивного різання істотно перевершує інші сучасні технології різання матеріалів.
Оброблювані матеріали і сфери застосування гідроабразивного різання
Також вражає і спектр оброблюваних матеріалів, а саме:
- метали будь-якої твердості (чорні і кольорові)
- кераміка
- камінь
- плитка
- гума, пластик, оргскло
- піноматеріали
- тканини
- деревина, фанера
- поліуретан, поліпропілен
Цим і пояснюється висока затребуваність гідроабразивного різання в різних сферах господарської діяльності і галузях промисловості.
Зокрема, гідроабразивне різання застосовується при виготовленні деталей і елементів для:
- машинобудування і металургії
- оборонної промисловості
- інструментального виробництва
- електротехнічної промисловості
- реклами
- нестандартних конструкцій
- торговельного устаткування
- текстильної промисловості
- харчової промисловості
- авіаційно-космічної промисловості
- сільського господарства
- медицини
- будівництва і архітектури
- дизайну інтер’єрів і екстер’єру, ландшафтного дизайну
Верстат для водоструйного різання
Верстат для 3d-гидроабразивного різання управляє різальною головкою одночасно по 5 осям: 2 з них – осі переміщення порталу, інші три відповідають за вертикальне переміщення різальної голівки, вісь нахилу і вісь обертання. Також верстат оснащений системою компенсації конусності і системою підтримки висоти різальної голови. При цьому кут нахилу знаходиться в діапазоні від – 60° до +60°, кут повороту – в діапазоні від – 270° до +450 °.
Система компенсації конусності різу забезпечує нахил різальної головки і підтримку заданого кута подання гідроабразивного струменя по периметру оброблюваної деталі. Це дозволяє повністю компенсувати конусність на торці вирізуваної деталі.
Система підтримки висоти різальної головки забезпечує рівномірний проміжок між соплом і поверхнею заготовки у будь-якій точці оброблюваного матеріалу, що особливо важливо при різанні матеріалів з нерівною поверхнею.
5-осьова обробка деталей
Мабуть, найбільш унікальною характеристикою гідроабразивного різання є здатність виконувати 5-осьову обробку деталей під кутом до 60 ° без зменшення робочої області 2D.
5-осева гідроабразивна машина дозволяє виконувати 3d різання деталей будь-якої складності і конфігурації практично з будь-якого матеріалу: від лопаток турбін до фігурного різання кондитерських виробів.
Насоси, що використовуються в комплексах гідроабразивного різання
Гідроабразивне різання здійснюється за допомогою впливу на оброблюваний матеріал водяного струменя з твердими частинками, під надвисоким тиском. Ефективність дії двухкомпонентного струменя, що складається з води і абразиву, досягається шляхом оптимального підбору безлічі параметрів різання: тиску і витрати води; витрати і розміру часток абразиву і т.д. Заданий тиск і витрату води забезпечує насос високого тиску.
Насос – це фактично серце системи гідравлічної різання, яке створює тиск, необхідний і достатній для безперервної подачі води до ріжучої голівки, в якій створюється надзвуковий струмінь. В даний час в комплексах гідроабразивного різання використовуються, як правило, насоси двох типів: насоси з лінійним підсилювачем і насоси з прямим приводом.
І ті, і інші насоси здатні надійно перекачувати воду надвисокого тиску, і успішно використовуються в промисловості. У цих двох типів насосів є певні загальні компоненти: вони мають мотор, фільтри для води, систему управління і датчики. При цьому у кожного типу насосів є свої переваги. Так, насоси з прямим приводом більш енергоефективні, компактні, мають меншу вартість і не вимагають додаткової охолоджуючої води. Насоси-підсилювачі (інтенсифікатори) мають поліпшені інтервали обслуговування; краще підходять для програм з великою кількістю циклів включення/вимикання; відрізняються більш швидкими і простими переналаштуванням; показують менше збоїв в роботі і, відповідно, простоїв; а також нагнітають гіпертиск до 650 МПа.
Насос з лінійним підсилювачем є оригінальною і найбільш поширеною технологією, яка використовується при гідроабразивного різання. У насосах-підсилювачах для підвищення тиску води використовується «принцип посилення». А саме: гідравлічне мастило знаходиться під тиском 20 МПа, і під низьким тиском впливає на поршень, поверхня якого в 20 разів більше, ніж поверхня плунжера високого тиску, який штовхає воду. Отже, тиск мастила «посилюється» в двадцять разів, в результаті чого тиск води становить 400 МПа. «Принцип посилення» використовує різницю в площі поршня/плунжера для збільшення тиску.
Роторний насос з прямим приводом вперше був використаний в польових умовах в гірничодобувній промисловості, для видалення фарби та промислової очищення. Насоси з прямим приводом використовуються в 20% гідроабразивних систем, встановлених у всьому світі. На відміну від насосів з підсилювачем, роторний насос з прямим приводом не має гідравлічного насоса. Електродвигун, так званий насос-триплекс, обертає колінчастий вал з трьома поршнями для створення надвисокого тиску води.
