Технология водоструйной (гидро-) и гидроабразивной
резки и раскроя материалов
Возможность использования струи жидкости под сверхвысоким давлением
в качестве режущего инструмента для обработки различных материалов впервые
была описана в СССР. Произошло это в 1957 году. Но запатентован такой
способ обработки материалов был только через четыре года, и не в Союзе,
а в США.
Существуют два способа водоструйной резки материалов:
- резка водой, или гидрорезка - waterjet cutting;
- гидроабразивная резка (вода плюс абразив) - abrasive waterjet cutting.
Суть метода проста. Основой принципа гидроабразивной резки является
способ разделения материалов с помощью водяной струи высокого
давления. В первомслучае (водорезка)– вода,
сжатая специальным насосом-мультипликатором (первая составляющая системы)
до давления более 4000 атм, проходит через водяное сопло диаметром
0,08-0,5 мм со скоростью в 3 раза превышающей скорость звука (1000
и более м/с) и образует струю диаметром около 0,5 мм. Поскольку расстояние
от среза сопла до поверхности материала составляет несколько миллиметров,
давление струи превышает предел прочности материала - за счет этого
и осуществляется резка. Второй способ отличается тем, что после
прохода через формируещее сопло, вода попадает в смесительную камеру,
где струя воды «подсасывает» абразив (например, гранатовый песок с
частицами размером около 0,4 мм) и далее проходит через второе, твердосплавное
сопло с внутренним диаметром 1 мм.
Наличие абразива в струе увеличивает ее технологические возможности
— жидкостно-абразивной суспензией можно резать твердые и труднообрабатываемые
материалы значительной толщины, например сталь толщиной до 200 мм или
натуральный камень свыше 50 мм.
Режимы водоструйной резки, осуществляемой обоими способами, могут быть
расширены за счет подвода к струйной головке хладагента, способствующего
образованию в струе льдинок, которые придают ей абразивные свойства.
При водоструйной резке учитывается и угол атаки - угол между направлением
струи и обрабатываемой поверхностью. Максимальная режущая способность
и производительность процесса достигаются при угле атаки в 90 градусов.
Материалы для гидро- и гидроабразивной резки
С помощью водоструйной (гидроабразивной) резки могут обрабатываться
практически все материалы: бумага и картон, ткани, кожа и резина, стекло
и керамика, гранит и мрамор, бетон и железобетон, все виды полимерных
материалов, в том числе композиционные, фольгированные и металлизированные
пластики, все виды металлов и сплавов, включая труднообрабатываемые -
нержавеющие и жаропрочные стали, твердые и титановые сплавы.
Материал для резки располагают
на координатном столе. Координатный стол является второй составной
частью установки гидроабразивной резки и позволяет перемещать
режущую головку с высокой точностью позиционирования (около 100 микрон)
в трех координатах. Над столом движется портал (ось X), на котором в
свою очередь установлена тележка. Она перемещается перпендикулярно
движению портала (ось Y). На тележке установлена рабочая головка
с режущим соплом, способная двигаться по высоте (ось Z). Таким образом, режущее
сопло может резать материал в трех координатах - Х, Y и Z, что
позволяет обрабатывать с высокой точностью как плоские, так и объемные
заготовки.
Области применения гидрорезки и гидроабразивной резки
Гидроабразивная резка (резка водой с применением абразива)
Резка стекла
Стекло - один из наиболее интересных материалов для применения
гидроабразивной резки. Даже при хорошо известных трудностях, из-за
хрупкости материала, гидроабразивная резка позволяет создавать немыслимые
формы и контуры. Эта технология применяется в области мебельных компонентов,
т.к. она позволяет вырезать даже очень сложные контуры. Применение,
в котором гидроабразивная резка является абсолютным лидером, это
резка специального стекла, как например, многослойного армированного
стекла толщиной до 40 мм.
Резка металла
Гидроабразивная резка предлагает огромное преимущество,
заключающееся в том, что она не изменяет материал термически вблизи
пропила; никакие другие инновационные технологии такого уровня, как
лазерная резка, не имеют этого свойства.
Резка камня (резка гранита и мрамора), резка плитки, резка
керамогранита:
В этой области
водоструйная резка часто используется
для производства сложных контуров из плоских плит. Благодаря очень узкому
пропилу, можно создавать
инкрустации для производства
декоративных и отделочных материалов. Прежде всего, промышленным способом
можно производить то, что раньше могло быть сделано только при помощи
техники оператора. Например,
флорентийскую мозаику, мозаичные
полы и мозаичные настенные панно. Высокая точность изготовления
деталей позволяет избежать зазоров между ними при
сборке.
Резка композитных материалов:
Гидроабразивная резка не создает разрывов
в структуре материала, который, таким образом, сохраняет свои свойства.
Так что сейчас, водоструйная резка - это единственно возможное решение
для резания некоторых из этих материалов.
Резка водой (без применения абразива - гидрорезка)
Кожаная и обувная промышленность (резание подошв, передков ботинок
т.д.)
Электронная промышленность: резание электронных плат для цепей (применение
водоструйной резки позволило достичь размера пропила до 0,1 мм и
обеспечить отсутствие пыли, что сделало технологию резки водой победителем
в этой области). Применение технологии гидрорезки также снизило проблему
расслоения материала.
Автомобильная промышленность: резание фальш-потолков, ковриков и
приборных досок, бамперов из пластика и др. Так как сложная форма
этих изделий создается с применением высоких температур, обрезка
контура их осуществляется с помощью режущей головки с 6-тью степенями
свободы, которые позволяют головке выполнить сложный контур реза.
Пищевая промышленность, в особенности, резка продуктов глубокой заморозки,
различных видов плотных пищевых продуктов, шоколада.
Резка бумаги, картона, тканей.
;)
