Гидроабразивная резка

К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан)

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

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 её использование в авиастроительной и аэрокосмической индустрии.

Технология гидроабразивной резки материалов (ГАР) существует уже более 40 лет. История появления технологии уходит своими корнями в 50-е годы XX столетия. Наиболее активно исследования в этой области велись в СССР и США. В 1979 году специалисты попробовали добавлять в струю абразивный песок, благодаря чему её режущие свойства многократно увеличились. В 1980 году был спроектирован и запущен первый прототип гидроабразивного станка, а в 1983 году началось серийное производство оборудования и комплектующих для ГАР. Процесс резания происходит в результате эрозионного 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 одно достоинство ГАР, благодаря которому исходные физико-механические характеристики обрабатываемого материала остаются без изменений. Процесс гидроабразивной резки экологически чист и абсолютно пожаробезопасен, поскольку 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.

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).

Недостатки данной технологии

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

Разрезаемые материалы

При помощи гидроабразивной струи резать можно практически любые материалы:

• черные металлы и сплавы;
• труднообрабатываемые легированные стали и сплавы (в том числе жаропрочные и нержавеющие);
• цветные металлы и сплавы (медь, никель, алюминий, магний, титан и их сплавы);
• композиционные материалы;
• керамические материалы (гнейсогранит, плитка);
• природные и искусственные камни (гранит, мрамор и т. д.);
• стекло и композиционное стекло (триплекс, бронестекло, армированное стекло, стеклотекстолит и т. п.);
• пористые и прозрачные материалы;
• сотовые и сандвич-конструкции;
• бетон и железобетон.

Резка мягких материалов, таких как полиуретан, поролон и другие пеноматериалы, пластмассы, кожаные изделия, картон, ткани и т. п. осуществляется только струей воды без добавления абразива.

Технология ГАР находит применение и в пищевой промышленности, - для резки и порционирования пищевых продуктов.

Система гидроабразивной резки

Гидроабразивная резка осуществляется с помощью станков гидроабразивной резки.

Принцип работы

• Вода, сжатая одним из основных компонентов системы - насосом высокого давления до давления 4000 бар или более, проходит через водяное сопло, образующее струю диаметром 0,2-0,35 мм, которая попадает в смесительную камеру.
• В смесительной камере происходит смешивание воды с абразивом (гранатовым песком) и далее она проходит через второе, твердосплавное сопло с внутренним диаметром 0,6-1,2 мм.
• Из этого сопла струя воды с абразивом выходит со скоростью около 1000 м/сек и попадает на поверхность разрезаемого материала.

Гидроабразивные станки в промышленности

• Гидроабразивные станки могут резать нержавеющую сталь до 200 мм толщиной. Для станка не имеет значения, насколько тверд материал, цветной это металл или нет. Небольшой размер струи (примерно 1 мм) позволяет производить четко очерченные углы с очень высоким допуском.
• Гидроабразивные станки с высокой производительностью обрабатывают натуральный и искусственный камень.
• Гидроабразивные станки - одни из самых эффективных для резки стекла. Возможно разрезание как самого тонкого хрустального стекла, так и прочного пуленепробиваемого стекла с микронной точностью.
• Гидроабразивные станки часто применяются для производства прокладок.
• ГАР подходит для резки любых материалов: от каленой пружинной стали до таких цветных металлов, как латунь и медь, а также тонких графитовых композиционных материалов и таких мягких материалов, как резина и бумага.
• Гидроабразивный метод резки часто используется для серийного и мелкосерийного производства и изготовления опытных образцов.
• Гидроабразивный станок также применяется для резки пеноматериалов, резины, пластика, изоляционных материалов, ткани. Благодаря тонкой струе можно достигать плотного раскроя. Высокая производительность гидроабразива достигается при использовании оборудования с автоматической загрузкой/разгрузкой.

Особенности конструкции

Рабочая ванна станка

• Несущие опоры станка выполнены из нержавеющей стали и имеют возможность простой замены в случае износа.
• Для поддержки обрабатываемого материала на несущие опоры устанавливаются быстросменные ребра, что позволяет максимально защитить несущие опоры от воздействия гидроабразивной струи.
• Для защиты рабочей зоны от шума и образующейся пыли, ванна станка оснащается системой быстрого подъема/опускания воды, что позволяет выполнять обработку детали, полностью погруженной в воду.
• Вся пыль, образующаяся при обработке, остается в воде, а уровень шума при обработке снижается до 65 Дб.

Система перемещения

• Станок имеет консольную конструкцию с ременным приводом перемещения осей.
• Ременной привод прост в эксплуатации, легко заменяется при износе и наиболее приспособлен для работы на станках гидроабразивной резки, т.к. практически не боится попадания абразивного материала.
• Для повышения точности позиционирования на станок устанавливаются линейные индуктивные датчики, позволяющие добиться точности позиционирования ±0,025 мм.
• Перемещение осей выполняется по линейным направляющим, за счет чего обеспечивается высокая точность позиционирования, плавность хода и скорость перемещения.

Насос высокого давления

• Наиболее важным узлом любой установки гидроабразивной резки является насос высокого давления.

Система ЧПУ

• На гидроабразивные станки устанавливается система ЧПУ.

Выносной пульт с маховичком

• При работе на любом станке очень удобным является использование маховичка и выносного пульта.
• Данные устройства позволяют выполнить привязку или настройку, максимально быстро и точно.

Бак для абразива

• Конструкция бака выполнена таким образом, что имеется возможность пополнения запасов абразива даже во время работы установки, что существенно экономит время.
• Бак оборудован соответствующими датчиками контроля уровня абразивного материала.

Система поддержания постоянного зазора

• Данная система представляет собой специальный контактный механизм, который при перемещении по листу позволяет поддерживать оптимальный зазор между фокусирующей трубкой и материалом, что способствует точности и качеству реза, а также позволяет не беспокоиться за опасность столкновения фокусирующей трубки с материалом.

Угловая голова

Угловая голова позволяет выполнять поворот режущей головки в двух плоскостях с максимальным углом наклона до 60 градусов, что позволяет выполнять обработку фасок, криволинейных поверхностей, компенсировать конусность при обработке. Угловая голова сконструирована таким образом, что при компенсации конусности или выполнении фаски по контуру, перемещение выполняется только по одной поворотной оси, что обеспечивает высокую точность обработки и постоянство угла. При выполнении обработки сложных поверхностей, станок имеет возможность работы сразу по 5-ти координатам.

Датчик сканирования материала

При обработке на станках гидроабразивной резки возникает проблема, связанная с неровностью обрабатываемого материала. Для решения данной задачи на станок может быть установлена лазерная или ультразвуковая система сканирования материала. Такая система выполняет сканирование материала до обработки с заданным интервалом, что позволяет поддерживать требуемый зазор во время обработки материала и обеспечивает максимальную точность обработки. При работе с маленькими деталями возможно сканирование только точек вреза.

Датчик контроля абразива

Датчик контроля подачи абразива выполняет проверку количества подаваемого абразивного материала во время обработки, что позволяет выполнять рез без постоянного присутствия оператора, что позволяет остановить обработку в случае попадания в режущую головку посторонних материалов, таких как остатки мешковины или посторонней фракции. Диапазон допустимых значений задается непосредственно со стойки оператора и может быть изменен даже в процессе обработки.

Устройство удаления абразива

На гидроабразивный станок может быть установлена система удаления отработанного абразива, состоящая из бак-отстойника и насоса. Отличительной особенностью данной системы является использование мембранного насоса, который максимально приспособлен для работы в агрессивных средах и прост в обслуживании. Для удобства работы бак для отработанного абразива имеет быстросъемные разъемы для подсоединения шлангов и приспособлен для транспортировки кран-балкой или погрузчиком.

Устройства загрузки металла

Гидроабразивные станки оснащаются различными системами загрузки материала. Наиболее распространены кран-балки с тельферами, оснащенные вакуумными или механическими захватами; пневматические и гидравлические подъемники с регулируемыми рычагами, поддерживающими материал в наиболее важных участках.

См. также

• Криогенная резка
• Лазерная резка
• Плазменная резка

Отрывок, характеризующий Гидроабразивная резка

Видно было, что это «ну, что» относилось ко многому такому, что, не называя, они понимали оба.
Княжна, с своею несообразно длинною по ногам, сухою и прямою талией, прямо и бесстрастно смотрела на князя выпуклыми серыми глазами. Она покачала головой и, вздохнув, посмотрела на образа. Жест ее можно было объяснить и как выражение печали и преданности, и как выражение усталости и надежды на скорый отдых. Князь Василий объяснил этот жест как выражение усталости.
– А мне то, – сказал он, – ты думаешь, легче? Je suis ereinte, comme un cheval de poste; [Я заморен, как почтовая лошадь;] а всё таки мне надо с тобой поговорить, Катишь, и очень серьезно.
Князь Василий замолчал, и щеки его начинали нервически подергиваться то на одну, то на другую сторону, придавая его лицу неприятное выражение, какое никогда не показывалось на лице князя Василия, когда он бывал в гостиных. Глаза его тоже были не такие, как всегда: то они смотрели нагло шутливо, то испуганно оглядывались.
Княжна, своими сухими, худыми руками придерживая на коленях собачку, внимательно смотрела в глаза князю Василию; но видно было, что она не прервет молчания вопросом, хотя бы ей пришлось молчать до утра.
– Вот видите ли, моя милая княжна и кузина, Катерина Семеновна, – продолжал князь Василий, видимо, не без внутренней борьбы приступая к продолжению своей речи, – в такие минуты, как теперь, обо всём надо подумать. Надо подумать о будущем, о вас… Я вас всех люблю, как своих детей, ты это знаешь.
Княжна так же тускло и неподвижно смотрела на него.
– Наконец, надо подумать и о моем семействе, – сердито отталкивая от себя столик и не глядя на нее, продолжал князь Василий, – ты знаешь, Катишь, что вы, три сестры Мамонтовы, да еще моя жена, мы одни прямые наследники графа. Знаю, знаю, как тебе тяжело говорить и думать о таких вещах. И мне не легче; но, друг мой, мне шестой десяток, надо быть ко всему готовым. Ты знаешь ли, что я послал за Пьером, и что граф, прямо указывая на его портрет, требовал его к себе?
Князь Василий вопросительно посмотрел на княжну, но не мог понять, соображала ли она то, что он ей сказал, или просто смотрела на него…
– Я об одном не перестаю молить Бога, mon cousin, – отвечала она, – чтоб он помиловал его и дал бы его прекрасной душе спокойно покинуть эту…
– Да, это так, – нетерпеливо продолжал князь Василий, потирая лысину и опять с злобой придвигая к себе отодвинутый столик, – но, наконец…наконец дело в том, ты сама знаешь, что прошлою зимой граф написал завещание, по которому он всё имение, помимо прямых наследников и нас, отдавал Пьеру.
– Мало ли он писал завещаний! – спокойно сказала княжна. – Но Пьеру он не мог завещать. Пьер незаконный.
– Ma chere, – сказал вдруг князь Василий, прижав к себе столик, оживившись и начав говорить скорей, – но что, ежели письмо написано государю, и граф просит усыновить Пьера? Понимаешь, по заслугам графа его просьба будет уважена…
Княжна улыбнулась, как улыбаются люди, которые думают что знают дело больше, чем те, с кем разговаривают.
– Я тебе скажу больше, – продолжал князь Василий, хватая ее за руку, – письмо было написано, хотя и не отослано, и государь знал о нем. Вопрос только в том, уничтожено ли оно, или нет. Ежели нет, то как скоро всё кончится , – князь Василий вздохнул, давая этим понять, что он разумел под словами всё кончится , – и вскроют бумаги графа, завещание с письмом будет передано государю, и просьба его, наверно, будет уважена. Пьер, как законный сын, получит всё.
– А наша часть? – спросила княжна, иронически улыбаясь так, как будто всё, но только не это, могло случиться.
– Mais, ma pauvre Catiche, c'est clair, comme le jour. [Но, моя дорогая Катишь, это ясно, как день.] Он один тогда законный наследник всего, а вы не получите ни вот этого. Ты должна знать, моя милая, были ли написаны завещание и письмо, и уничтожены ли они. И ежели почему нибудь они забыты, то ты должна знать, где они, и найти их, потому что…
– Этого только недоставало! – перебила его княжна, сардонически улыбаясь и не изменяя выражения глаз. – Я женщина; по вашему мы все глупы; но я настолько знаю, что незаконный сын не может наследовать… Un batard, [Незаконный,] – прибавила она, полагая этим переводом окончательно показать князю его неосновательность.
– Как ты не понимаешь, наконец, Катишь! Ты так умна: как ты не понимаешь, – ежели граф написал письмо государю, в котором просит его признать сына законным, стало быть, Пьер уж будет не Пьер, а граф Безухой, и тогда он по завещанию получит всё? И ежели завещание с письмом не уничтожены, то тебе, кроме утешения, что ты была добродетельна et tout ce qui s'en suit, [и всего, что отсюда вытекает,] ничего не останется. Это верно.
– Я знаю, что завещание написано; но знаю тоже, что оно недействительно, и вы меня, кажется, считаете за совершенную дуру, mon cousin, – сказала княжна с тем выражением, с которым говорят женщины, полагающие, что они сказали нечто остроумное и оскорбительное.
– Милая ты моя княжна Катерина Семеновна, – нетерпеливо заговорил князь Василий. – Я пришел к тебе не за тем, чтобы пикироваться с тобой, а за тем, чтобы как с родной, хорошею, доброю, истинною родной, поговорить о твоих же интересах. Я тебе говорю десятый раз, что ежели письмо к государю и завещание в пользу Пьера есть в бумагах графа, то ты, моя голубушка, и с сестрами, не наследница. Ежели ты мне не веришь, то поверь людям знающим: я сейчас говорил с Дмитрием Онуфриичем (это был адвокат дома), он то же сказал.
Видимо, что то вдруг изменилось в мыслях княжны; тонкие губы побледнели (глаза остались те же), и голос, в то время как она заговорила, прорывался такими раскатами, каких она, видимо, сама не ожидала.
– Это было бы хорошо, – сказала она. – Я ничего не хотела и не хочу.
Она сбросила свою собачку с колен и оправила складки платья.
– Вот благодарность, вот признательность людям, которые всем пожертвовали для него, – сказала она. – Прекрасно! Очень хорошо! Мне ничего не нужно, князь.
– Да, но ты не одна, у тебя сестры, – ответил князь Василий.
Но княжна не слушала его.
– Да, я это давно знала, но забыла, что, кроме низости, обмана, зависти, интриг, кроме неблагодарности, самой черной неблагодарности, я ничего не могла ожидать в этом доме…
– Знаешь ли ты или не знаешь, где это завещание? – спрашивал князь Василий еще с большим, чем прежде, подергиванием щек.
– Да, я была глупа, я еще верила в людей и любила их и жертвовала собой. А успевают только те, которые подлы и гадки. Я знаю, чьи это интриги.
Княжна хотела встать, но князь удержал ее за руку. Княжна имела вид человека, вдруг разочаровавшегося во всем человеческом роде; она злобно смотрела на своего собеседника.
– Еще есть время, мой друг. Ты помни, Катишь, что всё это сделалось нечаянно, в минуту гнева, болезни, и потом забыто. Наша обязанность, моя милая, исправить его ошибку, облегчить его последние минуты тем, чтобы не допустить его сделать этой несправедливости, не дать ему умереть в мыслях, что он сделал несчастными тех людей…
– Тех людей, которые всем пожертвовали для него, – подхватила княжна, порываясь опять встать, но князь не пустил ее, – чего он никогда не умел ценить. Нет, mon cousin, – прибавила она со вздохом, – я буду помнить, что на этом свете нельзя ждать награды, что на этом свете нет ни чести, ни справедливости. На этом свете надо быть хитрою и злою.
– Ну, voyons, [послушай,] успокойся; я знаю твое прекрасное сердце.
– Нет, у меня злое сердце.
– Я знаю твое сердце, – повторил князь, – ценю твою дружбу и желал бы, чтобы ты была обо мне того же мнения. Успокойся и parlons raison, [поговорим толком,] пока есть время – может, сутки, может, час; расскажи мне всё, что ты знаешь о завещании, и, главное, где оно: ты должна знать. Мы теперь же возьмем его и покажем графу. Он, верно, забыл уже про него и захочет его уничтожить. Ты понимаешь, что мое одно желание – свято исполнить его волю; я затем только и приехал сюда. Я здесь только затем, чтобы помогать ему и вам.
– Теперь я всё поняла. Я знаю, чьи это интриги. Я знаю, – говорила княжна.
– Hе в том дело, моя душа.
– Это ваша protegee, [любимица,] ваша милая княгиня Друбецкая, Анна Михайловна, которую я не желала бы иметь горничной, эту мерзкую, гадкую женщину.
– Ne perdons point de temps. [Не будем терять время.]
– Ax, не говорите! Прошлую зиму она втерлась сюда и такие гадости, такие скверности наговорила графу на всех нас, особенно Sophie, – я повторить не могу, – что граф сделался болен и две недели не хотел нас видеть. В это время, я знаю, что он написал эту гадкую, мерзкую бумагу; но я думала, что эта бумага ничего не значит.
– Nous у voila, [В этом то и дело.] отчего же ты прежде ничего не сказала мне?
– В мозаиковом портфеле, который он держит под подушкой. Теперь я знаю, – сказала княжна, не отвечая. – Да, ежели есть за мной грех, большой грех, то это ненависть к этой мерзавке, – почти прокричала княжна, совершенно изменившись. – И зачем она втирается сюда? Но я ей выскажу всё, всё. Придет время!


В то время как такие разговоры происходили в приемной и в княжниной комнатах, карета с Пьером (за которым было послано) и с Анной Михайловной (которая нашла нужным ехать с ним) въезжала во двор графа Безухого. Когда колеса кареты мягко зазвучали по соломе, настланной под окнами, Анна Михайловна, обратившись к своему спутнику с утешительными словами, убедилась в том, что он спит в углу кареты, и разбудила его. Очнувшись, Пьер за Анною Михайловной вышел из кареты и тут только подумал о том свидании с умирающим отцом, которое его ожидало. Он заметил, что они подъехали не к парадному, а к заднему подъезду. В то время как он сходил с подножки, два человека в мещанской одежде торопливо отбежали от подъезда в тень стены. Приостановившись, Пьер разглядел в тени дома с обеих сторон еще несколько таких же людей. Но ни Анна Михайловна, ни лакей, ни кучер, которые не могли не видеть этих людей, не обратили на них внимания. Стало быть, это так нужно, решил сам с собой Пьер и прошел за Анною Михайловной. Анна Михайловна поспешными шагами шла вверх по слабо освещенной узкой каменной лестнице, подзывая отстававшего за ней Пьера, который, хотя и не понимал, для чего ему надо было вообще итти к графу, и еще меньше, зачем ему надо было итти по задней лестнице, но, судя по уверенности и поспешности Анны Михайловны, решил про себя, что это было необходимо нужно. На половине лестницы чуть не сбили их с ног какие то люди с ведрами, которые, стуча сапогами, сбегали им навстречу. Люди эти прижались к стене, чтобы пропустить Пьера с Анной Михайловной, и не показали ни малейшего удивления при виде их.
– Здесь на половину княжен? – спросила Анна Михайловна одного из них…
– Здесь, – отвечал лакей смелым, громким голосом, как будто теперь всё уже было можно, – дверь налево, матушка.
– Может быть, граф не звал меня, – сказал Пьер в то время, как он вышел на площадку, – я пошел бы к себе.
Анна Михайловна остановилась, чтобы поровняться с Пьером.
– Ah, mon ami! – сказала она с тем же жестом, как утром с сыном, дотрогиваясь до его руки: – croyez, que je souffre autant, que vous, mais soyez homme. [Поверьте, я страдаю не меньше вас, но будьте мужчиной.]
– Право, я пойду? – спросил Пьер, ласково чрез очки глядя на Анну Михайловну.
– Ah, mon ami, oubliez les torts qu'on a pu avoir envers vous, pensez que c'est votre pere… peut etre a l'agonie. – Она вздохнула. – Je vous ai tout de suite aime comme mon fils. Fiez vous a moi, Pierre. Je n'oublirai pas vos interets. [Забудьте, друг мой, в чем были против вас неправы. Вспомните, что это ваш отец… Может быть, в агонии. Я тотчас полюбила вас, как сына. Доверьтесь мне, Пьер. Я не забуду ваших интересов.]
Пьер ничего не понимал; опять ему еще сильнее показалось, что всё это так должно быть, и он покорно последовал за Анною Михайловной, уже отворявшею дверь.
Дверь выходила в переднюю заднего хода. В углу сидел старик слуга княжен и вязал чулок. Пьер никогда не был на этой половине, даже не предполагал существования таких покоев. Анна Михайловна спросила у обгонявшей их, с графином на подносе, девушки (назвав ее милой и голубушкой) о здоровье княжен и повлекла Пьера дальше по каменному коридору. Из коридора первая дверь налево вела в жилые комнаты княжен. Горничная, с графином, второпях (как и всё делалось второпях в эту минуту в этом доме) не затворила двери, и Пьер с Анною Михайловной, проходя мимо, невольно заглянули в ту комнату, где, разговаривая, сидели близко друг от друга старшая княжна с князем Васильем. Увидав проходящих, князь Василий сделал нетерпеливое движение и откинулся назад; княжна вскочила и отчаянным жестом изо всей силы хлопнула дверью, затворяя ее.