This is Google's cache of http://www.zsklaser.ru/stati/tehnologiya_i_oborudovanie_gidroabrazivnoy_rezki_promishlennogo_primeneniya/ . It is a snapshot of the page as it appeared on 1 May 2014 14:07:09 GMT. The current page could have changed in the meantime. Learn more Tip: To quickly find your search term on this page, press Ctrl+F or ⌘-F (Mac) and use the find bar. Text-only version  

Полянский Сергей Николаевич, главный специалист ОАО «ВСМПО» Постоянно растущий уровень требований потребителя к показателям качества и производительности процессов резки, разработка и создание новы материалов, большой сортамент и номенклатура разрезаемы изделий, многократность использования операций резки на стадия изготовления детали определяет прогресс в совершенствовании существующи те нологий, оборудования, инструмента. Сравнительно недавно возникший способ гидроабразивной резки (ГАР) стремительно завоёвывает популярность в различны отрасля промышленности: от авиакосмической до пищевой. Основными отличительными признаками те нологии ГАР являются отсутствие теплового и ме анического воздействия на обрабатываемые изделия и малая доля потерь металла. Перечисленные признаки доминируют в авиационны те нология при изготовлении деталей из дорогостоящи и чувствительны к температуре материалов (титановые сплавы). Для некоторы видов материалов и изделий – керамические, композиционные, многослойные, сотовые – не существует способа альтернативного ГАР. Те нология ГАР обеспечивает естественную совместимость с работами в силу малости инерционны сил (менее 40 Н) действующего на инструмент и малого веса подвижны масс (в 3 раза легче, чем у соответствующего лазера). Способ отличает те нологическая гибкость и универсальность, создано и эксплуатируется оборудование трё мерной резки с перемещением режущей головки по пяти (восьми) осям. Процесс разрезания проис одит в результате эрозионного воздействия на металл высокоскоростного потока твёрды частиц. Отделение частиц разрезаемого материала состоит из комбинированного действия ме анизмов резки, рупкого разрушения, усталости и плавления. Скорость процесса эрозии зависит от кинетической энергии частиц, ме анически свойств разрезаемого материала, угла атаки, формы частиц [1]. Согласно концепции M.Hashish по толщине разрезаемого материала отчётливо различают две зоны. На участке со стороны в ода струи металл удаляется вследствие микрорежущего ме анизма действия струи с углом атаки близким к 90°град. По мере проникания струи вглубь металла изменяется угол атаки, струя теряет мощность, на плоскости реза со стороны вы оды струи формируются бороздки. На этой стадии в основе ме анизма эрозии лежит деформационный износ. Вторую зону арактеризует бороздчатость и волнистость повер ности. Некоторые авторы предполагают, что сопротивление эрозии металла в вер ней зоне разрезаемого сечения определяет его твёрдость, в нижней зоне – модуль Юнга. Общепринято оценку экономической эффективности те нологии ГАР проводить в сравнении с те нологией лазерной резки, поскольку обе те нологии одинаково успешно развиваются в последнее время и имеют наибольшее количество совпадающи признаков – конструктивны и функциональны . При этом отмечают, что лазерная те нология не эффективна применительно к материалам с высокой отражающей способностью и с большой толщиной разрезаемого сечения ( рис. 1 ). Те нологии гидроабразивной и лазерной резки не исключают одна другую. Основным недостатком обои методов считают косину плоскости реза ( до 1,5 град ). Капитальные затраты на приобретение установки лазерной резки (лазер СО

; 2 квт; общая мощность 50 кВт) в два раза превышают затраты на аналогичную установку ГАР ( общая мощность 35 кВт)   [2]. Стоимость системы высокого давления в зависимости от мощности привода показана на рис 2  [3]. С 1985 года сфера использования те нологии ГАР для резки широкого ассортимента металлически и неметаллически материалов быстро расширялась  с попутным ростом новы областей применения. Фактически, для определённы материалов те нология ГАР обеспечивает явные преимущества перед другими альтернативными процессами. Основным доводом в пользу ГАР при выборе те нологии резки полуфабрикатов и изделий из алюминиевы и титановы сплавов, спецсплавов послужил существующий опыт зарубежны авиакосмически фирм и наличие надёжного оборудования способного работать в непрерывном режиме. Коротко остановимся на нескольки арактерны примера , показывающи сортамент и номенклатуру разрезаемы изделий и материалов, а также основные фирмы-разработчики и производители оборудования для реализации те нологии ГАР. Широкий сортамент ( толщиной более 0.5 мм ) разрезаемы материалов освоен фирмой "Lockheed Aeron. Sys. Co" (США). Завод фирмы изготавливает детали транспортны самолётов Lockheed С-130 и С-17 на 6-ти осевой машине Streamline ( ф.Ingersoll-Rand Co ) с ЧПУ.   Материал деталей – алюминиевые и титановые сплавы, графитовый композит. Композитные материалы и тонкие металлические листы режут пакетом со скоростью 750 мм/мин, толстые титановые листы – 12 мм/мин. После вырезки детали не требуют дополнительной обработки [4]. Фирма GEC-Alsthom (Франция) сообщает о достижения при использовании те нологии ГАР для вырезки детали из высокотвёрдого термически обработанного титанового сплава толщиной 300 мм. Продолжительность вырезки детали составляет 3 часа, вместо 40 часов, требовавши ся ранее при применении дисковой пилы на крупном фрезерном станке с ЧПУ. Точность размеров вырезанной детали составляет 1 мм. Стоимость затрат на операцию гидроабразивной резки полностью компенсирует меньшая продолжительность и трудоемкость [5]. Опыт фирмы Ray and John Connely (США) показал, что обработка материалов (титан, бронза, инконель, сталь) толщиной до 102 мм оказывается более дешёвой и производительной при использовании ГАР по сравнению с ранее применявшимся фрезерованием на станке с ЧПУ типа CNC и резкой проволокой на электроэрозионном станке. Точность резки на многоцелевом станке Bengal         (ф. Flow) составляет ±0.15 мм  [6].

    Рис. 2         стоимость системы высокого давления [ 3 ]. Проведена работа по резке  тонки слоисты материалов с титановой основой (Ti15Mo2.7Si3Al или Ti6Al4V) упрочнённой карбидом кремния с использованием различны методов, включая резку ме аническими ножницами, алмазной пилой, электроимпульсную резку и ГАР. Оценку качества обработки повер ности среза производили с помощью растровой электронной микроскопии. Показано, что только те нология ГАР обеспечивает орошее качество повер ности реза без дополнительной обработки [7]. Компания LAI Mid. Inc, являющаяся отделением компании Laser App. Inc (США) имеет 18 установок ГАР и 16 установок лазерной резки. На установка ГАР производят резание металла (титан, алюминий, медь, сталь и т.д.), толщиной до 380 мм, а на установка лазерной резки – до 16 мм. По ряду причин предпочтение отдают те нологии ГАР [8]. По заказу аэрокосмической промышленности фирма разработала оригинальные те нологии изготовления вкладышей амортизаторов рулей и титановы сеточны фильтров для отработанны газов реактивного истребителя. Изготовление сеточного фильтра потребовало разработки программы для вырезки 28 000 отверстий в форме огранённого алмаза с шагом изменения угла 45°град., усовершенствования системы ЧПУ для программирования перемещения режущей головки по пяти осям. Также станки дополнительно оснащены машиной измерения координат, оптическим компаратором, специальными датчиками давления. Также освоена те нология ГАР по контуру турбинны лопаток авиационны двигателей, обеспечивающи точность контура с допуском 0.20 мм, производительность процесса составляет 6 шт./мин. С 1999 года те нологию ГАР применяют на Вер несалдинском металлургическом ПО (ВСМПО) для проведения операций раскроя плоского полуфабриката, обрезки облоя крупногабаритны штамповок, вырезки образцов. Разрезаемый материал – сплавы титана и алюминия, коррозионно-стойкие стали, инконель, интерметаллиды, биметаллы. Для реализации процесса приобретены силовые насосные установки модели 9XS-55K (379 МПа; 3.1 л/мин) и 20XD-55K (379 МПа; 7.5 л/мин) производства фирмы Flow Int. Corp (США) ( рис. 3 ). Установки укомплектованы координатными столами, изготовленными  фирмой PTV (Че ия) с размером рабочего пространства   2 4 м и 4 10 м. Водяную струю, наполненную абразивом, формируют системой Paser 3. Управление дву координатным перемещением осуществляют при помощи базового Software CAD/CAM Rykrys (ф. PTV). Для повышения  показателей качества плоскости реза и исключения случаев аварийны поломок инструмента регулировку расстояния между торцом сместительной трубки и повер ностью разрезаемого материала производят при помощи датчика высоты DCF-CP-20  производства ф. АВА (Германия). За три прошедши года накоплен те нологический и эксплуатационный опыт работы. Оборудование удобно в обслуживании и надёжно в работе в условия эксплуатации по непрерывному графику. Продолжительность машинного времени составляет 5-6.5 час/смен, 500 час/месяц. При этом 70 % времени оборудование работает в режиме (давление и рас од) близком к предельным арактеристикам насоса. Параметры процесса резки подбирали на натурны образца . Скорость резки конкретного сортамента и марки материала устанавливали в зависимости от давления и рас ода воды, рас ода и марки абразивного материала. Давление воды принимали постоянным с максимальным значением 379 МПа, рас од воды при работе одной режущей головки изменяли в диапазоне 1.85-5.98 л/мин, при работе одновременно двумя режущими головками – 3.7-7.26 л/мин. Рас од воды регулировали за счёт изменения про одного сечения водяного сопла в предела 0.25-0.50 мм. В качестве абразивного материала использовали гранатовый концентрат поставки ф. Flow, дву фракций: 80 меш. (0.20 мм) и 50 меш. (0.25 мм). Для формирования водоабразивной струи использовали твёрдосплавные сместительные трубки с внутренним диаметром 1.02 мм и 1.5 мм, длиной 75; 102 и 120 мм (ф. Flow). Стойкость инструмента соответствует паспортным данным поставщика (ф. Flow). Стойкость сапфированы водяны сопел составляет 40-60 час и зависит от степени очистки воды. Стойкость твёрдосплавны сместительны трубок – 80-150 час. в зависимости от марки материала трубки. По результатам экспериментальны и производственны работ на установка ГАР накоплена те нологическая база данны применительно к широкому диапазону номенклатуры и сортамента разрезаемы изделий. Марки обрабатываемы материалов разбили на группы в зависимости от ме анически свойств. Режимы процесса резки отрабатывали на наиболее арактерны представителя эти групп: те нически чистый титан ( Grade 2 ), титановый сплав Ti6Al4V, интерметаллид Ti33Al, инконель 716, алюминиевый сплав В95, коррозионностойкая сталь 12Х18Н10Т, биметалл сталь-титан, медь М1. Основной диапазон разрезаемы сечений  8-140 мм. Максимальная толщина достигала 350 мм. В оде испытаний определён диапазон скоростей резки, позволяющий получать однородную повер ность плоскости реза без бородчатости и волнистости при толщине металла до 20-25 мм. Шеро оватость повер ности – Ra 1.8-2.55 мкм. Качество плоскости реза и скорость резки зависят от ме анически свойств разрезаемого металла. С повышением вязкости материала скорость резки уменьшалась. На примере сплава Ti6Al4V показана арактерная зависимость скорости резки от толщины сечения (рис. 4). Вер няя кривая скорости соответствует границе прорезания. снижение скорости за нижнюю границу практически не влияет на повышение качества плоскости реза. В процессе освоения те нологии ГАР показана тенденция увеличения доли разрезаемы изделий большой толщины сечений (плит и штамповок). Возросла загрузка оборудования на проведение операций по раскрою плит толщиной 70-210 мм. На рис. 5 приведён применяемый диапазон скоростей резки при раскрое толсты плит. Американские исследователи подчёркивают, что операция раскроя очень толсты материалов демонстрирует специфические достоинства те нологии ГАР. Для получения оптимального результата существует единственная комбинация диаметров про одного сечения водяного сопла и сместительной трубки; твёрдости, размера и количества абразива. Уникальные возможности те нологии ГАР – способность начать рез в любой точке, резка толсты сечений при отсутствии термического и ме анического воздействия – наиболее чётко отражает операция вырезки темплетов из штамповок. При проведении сертификационны работ в среднем от штамповки отбирают  около 15 образцов для определения ме анически свойств и структуры металла в различны сечения . Обрезка облоя крупногабаритны штамповок на установке ГАР также значительно снижает трудоёмкость операции по сравнению с обработкой на фрезерном станке с ЧПУ.

  Рис. 5. Изменение скорости резки плит из титанового сплава Grade 5 при давлении воды – 379 МПа ; рас оде воды – 5,98 л/мин.; рас оде песка – 0,75 кг/мин.;фракции гранатового концентрата GMA – 0,20 мм. Исследования загрязненности повер ностны зон плоскости реза и лицевой стороны изделия проводили на растровом электронном микроскопе BS-300, относительную величину степени наклёпа оценивали по ширине дифракционной линии b (102) на установке ДРОН-2, геометрические показатели плоскости реза (косина, бороздчатость, волнистость) измеряли на микроскопе МИС-11. Результаты исследований показывают вкрапления единичны частиц абразива в плоскости реза и на лицевой повер ности. После кислотного травления на глубину 0.025 мм, загрязнение повер ности абразивом полностью ликвидируется. Величина относительной степени наклёпа плоскости реза изделий из сплава титана составляет 131 % на в оде и 137 % на вы оде режущей струи, глубина наклёпа до 0.12 мм. Полученные значения наклёпа совпадают с аналогичными показателями измерений после операции ленточного шлифования. Выполнен имический микроанализ приповер ностны зон. Содержание элементов соответствует основе металла, газонасыщение повер ностны зон отсутствует. Измеренные геометрические параметры плоскости реза при толщине металла 10-140 мм и различны параметра процесса резки составили: шеро оватость – Ra 2.54-4,45 мкм; косина – 0.2-1.53 град.; высота волны – 0.03-0.62 мм; длина волны – 0.08-1.96 мм. Иностранные стандарты регламентируют показатели качества плоскости реза применительно к готовым изделиям. На повер ности не допускают зарезы, заусенцы, локальной задержки струи, большого количества абразивны царапин и размыва повер ности. Контроль качества повер ности производят визуально при 7-ми кратном увеличении. После резки изделие промывают чистой водой и сушат обдувкой возду ом. Для ответственны деталей авиационного назначения предусмотрена операция кислотного травления на глубину 0.075 мм. ис одя из показателей качества определяют оптимальную производительность процесса. Разработчики систем высокого давления постоянно совершенствуют оборудование, инструмент и применяемые материалы. Фирмой Flow заявлено о выпуске новой серии силовы установок с величиной давления воды 4130 бар, 6000 бар, 8000 бар. Причём за счёт пульсации струи воды высокого давления появляется возможность резки металла без использования абразива. особое внимание уделяют системе формирования и контроля за постоянством параметров режущей струи. Сенсорное устройство позволяет оптическим и звуковым способами оповещать оператора о работе режущей головки и о возможны дефекта сопла. Конструкция головки обеспечивает автоматическую фокусировку струи. При вырезке точны деталей с допуском ±0.05 мм предусмотрена система коррекции ширины пропила для обеспечения его постоянства по мере износа инструмента. За годы эксплуатации те нологии ГАР накоплен и обобщён большой производственный опыт. Фирмой "Ingersoll-Rand" создана экспертная система "Smart line", содержащая банк данны по выбору параметров процесса ГАР. Фирмой Flow создана база данны по абразивным материалам  Использование систематизированны данны значительно снижает затраты на реализацию производственного процесса.         Процесс ГАР занял прочное и устойчивое положение в современны те нология . Те нологический процесс развивают и совершенствуют, растёт количество установок, отраслей производства и стран, освоивши новый метод резки. Универсальность и те нологическая гибкость позволяет легко совместить те нологию ГАР с существующими производственными процессами. Важным достоинством способа является его экологичность.