Технология гидроабразивной резки

1. Общие положения

Гидравлическая и гидроабразивная резка используют принцип герметизированной воды, предварительно смешанной с порошкообразным абразивом и вытекающей под высоким давлением через очень малое отверстие, выполненное в твердом материале. Этот вид резки является альтернативой механической, лазерной, плазменной, а в некоторых случаях единственно возможной.

Струя жидкости по своим техническим возможностям приближается к идеальному точечному инструменту, что позволяет обрабатывать сложный профиль с любым радиусом закругления, поскольку ширина реза составляет 0,6…2,0 мм, отход материала меньше, чем при традиционных методах обработки, рез можно начинать в любой точке заготовки без предварительного выполнения отверстия.

Небольшие сила (1…100 Н) и температура +60…+90 °С в зоне резания, исключают деформацию заготовки, оплавление и пригорание материала в зоне реза. Струя не изменяет физико-механические свойства обрабатываемого материала.

Способ гидроабразивной резки материалов позволяет решать многие технологические проблемы при сложном фигурном раскрое металлов, пластмасс, стекла и плит из природного камня.

Камень - особенно сложный для обработки материал, требует от обработчика больших знаний, опыта, предельной аккуратности и внимания. Однако даже наличие всех перечисленных качеств не избавляет процесс от издержек, связанных с природной структурой камня. А это, в свою очередь, ведет к повышению расхода материала и, соответственно, к повышению стоимости изделия. Гидрорезное оборудование позволяет с высокой точностью воспроизводить задуманное художником. Наличие координатного технологического стола и соответствующего программного обеспечения позволяют создавать композиции из различных материалов и сложные элементы контуров. Одни из них будут с высокой степенью точности совмещаться с такими же сложными по форме другими контурами. Причем сделать это можно как с монтажным зазором (или как его еще называют "швом"), так и без него. Ценность подобной автоматизации заключается еще и в том, что информация об изделии (об его профиле) в виде управляющей программы (и исходного чертежа) может храниться сколь угодно долго. В случае разрушения изделия, оно может быть точно восстановлено. Кроме того, это позволяет тиражировать изделие, быстро переходить к выпуску, как новых изделий путем модификации существующего каталога, так и изделий уже производившихся, но новых требуемых размеров.

На оборудовании для гидроабразивной резки возможно применение программного обеспечения для оптимального (в смысле минимизации отходов) раскроя листа, что позволяет во многих случаях значительно сократить количество отходов.

Открываются новые возможности, связанные с применением гидрорезного оборудования, например, получение очень тонких (до 0.3мм) элементов конструкций из камня, резка пожаро- и взрывоопасных материалов, материалов, выделяющих при применении термических, в частности лазерных, технологий ядовитые компоненты; материалов, имеющих неоднородную структуру, и разрушающихся, пусть частично, при нагревании (стекло, цветные металлы, черные металлы большой толщины, композитные материалы, материалы из сложных органических соединений).

Гидроабразивная струя - это значительно более экономичный, в сравнении с традиционным режущим инструментом, элемент технологического процесса. Например, при обработке полимерных композиционных материалов, типа углепластиков, концевая фреза из твердого сплава имеет ресурс немногим более трех часов, а водное сопло для обработки этого же материала работает нескольких сотен часов и более, процесс протекает без выделения пыли.

Хотя технология гидравлической резки применяется уже много лет, гидроабразивное оборудование только недавно вышло на рынки сбыта и стало самым динамичным сегментом роста станкостроительной промышленности в мире. Имея среднегодовые темпы роста около 9%, оно успешно конкурирует с механической и лазерной обработкой материалов.

2. Процесс гидроабразивной резки

Гидроабразивной струей возможно резать многие материалы: бумага, картон, ткани, кожа, резина, древесина, полимерные материалы (винипласт, фторопласт, органическое стекло, гетинакс, текстолит, стеклотекстолит), фольгированная и металлизированная пластмасса, металлы и сплавы, в том числе труднообрабатываемые (твердые и магнитные сплавы, титан, коррозионно-стойкие и жаропрочные стали), композиционные материалы, керамика, натуральный и искусственный гранит и мрамор, стекло и др.:

Материал

Толщина, мм

Вид абразива

Скорость резки при давлении 250 МПа, мм/мин

Алюминий

12

Электрокорунд

300

Алюминий

120

Электрокорунд

10

Железобетон

150

Электрокорунд

10

Гранит натуральный

100

Электрокорунд

30

Гранит натуральный

200

Электрокорунд

4

Сталь конструкционная

8

Электрокорунд

150

Сталь конструкционная

100

Электрокорунд

2

Сталь нержавеющая

30

Электрокорунд

80

Сталь нержавеющая

70

Электрокорунд

10

Титан

150

Электрокорунд

5

Титан

8

Электрокорунд

300

Производительность и качество резания различных материалов могут быть повышены путем оптимизации таких технологических параметров, как давление воды, размер сопла, скорость перемещения режущей головки.

Применение в качества абразива электрокорунда, карбида кремния, граната и т.п. повышает качество и скорость резания в 2…4 раза, при соответствующем повышении стоимости процесса резки.

Стол технологический с водосборником должен устанавливается на основание, исключающее его вибрацию и имеющее максимальное отклонение ребер от горизонтали не более 10 мм по всей площади стола, а также имеет домкраты для установки в горизонтальное положение верхней (гладкой) поверхности разрезаемого материала.

Материалы общим весом менее 20 кг крепятся в свободных от резки местах струбцинами и прижимными планками к конструкции стола.

Не реже одного раза в неделю следует проверять точность работы машины согласно следующей методике:

проверке подвергается система управления машины и механическая часть в соответствии с инструкцией по эксплуатации:

проверка точности работы машины проводится по контрольной тест программе - по требованиям ГОСТ 5614-74: вычерчивание на листе металла чертилкой, установленной вместо резака, по слою мела квадрата со стороной 1000 мм и окружности диаметром 1000 мм;

после прочерчивания тест программы фактические размеры квадрата должны быть замерены с точностью до 0,1 мм штриховым метром 1 разряда и проставлены на соответствующих линиях. Указывается длина сторон и диагоналей, в окружности - диаметр круга;

прямолинейность сторон квадрата определяется путем натягивания струны параллельно прочерченной линии и замера с помощью измерительной линейки расстояния между струной и линией. Струна натягивается так, чтобы расстояние от нее до обоих концов линии было одинаковым. Допускается натягивать струну непосредственно над линией. Расстояние между струной и линией проверяется не менее чем в семи точках для продольной кромки (вдоль оси "X") и не менее чем в трех точках для поперечной (вдоль оси "Y"). В журнал проверки вносится максимальное отклонение от каждой линии;

замеры вычерченных фигур должны выполняться рулеткой имеющей свидетельство о поверке. Фактические размеры вычерченных фигур следует определять с учетом приведенных в свидетельстве поправок к показаниям рулетки;

кроме контрольных тест программ на участке эксплуатации стола необходимо иметь поверочный инструмент и оснастку:

стальная струна или капроновая жилка диаметром 0,2 0,5 мм, длиной 10 м;  

рулетка стальная десятиметровая с ценой деления 1,0 мм имеющая свидетельство о поверке;

безлюфтовая чертилка;

отклонения размеров вычерченных фигур от фактических размеров тест- программы не должны превышать для габаритных размеров квадрата или окружности 0,3 мм, отклонения от прямолинейности сторон квадрата 0,2 мм;

если результаты выполненных замеров удовлетворяют приведенным требованиям, допускается дальнейшая эксплуатация машины. В противном случае требуется произвести дополнительную наладку. В начале каждой смены оператор обязан проверять точность машины путем проверки размеров вырезанных деталей.  

Одновременно с контролем точности работы машины необходимо проверять состояние опорной поверхности технологического стола и уровня продуктов резки на его дне. Если этот уровень превышает допустимый, необходимо слить из технологического стола воду, очистить технологический стол от остатков продуктов резки.

Качество реза, особенно по сложному криволинейному контуру, существенно зависит от правильности установки величины контурной скорости перемещения резака.

При низкой скорости резки снижается производительность машины и растут удельные эксплуатационные расходы.

При завышенной скорости резки имеет место значительное отклонение нижней кромки детали от контура реза.

При перемещении резака с повышенной скоростью возможно получение режима гидроабразивного гравирования.

4. Приемы гидроабразивной резки

Для вырезки деталей, имеющих изломы линии контура (углы), необходимо при подходе резака к точке излома (вершине угла) значительно снизить скорость резки с ее последующим увеличением после прохождения небольшого участка линии реза за вершиной угла, иначе на нижней кромке детали будет искажение контура реза. Следует учитывать, что при снижении скорости резки несколько увеличивается ширина реза. Другими словами, чем более толстый материал, тем тяжелее получить точность реза в углах.

Для получения минимального расхождения фактической линии контура реза при ее замыкании рекомендуется наружный контур замыкать на углах, а внутренний контур на линиях с минимальной кривизной.

При выполнении пробивки отверстия в материале для возможности вырезки внутреннего контура необходимо учитывать следующее:

стекло, многие виды керамики и некоторые камни имеют склонность к образованию трещин в момент пробивки отверстия;

для хрупких материалов рекомендуется снижение давления струи при пробивке;  

точку пробивки назначать на удалении от контура реза;

для толстых материалов рекомендуется в процессе пробивки отверстия "шевелить" резак в пределах нескольких мм, что снижает разбрызгивание воды с абразивом и ускоряет процесс пробивки;

"шевеление" резака в пределах ± 0,5 мм в процессе резке по контуру позволяет при некотором увеличении шероховатости кромки реза до двух раз увеличить толщину разрезаемого материала.

Гидроабразивная резка должна выполняться при температуре окружающей среды, которая исключает возможность образования льда, получения повышенной хрупкости разрезаемого материала и с учетом требований по эксплуатации машины. В любом случае она при работе и хранении в готовности к работе не должна быть ниже +5 °С и выше +40 °С.

Для уменьшение деформации деталей при резке необходимо:

в первую очередь вырезать отверстия;

вырезку деталей начинать от одной из кромок листа, последовательно переходя от одной детали к другой в направлении, к противоположной кромке;

при составлении карт раскроя деталей для резки рекомендуется применять совмещенные резы, т.е. линия реза разделяет сразу две детали;

начало и направление реза каждой детали должны быть такими, чтобы кромка, соединяющая деталь с основной массой листа, обрезалась в последнюю очередь;  

если одна деталь занимает большую часть листа, то вырезку необходимо начинать с этой детали.

5. Требования безопасности технологического процесса гидроабразивной резки

Процесс гидроабразивной резки сопровождается шумом, выбросом в воздух и зону рабочего места брызг воды и абразива, повышенной влажностью воздуха.

К основным производственным факторам относятся воздействие электрического тока, гидроабразивная струя, брызги гидроабразивной смеси, выбросы частиц разрезаемого материала, движущиеся части машины.

Для обеспечения здоровых и безопасных условий труда обслуживающего персонала необходимо выполнять следующие требования:

  • для установки должно быть выделено отдельное изолированное помещение или изолированный участок; помещение должно быть оборудовано обще обменной вентиляцией;

  • помещение должно быть оборудовано вытяжной вентиляцией;

  • компоненты модуля управления, стол, технологический стол, установка должны быть заземлены;

  • обязательно применение средств индивидуальной защиты от пыли (специальная одежда и респиратор) и шума (противошумные устройства типа "наушники").

© Copyright 2005 ООО "ИНТЕЛМАШ"