Нарязване с водна струя

Хидравлично рязане

Обща нотация

ГАР - рязане с водна струя
WJC - рязане с водна струя - рязане с водна (или водно-абразивна) струя
AWJC - Абразивно рязане с водна струя - Абразивно водно рязане

Същността на процеса

Ако обикновената вода се компресира при налягане от около 4 000 атмосфери и след това преминава през отвор с диаметър, по-малък от 1 мм, тя ще протича със скорост над скоростта на звука от 3-4 пъти. Като се насочва към обработвания детайл, такава струя вода се превръща в режещ инструмент. С добавянето на абразивни частици, способността за рязане се увеличава стотици пъти и е в състояние да отреже почти всеки материал.

Технологията на водното рязане се основава на принципа на ерозивно (абразивно) въздействие на абразивни и водни струи. Техните високоскоростни твърди фазови частици действат като носители на енергия и, удряйки срещу частиците на изделието, се откъсват и отстраняват последните от кухината на среза. Скоростта на ерозия зависи от кинетичната енергия на засегнатите частици, тяхната маса, твърдост, форма и ъгъл на удар, както и от механичните свойства на обработвания материал.

Технология на рязане

Водата се изпомпва към свръх високо налягане от порядъка 1000-6000 атм се подава към режещата глава. Разрушаване през тесен дюза (течност върха) обикновено е 0,08-0,5 мм диаметър okolozukovoy или свръхзвукови скорости (до 900-1200 m / С или по-висока), водна струя влиза в смесителната камера, където тя започва да се смеси с частици от абразивен - гранат пясък , зърна от електрокорунд, силициев карбид или друг висококачествен материал. Смесената струя напуска тръбата за смесване (смесване) с вътрешен диаметър от 0,5-1,5 mm и разрязва материала. При някои модели режещи глави абразивът се подава в смесителната тръба. За да забавят остатъчната енергия на струята се използва дебелина на водния слой, обикновено 70-100 см.

Фигура. Схема за рязане с водна струя

Фигура. Схема за смесване на абразивни частици

При рязане на вода (без абразив) схемата се опростява: водата под налягане се разчупва през дюзата и се изпраща към продукта, който ще се реже.

Таблица. Типична област на приложение на технологиите за рязане на вода

При разрязване с водно струйно разрушаване, разрушителната мощност на струята се създава в много по-голяма степен чрез абразив, а водата изпълнява преобладаващо транспортна функция. Размерът на абразивните частици е избран равен на 10-30 диаметъра на режещата струя, за да се осигури ефективно въздействие и стабилен отлив. Обикновено, размерът на зърното от 0.15-0.25 mm (150-250 микрона), а в някои случаи - от порядъка на 0,075-0,1 mm (75-100 микрона) ако е необходимо, за да се получи повърхност нарязани с ниска грапавост. Смята се, че оптималният размер на абразивния материал трябва да бъде по-малък от (dc.t. - dc) / 2, където d.s. - вътрешен диаметър на смесителната тръба, d.c. - вътрешен диаметър на дюзата за вода.

Като абразив се използват различни материали с твърдост Mohs 6.5. Техният избор зависи от вида и твърдостта на обработвания детайл и също така трябва да се има предвид, че по-твърдият абразив износва режещата глава по-бързо.

Таблица. Типична област на нанасяне на някои абразивни материали за рязане

Дюзите обикновено са изработени от сапфир, рубин или диамант. Срокът на експлоатация на дюзите за сапфир и рубин е до 100-200 часа, диамантени дюзи - до 1000-2000 часа. При рязане не се използват рубинени дюзи, а сапфирът обикновено трае 2 пъти по-дълго.

Смесителните тръби са изработени от тежки сплави. Живот - обикновено до 150-200 часа.

Технологични параметри

Основните технологични параметри на процеса на рязане с водна струя са:

• скорост на рязане;
• вид, свойства и дебелина на нарязания продукт;
• вътрешни диаметри на водната дюза и смесителната тръба;
• тип, размер, дебит и концентрация в режещата смес на абразивни частици;
• налягане.

Скоростта на рязане (скоростта на движение на режещата глава по повърхността на детайла) оказва значително влияние върху качеството на рязането. При висока скорост се получава отклонение (отклонение) на водно-абразивната струя от правилност, както и значително намаляване на струята при изрязване на материала. Вследствие на това, конусът на рязането и неговата грапавост се увеличават.

Фигура. Типична форма на рязане в зависимост от условията на рязане

Фигура. Движение на струята при рязане със скорост над оптималната

Разделянето на рязането може да се извърши със скорост 80-100 от максимума. Качественото рязане обикновено съответства на диапазона на скоростта 33-65, фино рязане - в 25-33, прецизно рязане - в 10-12,5 от максималната скорост.

Някои модели режещи глави използват автоматична технология за компенсиране на конуса, например Flow Dynamic Waterjet. Коремната компенсация се постига в резултат на програмно контролирания динамичен наклон на режещата глава до известна степен. Това ви позволява да увеличите скоростта на рязане, като същевременно поддържате качеството на рязането и съответно да намалите производствените разходи.

Тъй като вътрешният диаметър на смесителната тръба намалява (всички други неща са равни), производителността и точността на рязането се увеличават, ширината на рязането намалява (това е приблизително 10 пъти вътрешния диаметър на тръбата). В същото време, експлоатационният живот на тръбата намалява. По време на работа на смесителната тръба вътрешният й диаметър се увеличава с приблизително 0,01-0,02 mm за всеки осем часа работа.

Таблица. Приблизителни размери на абразиви в различни режими на рязане

Абразивният разход зависи от диаметрите на смесителната тръба и водната дюза, условията на рязане и т.н. Приблизителните оптимални стойности са дадени в таблицата по-долу.

Таблица. Оптимална консумация на абразивен материал при съотношение на диаметрите на смесителната тръба и дюзата

Максималното работно налягане е обикновено 3000-3200, 3800, 4150 или 6000 бара. Колкото по-високо е налягането, толкова по-висока е скоростта и ефективността на рязане. В същото време е необходима по-честа подмяна на уплътненията в помпата.

Таблица. Зависимост на скоростта на праволинейно разделяне (грубоване) на рязане на дебелината на материала при налягане на помпата P = 4100 bar (приблизително 4046 атм)

Таблица. Зависимост от скоростта на праволинейно разделяне (грубоване) на рязане на дебелината на материала при налягане на помпата P = 6000 bar (около 5922 atm)

Предимства, недостатъци и сравнителни характеристики

С помощта на водна абразивна или водна струя можете да отрежете почти всеки материал. В същото време няма механични деформации на обработвания детайл (тъй като силата на струята е само 1-100 N), нито термичната му деформация, тъй като температурата в зоната на рязане е около 60-90 ° С. Така, в сравнение с технологиите за термична обработка (кислород, плазма, лазер и др.), Водното рязане има следните отличителни предимства:

• по-високо качество на рязане поради минимално топлинно въздействие върху детайла (без топене, топене или залепване на ръбовете);
• възможността за рязане на термочувствителни материали (редица пожарни и експлозивни, ламинирани, композитни и др.);
• екологична чистота на процеса, пълна липса на вредни газови емисии;
• експлозия и пожарна безопасност на процеса.

Водо-абразивната струя е способна да реже материали с дебелина до 300 мм и по-голяма. Хидравличното рязане може да се извърши върху сложен контур с висока точност (до 0,025-0,1 mm), включително за обработка на насипни продукти. С негова помощ можете да направите скосявания. Тя е ефективна по отношение на алуминиевите сплави, медта и месинга, поради високата термична проводимост, която при метода на термично рязане изисква по-мощни източници на нагряване. Освен това тези метали са по-трудни за нарязване с лазер, поради тяхната ниска способност да абсорбират лазерното лъчение.

Недостатъците на водно-абразивното рязане включват:

• значително по-ниска скорост на рязане за тънка стомана в сравнение с плазмено и лазерно рязане
• високи разходи за оборудване и високи оперативни разходи (типични за лазерно рязане) в резултат на употребата на абразив, ток, вода, замествания смесителни тръби, водни струи и уплътнения, които могат да издържат на високо налягане, както и разходите за обезвреждане на отпадъците;
• увеличен шум, дължащ се на поток на струята със свръхзвукова скорост (типичен за плазмено рязане).

Таблица. Сравнение на водното рязане с кислород, плазма и лазерно рязане