Гидроабразивная резка материалов: резка стекла, резка металла, резка камня

Гидрорезка - резка водой резины, поролона

Сделать заказ

ВНИМАНИЕ!!!

Этот домен продается. Подробности по телефону +74957984060

Вся информация на нем приведена только справочно.

Наши услуги:
  - гранит
- мрамор
- керамогранит
- панно
- флорентийская мозаика
- бордюры
- розоны
- зеркала
- триплекс
  - алюминий
- нержавейка
- сталь
- латунь
- медь
- титан
- листовой металл
- "Новинка!!! резка труб"
Резка резины
Резка поролона
Резка плитки
  - керамическая плитка
- кафель
Резка пластика
  - оргстекло
- пенопласт
Резка фарфора, фаянса
 
Координаты

ВНИМАНИЕ!!!

Этот домен продается. Подробности по телефону +74957984060

Вся информация на нем приведена только справочно.


HotLog

Технология и оборудование гидроабразивной резки промышленного применения

Полянский Сергей Николаевич, главный специалист ОАО «ВСМПО»

Постоянно растущий уровень требований потребителя к показателям качества и производительности процессов резки, разработка и создание новых материалов, большой сортамент и номенклатура разрезаемых изделий, многократность использования операций резки на стадиях изготовления детали определяет прогресс в совершенствовании существующих технологий, оборудования, инструмента.

Сравнительно недавно возникший способ гидроабразивной резки (ГАР) стремительно завоёвывает популярность в различных отраслях промышленности: от авиакосмической до пищевой.

Основными отличительными признаками технологии ГАР являются отсутствие теплового и механического воздействия на обрабатываемые изделия и малая доля потерь металла. Перечисленные признаки доминируют в авиационных технологиях при изготовлении деталей из дорогостоящих и чувствительных к температуре материалов (титановые сплавы). Для некоторых видов материалов и изделий – керамические, композиционные, многослойные, сотовые – не существует способа альтернативного ГАР. Технология ГАР обеспечивает естественную совместимость с работами в силу малости инерционных сил (менее 40 Н) действующего на инструмент и малого веса подвижных масс (в 3 раза легче, чем у соответствующего лазера).

Способ отличает технологическая гибкость и универсальность, создано и эксплуатируется оборудование трёхмерной резки с перемещением режущей головки по пяти (восьми) осям.

Процесс разрезания происходит в результате эрозионного воздействия на металл высокоскоростного потока твёрдых частиц. Отделение частиц разрезаемого материала состоит из комбинированного действия механизмов резки, хрупкого разрушения, усталости и плавления. Скорость процесса эрозии зависит от кинетической энергии частиц, механических свойств разрезаемого материала, угла атаки, формы частиц [1].

Согласно концепции M.Hashish по толщине разрезаемого материала отчётливо различают две зоны. На участке со стороны входа струи металл удаляется вследствие микрорежущего механизма 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 выходы струи формируются бороздки. На этой стадии в основе механизма эрозии лежит деформационный износ. Вторую зону характеризует бороздчатость и волнистость поверхности. Некоторые авторы предполагают, что сопротивление эрозии металла в верхней зоне разрезаемого сечения определяет его твёрдость, в нижней зоне – модуль Юнга.

Общепринято оценку экономической эффективности технологии ГАР проводить в сравнении с технологией лазерной резки, поскольку обе технологии одинаково успешно развиваются в последнее время и имеют наибольшее количество совпадающих признаков – конструктивных и функциональных. При этом отмечают, что лазерная технология не эффективна применительно к материалам с высокой отражающей способностью и с большой толщиной разрезаемого сечения ( рис. 1 ). Технологии гидроабразивной и лазерной резки не исключают одна другую. Основным недостатком обоих методов считают косину плоскости реза ( до 1,5 град ).

Капитальные затраты на приобретение установки лазерной резки (лазер СО2; 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 технологии ГАР для резки широкого ассортимента металлических и неметаллических материалов быстро расширялась  с попутным ростом новых областей применения. Фактически, для определённых материалов технология ГАР обеспечивает явные преимущества перед другими альтернативными процессами.

Основным доводом в пользу ГАР при выборе технологии резки полуфабрикатов и изделий из алюминиевых и титановых сплавов, спецсплавов послужил существующий опыт зарубежных авиакосмических фирм и наличие надёжного оборудования способного работать в непрерывном режиме.

Коротко остановимся на нескольких характерных примерах, показывающих сортамент и номенклатуру разрезаемых изделий и материалов, а также основные фирмы-разработчики и производители оборудования для реализации технологии ГАР.

Широкий сортамент ( толщиной более 0.5 мм ) разрезаемых материалов освоен фирмой "Lockheed Aeron. Sys. Co" (США). Завод фирмы изготавливает детали транспортных 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 достижениях при использовании технологии ГАР для вырезки детали из высокотвёрдого термически обработанного титанового сплава толщиной 300 мм. Продолжительность вырезки детали составляет 3 часа, вместо 40 часов, требовавшихся 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. 1         Диаграмма экономической эффективности процессов резки [2]:

-         СО2 лазер, 2кВт;

-         гидроабразивная резка, 300 МПа;


 


Рис. 2         стоимость системы высокого давления [ 3 ].

Проведена работа по резке  тонких слоистых материалов с титановой основой (Ti15Mo2.7Si3Al или Ti6Al4V) упрочнённой карбидом кремния с использованием различных методов, включая резку механическими ножницами, алмазной пилой, электроимпульсную резку и ГАР. Оценку качества обработки поверхности среза производили с помощью растровой электронной микроскопии. Показано, что только технология ГАР обеспечивает хорошее качество поверхности 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 установках ГАР производят резание металла (титан, алюминий, медь, сталь и т.д.), толщиной до 380 мм, а на установках лазерной резки – до 16 мм. По ряду причин предпочтение отдают технологии ГАР [8]. По заказу аэрокосмической промышленности фирма разработала оригинальные технологии изготовления вкладышей амортизаторов рулей и титановых сеточных фильтров для отработанных 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 технология ГАР по контуру турбинных лопаток авиационных двигателей, обеспечивающих точность контура с допуском 0.20 мм, производительность процесса составляет 6 шт./мин.

С 1999 года технологию ГАР применяют на Верхнесалдинском металлургическом ПО (ВСМПО) для проведения операций раскроя плоского полуфабриката, обрезки облоя крупногабаритных 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 (Чехия) с размером рабочего пространства   2х4 м и 4х10 м. Водяную струю, наполненную абразивом, формируют системой Paser 3. Управление двух координатным перемещением осуществляют при помощи базового Software CAD/CAM Rykrys (ф. PTV). Для повышения  показателей качества плоскости реза и исключения случаев аварийных поломок инструмента регулировку расстояния между торцом сместительной трубки и поверхностью разрезаемого материала производят при помощи датчика высоты DCF-CP-20  производства ф. АВА (Германия).

За три прошедших года накоплен технологический и эксплуатационный опыт работы. Оборудование удобно в обслуживании и надёжно в работе в условиях 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 расход) близком к предельным характеристикам насоса.

Параметры процесса резки подбирали на натурных образцах. Скорость резки конкретного сортамента и марки материала устанавливали в зависимости от давления и расхода воды, расхода и марки абразивного материала. Давление воды принимали постоянным с максимальным значением 379 МПа, расход 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. Расход воды регулировали за счёт изменения проходного сечения водяного сопла в пределах 0.25-0.50 мм.

В качестве абразивного материала использовали гранатовый концентрат поставки ф. Flow, двух 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 сапфированых водяных сопел составляет 40-60 час и зависит от степени очистки воды. Стойкость твёрдосплавных сместительных трубок – 80-150 час. в зависимости от марки материала трубки.

По результатам экспериментальных и производственных работ на установках ГАР накоплена технологическая база данных применительно к широкому диапазону номенклатуры и сортамента разрезаемых изделий. Марки обрабатываемых материалов разбили на группы в зависимости от механических свойств. Режимы процесса резки отрабатывали на наиболее характерных представителях этих групп: технически чистый титан ( Grade 2 ), титановый сплав Ti6Al4V, интерметаллид Ti33Al, инконель 716, алюминиевый сплав В95, коррозионностойкая сталь 12Х18Н10Т, биметалл сталь-титан, медь М1. Основной диапазон разрезаемых сечений  8-140 мм. Максимальная толщина достигала 350 мм.

В ходе испытаний определён диапазон скоростей резки, позволяющий получать однородную поверхность плоскости реза без бородчатости и волнистости при толщине металла до 20-25 мм. Шероховатость поверхности – Ra 1.8-2.55 мкм.

Качество плоскости реза и скорость резки зависят от механических свойств разрезаемого металла. С повышением вязкости материала скорость резки уменьшалась. На примере сплава Ti6Al4V показана характерная зависимость скорости резки от толщины сечения (рис. 4). Верхняя кривая скорости соответствует границе прорезания. снижение скорости за нижнюю границу практически не влияет на повышение качества плоскости реза.

В процессе освоения технологии ГАР показана тенденция увеличения доли разрезаемых 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 толстых плит. Американские исследователи подчёркивают, что операция раскроя очень толстых материалов демонстрирует специфические достоинства технологии ГАР. Для получения оптимального результата существует единственная комбинация диаметров проходного сечения водяного сопла и сместительной трубки; твёрдости, размера и количества абразива.

Уникальные возможности технологии ГАР – способность начать рез в любой точке, резка толстых сечений при отсутствии термического и механического воздействия – наиболее чётко отражает операция вырезки темплетов из штамповок. При проведении сертификационных работ в среднем от штамповки отбирают  около 15 образцов для определения механических свойств и структуры металла в различных сечениях. Обрезка облоя крупногабаритных штамповок на установке ГАР также значительно снижает трудоёмкость операции по сравнению с обработкой на фрезерном станке с ЧПУ.

Рис. 4.         Изменение скорости резки плит из сплава Ti6Al4V при давлении воды – 379 МПа; расходе воды – 3,63 л/мин; расходе песка – 0,59 кг/мин; фракции гранатового концентрата GMA – 0,20 мм.

 

Рис. 5. Изменение скорости резки плит из титанового сплава Grade 5 при давлении воды – 379 МПа ; расходе воды – 5,98 л/мин.; расходе песка – 0,75 кг/мин.;фракции гранатового концентрата GMA – 0,20 мм.

Исследования загрязненности поверхностных 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 единичных частиц абразива в плоскости реза и на лицевой поверхности. После кислотного травления на глубину 0.025 мм, загрязнение поверхности абразивом полностью ликвидируется. Величина относительной степени наклёпа плоскости реза изделий из сплава титана составляет 131 % на входе и 137 % на выходе режущей струи, глубина наклёпа до 0.12 мм. Полученные значения наклёпа совпадают с аналогичными показателями измерений после операции ленточного шлифования. Выполнен химический микроанализ приповерхностных зон. Содержание элементов соответствует основе металла, газонасыщение поверхностных зон отсутствует.

Измеренные геометрические параметры плоскости реза при толщине металла 10-140 мм и различных параметрах процесса резки составили: шероховатость – 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 поверхности не допускают зарезы, заусенцы, локальной задержки струи, большого количества абразивных царапин и размыва поверхности. Контроль качества поверхности производят визуально при 7-ми кратном увеличении. После резки изделие промывают чистой водой и сушат обдувкой воздухом. Для ответственных деталей авиационного назначения предусмотрена операция кислотного травления на глубину 0.075 мм. исходя 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 силовых 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 возможных дефектах сопла. Конструкция головки обеспечивает автоматическую фокусировку струи.

При вырезке точных деталей с допуском ±0.05 мм предусмотрена система коррекции ширины пропила для обеспечения его постоянства по мере износа инструмента.

За годы эксплуатации технологии ГАР накоплен и обобщён большой производственный опыт. Фирмой "Ingersoll-Rand" создана экспертная система "Smart line", содержащая банк данных по выбору параметров процесса ГАР. Фирмой Flow создана база данных по абразивным материалам  Использование систематизированных данных значительно снижает затраты на реализацию производственного процесса.

        Процесс ГАР занял прочное и устойчивое положение в современных технологиях. Технологический процесс развивают и совершенствуют, растёт количество установок, отраслей производства и стран, освоивших новый метод резки. Универсальность и технологическая гибкость позволяет легко совместить технологию ГАР с существующими производственными процессами. Важным достоинством способа является его экологичность.

Цены на гидроабразивную резку и раскрой материалов Вы можете посмотреть здесь.

Сделать заказ на гидроабразивную резку и раскрой материалов можно здесь или по телефону (095) 792-67-87

Информация
Технология гидроабразивной резки
Области применения технологии гидрорезания - гидрорезки
Преимущества резки водой
Статья Резать водой. "Оборудование" #8 (80) Подробнее >>>
Статья Гидроабразивная разделительная резка Подробнее >>>
Технология, оборудование гидроабразивной резки промышленного
применения
Подробнее>>>
Некоторые сведения о гидрорезании материалов Подробнее>>>
ВНИМАНИЕ!!!
СКИДКИ ДО 25%!!!
для архитекторов и дизайнеров, строительных компаний и ДО 40% для продавцов камня
 
 
на главную Написать письмо