Гидроабразивная резка – любой материал поддастся!

1 Суть и технология гидроабразивной резки

Базируется данная технология на принципе влияния эрозионного плана абразивных твердых элементов и водяного направленного высокоскоростного потока на материал, подвергаемый резке. С точки зрения физики процесс обработки заключается в отрыве частиц материала из полости реза скоростной струей частиц, находящихся в твердой фазе.
Эффективность данной операции, а также стабильность ее протекания зависят от грамотного подобранных значений:

• размера и расхода абразивных элементов;
• расхода и давления воды.

При сжатии обычной воды под нагрузкой примерно 4 тысячи атмосфер и последующем ее пропускании через малое по сечению сопло (до 1 миллиметра), ее скорость в 3–4 раза превысит скорость звука. Если направить такой поток сжатой воды на какую-либо поверхность, он будет представлять собой мощнейшее режущее приспособление. А если еще дополнительно добавить в поток специально подобранные абразивы, он сможет без труда разрезать изделия из прочного металла толщиной от 10 и выше сантиметров.

Гидроабразивная резка своими руками ничем не отличается от процесса, предлагаемого в наши дни многими фирмами и предприятиями. Для обработки материала нужно приобрести специальное оборудование, которое функционирует по следующему принципу:

• в режущую головку агрегата при помощи нагнетательного механизма подается вода под давлением от 1000 до 1600 атмосфер;
• через дюзу малого сечения (от 0,08 до 0,5 мм) вода на сверхзвуковой либо близкой к ней скорости (около 1200 м/с) идет в устройство, где происходит ее смешивание с карбидами кремния, частицами электрокорунда или песка, иного материала с высокой твердостью;
• из смесительного отсека, который имеет диаметр (внутренний) сопла, полученная смесь подается на материал и разрезает его.

Остаточная энергия режущего потока гасится 70–100-сантиметровым слоем воды. Стоит отметить, что в некоторых агрегатах для резки абразивный материал смешивается с водой не в отдельной камере, а непосредственно в трубке, откуда он поступает на обрабатываемое изделие. При обычной гидрорезке абразивных частичек нет, и вода сразу направляется на поверхность, которую планируется разрезать.

2 Особенности резки изделий водой с абразивами

Струя при описываемой технологии обретает свой разрушительный потенциал в основном за счет абразивных составляющих потока. А уже сугубо транспортная функция ложится на воду. Частицы абразива при этом по размеру подбираются таким образом, чтобы быть не более 10–30 процентов от показателя сечения струи. Именно при таких условиях гарантируется стабильный поток и высокий эффект обработки.

В тех случаях, когда требуется получить малую шероховатость поверхности реза, используют частицы размером от 75 до 100 мкм, в остальных – от 150 до 250 мкм. В целом же, "идеальный" показатель абразива высчитывают как разницу между внутренними сечениями трубки для смешивания агрегата и водяного сопла, разделенную на два.

Выбор твердости абразивных элементов производят с учетом твердости детали, которая подвергается обработке, и вида материала, из которого она сделана. Не рекомендуется применять абразивы твердостью менее 6,5 единиц по шкале Мооса. При этом следует помнить, что режущая головка и ее отдельные компоненты изнашиваются намного быстрее, если используется очень твердый абразив.

Интересующий нас вид резки дает возможность обрабатывать:

• гранит, прочный камень, мрамор и аналогичные материалы;
• металлические, стальные, алюминиевые листы;
• армированные пластики;
• используемые в космической и авиационной сфере титановые, композитные и алюминиевые сплавы, пластмассы с особо толстыми стенками;
• деревянные изделия;
• керамические конструкции;
• любые стройматериалы, включая высокотвердую дорожную брусчатку, железобетон и бетон, блоки из гипсовых композиций;
• изделия со специальными покрытиями;
• бронированное и обычное стекло;
• шестерни и аналогичные детали из металла.

Как правило, разные материалы режутся струей, содержащей определенные виды абразива:

• армированный углеродными либо стеклянными волокнами пластик обрабатывают потоком с силикатным шлаком;
• гранит, железобетон, стальные поверхности и прочие высокотвердые материалы – черным либо зеленым кремниевым карбидом, а также частицами электрокорунда;
• сплавы на основе титана и высоколегированные стали – гранатовым песком.

Большую часть трубок для смешения воды и абразива выпускают из специальных сплавов, которые характеризуются высоким уровнем прочности. Эксплуатироваться без замены они могут до 200 часов непрерывной работы. А сопла производят, как правило, из драгоценных камней – рубина, сапфира, алмаза. Алмазные конструкции без проблем выдерживают до 1,5–2 тысяч часов использования, остальные рассчитаны на 150–200 часов.

3 Гидроабразивная резка металла и других материалов – плюсы и минусы технологии

К самым важным достоинствам процесса резки с применением струи воды и абразива относят:

• отличное качество реза, обеспечивающее показатель 1,6 Ra (средняя величина шероховатости обработанной кромки материала);
• абсолютная взрыво- и пожаробезопасность операции;
• малые потери материалов при обработке;
• отсутствие в легированных и высоколегированных сталях и сплавах на их основе явления выгорания легирующих добавок;
• отсутствие выделений газов при резке, как следствие, экологическая "безупречность" процесса;
• в зоне обработки нет термовоздействия (материал в данной области нагревается максимум до 90 градусов по Цельсию);
• большой спектр толщин материалов, которые можно разрезать (до 30 сантиметров включительно);
• высокая производительность (допускается упаковывать материалы небольшой толщины в общую связку и производить их разрезание за один проход потока);
• нет пригорания и плавления металлов в прилегающей к зоне реза областях, как, впрочем, и непосредственно в месте обработки;
• режущая головка делает минимум холостых ходов, что увеличивает общую эффективность применения технологии.

Описываемая резка признается оптимальной для изделий из меди, алюминия, латунных сплавов, которые имеют высокую теплопроводность. При других вариантах их обработки необходимо применять мощные нагревающие источники, что влечет за собой повышение стоимости работ. Даже лазерная резка медных и алюминиевых конструкций не так эффективна, как гидроабразивная.

Кроме того, такая обработка подходит для:

• выполнения скосов на обрабатываемых изделиях;
• резки объемных конструкций и высокоточного разрезания деталей по сложному контуру.

К недостаткам использования гидроабразивного оборудования относят:

• обусловленный огромной скоростью высокий уровень шума во время работы агрегата;
• малая (по сравнению с лазерной и плазменной технологиями) скорость резки тонколистовой стали;
• недолговечность головки для резания и иных компонентов оборудования;
• высокие затраты на эксплуатацию установки.