Гидроабразивная резка — вид обработки материалов резанием, где в качестве режущего инструмента вместо резца используется струя воды или смеси воды и абразивного материала, испускаемая с высокой скоростью и под высоким давлением. В природе подобный процесс, протекающий естественным образом, называется водной эрозией.
Содержание |
Первые попытки использования струи воды в промышленности были осуществлены в 30-х годах ХХ столетия американскими и советскими инженерами для выемки камня, руды и угля. Серьёзным импульсом развития технологии резки струей воды под высоким давлением послужило ее использование в авиастроительной и аэрокосмической индустрии.
В конце 1960 — годов американская авиастроительная компания выбрала гидроабразивную резку для обработки композиционного оптического волокна, материалов сотовой структуры и ламинированных материалов. Эти материалы особо чувствительны к высоким температурам и давлению.
В 1993 году была организована Фирма "OMAX Corporation" с целью практического использования новой технологии управления движением, которая особенно успешно могла быть использована именно в гидроабразивной резке. Основатели фирмы, Д. Олсен (Dr. John Olsen) и Д. Чанг (Dr. John Cheung), являются ведущими специалистами в мире по этой технологии. Именно Д. Олсен в начале 70-х годов прошлого века изобрёл и изготовил первый в мире насос-мультипликатор, положив тем самым начало всей технологии гидроабразивной резки. Работа Д. Чанга с гидроструями и гидроабразивом уходит к истокам современной индустрии. Получив докторскую степень в области Механики и Материаловедения, Д. Чанг начал работать с гидроструями в 1973 году в качестве инженера-исследователя в Горном бюро США.Д. Чанг проводил ранние исследования возможности гидроабразивной резки и сверления в горнорудной промышленности и строительстве, а десятью годами позже стал президентом Flow Industries (1982-1987 гг.). Помимо инженерного образования, Д. Чанг также обладает обширным экономическим опытом. Он является основателем (или партнёром-основателем) таких фирм, как: • ADMAC, Inc. (слилась с Flow Systems и образовала Flow International в 1987 г.) • UTILX; • FlowDril; • OMAX. Будущее гидроабразивной технологии определил доктор Джон Олсен. С самого начала своей карьеры Д. Олсен интересовался жидкостями и их поведением. Его докторская диссертация 1966 года в области Механики Жидких Сред в Массачусетском Технологическом Институте стала провозвестником всего того, что впоследствии определило зарождение новой индустрии. В 1970 году он основал научно-исследовательскую компанию, разработки которой в области гидроструйных технологий маленькую компанию под названием Flow Research. Сегодня подразделения Flow Research приносят доход порядка $200 млн. Технология используется в многочисленных и самых разнообразных отраслях: бумажной, автомобильной, аэрокосмической, пищевой, металлообрабатывающей, нефтегазовой, разрыхлении и очистке бетонных поверхностей, и т.п. Первоначально Д. Олсен был сосредоточен на разработке, конструировании и изготовлении насоса высокого давления. Работа как с первичным мультипликаторным насосом, так и с насосом прямого действия явилась абсолютным коммерческим успехом. Внедрив гидроструйную технологию с производство, Д. Олсен почувствовал ещё больший потенциал применения гидроабразива в некрупных частных предприятиях. Но программирование поведения струи надо было сделать как можно более простым. Революция в мире компьютерной техники сделала реальными мечты Д. Олсена. В 1993 году он основал корпорацию OMAX. С тех пор OMAX стала лидером в разработке и изготовлении легкоуправляемых установок гидроабразивной резки. Обладая более чем дюжиной патентов и примерно столькими же публикациями под его именем, Д. Олсен остаётся основной движущей силой гидроабразивной индустрии. На текущий момент он является вице-президентом корпорации OMAX в Кенте, Вашингтон. OMAX была основана с целью тщательной проработки патентованной технологии управления движением, которую вкратце можно описать так: "Сначала расчёт - потом перемещение". Эта технология использует компьютер для расчёта скорости перемещения инструмента с дискретизацией 80 точек/мм, что позволяет осуществлять полный контроль над гидроабразивной струёй, а также быструю и точную обработку. OMAX уделяет значительное внимание НИОКР, чтобы и дальше сохранять позицию лидерства в области производства оборудования для точной гидроабразивной обработки. Успех подобной деятельности знаменуют такие достижения, как внедрение в гидроабразивную технологию первого патентованного контроллера на базе ПК, самые точные координатные столы и усовершенствованная технология насосов прямого действия. В OMAX работают старшие научные сотрудники и инженеры, заслугой которых и является разработка насосов ВД и соответствующего оборудования ВД. Оборудование OMAX не устаревает, наоборот, оно спроектировано с тем расчётом, чтобы его можно было обновлять и усовершенствовать, а не покупать новое. В частности, это достигается за счёт постоянного бесплатного обновления программного обеспечения.
В основе технологии гидроабразивной резки лежит принцип эрозионного воздействия смеси высокоскоростной водяной струи и твёрдых абразивных частиц на обрабатываемый материал. Физическая суть механизма гидроабразивной резки состоит в отрыве и уносе из полости реза частиц материала скоростным потоком твердофазных частиц. Устойчивость истечения и эффективность воздействия двухфазной струи (вода и абразив) обеспечиваются оптимальным выбором целого ряда параметров резки, включая давление и расход воды, а также расход и размер частиц абразивного материала.
Сравнение технологий плазменной, лазерной и гидроабразивной резки
Лазерная резка
Лазерная резка является одним из высокотехнологичных методов раскроя различных листовых материалов. Принцип данной технологии: лазерный луч, собираясь на поверхности обрабатываемого материала, нагревает его до тех пор, пока тот не начнет испаряться. Мощность лазерного луча регулируется в зависимости от разрезаемого материала.
Плазменная резка
Технология плазменной резки основана на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия. Сущность процесса плазменной резки заключается в локальном расплавлении и выдувании расплавленного материала из полости реза.
Одной из главных характеристик плазменной резки является максимальная толщина разрезаемого материала. В технических характеристиках оборудования плазменной резки эта величина обычно приводится для углеродистой стали. На толщину разрезаемого материала существенно влияет теплопроводность. Поэтому, например для меди, максимальная толщина разрезаемого металла снижается примерно на 30 % по сравнению с указанными рабочими толщинами.
Плазменная резка имеет еще одну важную характеристику — скорость резки, которая оказывает существенное влияние на качество. При пониженной скорости плазмообразующий газ расходуется нерационально, что приводит к образованию шлака на нижней стороне обрабатываемого материала. При повышенной скорости плазменной резки дуга осциллирует, из-за чего линия реза получается волнистой. При этом также образуется шлак, отделение которого затруднено.
При сравнении технологии гидроабразивной резки с альтернативными методами резки (лазерной и плазменной), самым очевидным преимуществом оказывается универсальность технологии.
При помощи гидроабразивной струи резать можно практически любые материалы:
Резка мягких материалов, таких как полиуретан, поролон и другие пеноматериалы, пластмассы, кожаные изделия, картон, ткани и т. п. осуществляется только струей воды без добавления абразива. Применяется также и в пищевой сфере, для порезки и порционирования пищевых продуктов.
Гидроабразивная резка.
