Метод резки струей воды относится к 1980-м годам как альтернатива «классическим» методам резания с использованием твердых режущих инструментов (поворотные ножи, сверла, фрезы, шлифовальные круги и т. д.).
Резка очень широкого спектра материалов связана с струей воды под высоким давлением, а эффект усиливается добавленным абразивом.
Преимущества и области применения
Существенным преимуществом резки водой является способность обрабатывать различные материалы (практически без ограничений): от чрезвычайно твердых до чрезвычайно мягких материалов, которые изменяют структуру и свойства при повышении температуры, такие как черные и цветные металлы (сталь, алюминий, медь, титан, латунь), сплавы (магнитные и огнестойкие), силикатные материалы (мрамор, гранит, гранит), керамика, мягкие материалы (резина, кожа, бумага), и другие, такие как ПВХ, стекло (однослойное и многослойное, бронированное), плексиглас, графит, силикон и т.д.
Резка водой также применима к материалам, которые требуют стерильности при их обработке (пищевые продукты) и т. д. Обычные пильные инструменты не могут использоваться с такими материалами или их применение связано с рядом ограничений.
Преимущества метода резки струей воды:
- Он экологически чист и позволяет обрабатывать практически все искусственные материалы и композиты без выделения ядовитых паров, пыли, дыма и т. д .;
- Из стекла и керамики могут изготавливаться изделия,а также делаться отверстия и т. Д.;
- Изделия из мрамора, гранита, камня, керамики и т. д., могут выполняться путем гидроабразивной резки;
- Позволяет обрабатывать натуральные материалы (деревянные панели), шкуры, текстиль (ткани, ковры);
- Температура в зоне резания низкая (60-90 ° C), что особенно подходит для термочувствительных материалов, которые изменяют свойства при нагреве; низкие температуры также не вызывают тепловой деформации заготовки;
- Не сжигает легирующие элементы в легированных сталях и сплавах;
- Может обрабатывать как простые, так и громоздкие детали;
- Это единственный способ разрезания нескольких различных материалов (многослойных), например, металлических листов, ламинированных пластиком и т. д .;
- Не требуется отделки поверхностей разреза;
- Высокое качество резки достигается без необходимости отделки;
- Количество отходов и энергия резки, соответственно, малы;
- Можно резать с незначительными усилиями, которые не деформируют заготовку;
- Полная безопасность от пожаров и взрывов и т. д.
Все эти преимущества определяют широкую область применения метода в машиностроении, в т.ч. автомобилестроении и авиастроении; в жилых помещениях; в стекольной промышленности; обработке древесины; текстильной промышленности; бумажной промышленности; электротехнике; военной промышленности (например, для использования боеприпасов), производство кабеля и производство провода; пищевой промышленности – хлебобулочных изделиях, замороженных продуктах, фруктах и многом другом.
Параметры процесса резки воды в современных машинах
Разработка водоструйных машин позволила в последние годы достичь следующих параметров:
- Давление струи воды: 400о900 МРа;
- Диаметр сопла: 0,10-0,3 мм;
- Скорость вылета струи: 800х1200 м / с (более чем в 2 раза скорость звука);
- Ширина резки: 0,10-0,3 мм;
- Скорость резания, которая зависит от материала и толщины заготовки: до 2000 мм / мин (случаи из практики резания достигают скорости до 20 000 мм / мин);
- Расход воды: около 1,5 дм3 / мин (с использованием воды через микрофильтр вода используется повторно);
- Толщина резания: до 200 мм.
Чтобы усилить эффект резки, применяются мелкие абразивные частицы. Они обычно сделаны из твердого песка (гранита или корунда). В последние годы используются так называемые «драгоценные» камни – сапфир, рубин, алмаз и т. д. Таким образом, листы из твердых материалов (сталь, титан, мрамор, стекло и т. д.) Можно разрезать до толщины до 300 мм.
Современные режущие машины
Первое поколение машин для резки воды имеет 3 оси с ЧПУ – X, Y и Z. Для более эффективной резки также создаются машины с двумя или несколькими режущими головками. Более высокая производительность достигается, когда машины оснащены двумя или тремя портами, каждая из которых имеет несколько режущих головок. Для более сложных поверхностей резания также используются машины с 5 осями с ЧПУ – прямолинейными X, Y и Z и вращающимися вокруг X и Y.
Новинкой в машинах для резки водой является установка датчика удара, который автоматически регулирует расстояние между режущей головкой и заготовкой. Это позволяет избежать удара головки в заготовке, если она отклоняется от нормального положения. Современные машины для струйной резки водой имеют высокую точность и скорость.
Например, в случае объемных деталей может быть достигнута высокая точность резки ± 0,04 мм; скорость подачи может достигать 25 м/мин и быстрая настройка до 35 м/мин; точность линейного перемещения ± 0,05/500 мм; точность позиционирования достигает ± 0,08 мм; повторяемость при позиционировании составляет ± 0,025 мм. Современные водоструйные машины полностью отвечают экологическим требованиям рабочей среды.
Новая стратегия оценки машинной точности машин.
При изготовлении машины необходимо оценить ее рабочую точность. «Стандартные» металлорежущие станки приняли стандарты, которые регулируют отклонения их рабочих органов, например, с точки зрения шпинделя, отклонения прямолинейности оси вращения шпинделя относительно траектории опоры инструмента и т. д. Но для водоструйных машин эти условия неприменимы, поскольку инструмент не прочный. Как тогда можно оценить точность работы машины для резки воды?
Это делается с внедрением новой стратегии – неважно, какая точность определяет рабочие органы машины, важно то,с какой точностью делаются детали. На рисунке выше – образец для оценки точности работы этих машин. Как видно из пластинчатой заготовки, вырезано несколько геометрически сложных деталей, некоторые из которых одинаковы.
Вырезная деталь напоминает детскую головоломку, которую можно разобрать, а затем собрать снова, не требуя, чтобы идентичные элементы занимали свои «старые» места. Если это происходит, есть основания полагать, что машина для резки воды имеет требуемую точность работы.
