Резка и обработка материалов с помощью гидроабразивной струи востребована в машиностроении и интенсивно развивается. Технология обладает значительными функциональными и технологическими возможностями, и хорошо поддаётся автоматизации.
Технология гидроабразивной резки используется в машиностроении, как на заготовительных операциях, так и на производстве точных деталей; в авиастроении и аэрокосмической области для резки сплавов алюминия, титана, магниево-литиевых сплавов, жаропрочных составов на хромо-никель-кобальтовой основе. С помощью гидроабразива изготавливают инструменты из твёрдых сплавов (инструментальные стали, карбид вольфрама), режут продукты, взрывчатые вещества, кроят стекло, изготавливают печатные платы и элементы декора.
В последние годы российский парк гидрорежущего оборудования растёт хорошими темпами. Сфера применения технологии расширяется, составляя конкуренцию традиционным методам механической обработки.
Технология гидроабразивной обработки позволяет работать с металлами, камнем, стеклом, различными композиционными и неметаллическими материалами. Возможность работы с разными материалами на одном оборудовании – важное преимущество, которое делает метод универсальным.
Другие преимущества технологии:
При обработке сложных контуров гидроабразивная установка проще в программировании. Обработка осуществляется одним проходом, без образования стружки и пыли. Гидроабразивная установка стоит дешевле лазерной, в обычном производственном режиме с её помощью можно резать сталь и титан толщиной от 10 до 200мм. Есть примеры резки материалов толщиной до 400мм, при увеличении давления.
В ряде случаев гидроабразивной резке нет альтернативы. Например, при эксплуатации нефтепроводов и нефтехранилищ есть необходимость в очистке резервуаров, что требует вырезания отверстий. Любые способы, сопровождающиеся высокой температурой или образованием искр, здесь не подходят.
При взаимодействии частицы, увлекаемой водяной струёй на высокой скорости, и поверхности металла, на последнем образуется неравномерность в виде кратера. Вытесняемая из кратера частица металла образует вал, что сопровождается возникновением внутренних напряжений. Процесс развивается очень быстро, а его скорость зависит, в т.ч., от угла соударения частицы с поверхностью металла.
Частица абразива представляет собой твёрдый остроугольной фрагмент материала. В момент соударения края абразивного зерна прорезают металл, скалывая заготовку на микроуровне, и образуя упомянутый выше кратер.
Режущая способность струи зависит от её состава и кинетической энергии потока. С помощью гидроабразивной струи можно резать практически любые материалы. Для некоторых материалов (поролон, кожа, ткани, ряд пищевых продуктов) возможно использование струи без добавления абразива.
Установки гидроабразивной резки по функциональному назначению ближе всего к вертикальным фрезерным станкам. Работу гидроабразивной установки можно сравнивать со следующими методами.
По сравнению с лазерной и плазменной установками, гидроабразивный метод проигрывает в точности и скорости резки тонкого листового материала. Выгода достигается работой с более толстыми материалами, где обеспечивается холодный рез с сохранением легирующих материалов, что важно при резке нержавеющих сталей. С помощью гидроабразивной установки можно резать и тонкие материалы, если сложить их в стопку, что применяется при потоковом производстве. При резке отсутствуют вредные газы и нет проблем при резке материалов с высокой отражательной способностью.
По сравнению с традиционным фрезерованием, гидроабразивная резка выгодна при изготовлении единичных образцов или мелкосерийных партий деталей благодаря быстрому перепрограммированию оборудования. Обработка происходит за один заход, отсутствует стружка и не требуется использование масла и СОЖ.
Сравнение обработки на гидроабразивной установке и пробивном прессе показывает, что пробивной пресс выгоднее при обработке больших серий деталей. Но при снижении количества деталей в серии, гидроабразив становится выгоднее, т.к. нет затрат на изготовление новых пуансонов и матриц. Гидроабразивная резка, в отличие от пробивного пресса, работает с широким диапазоном толщин, с разными по твёрдости материалами, а края реза не имеют заусенцев.
В структуре затрат на обеспечение процесса гидроабразивной обработки, около 80% приходится на абразив, фокусирующие и формирующие струю элементы. Наиболее перспективными направлениями исследовательских работ можно считать следующие:
Оптимизация расходов на абразивный материал может считаться одним из самых важных направлений. Перспективными задачами являются подбор концентрации абразива, исследование интенсивности резки от формы сопла, подбор фракции абразива. Подбор параметров для технологического режима выполняется для деталей или листовых материалов, определённых сталей и сплавов.
Внедрение в производство результатов исследований будет способствовать оптимизации расходов на гидроабразивную обработку и дальнейшему повышению конкурентной привлекательности метода.
