Гидроабразивная резка материалов

Одним из новых методов резания материалов является метод резания высоконапорной струей жидкости с добавкой абразива – гидроабразивная резка.

Перечислим преимущества резки водой перед лазерной, плазменной, механической резками.

Низкая температура реза. Генерируемое в процессе резания тепло практически мгновенно уносится водой. В результате не происходит заметного повышения температуры в заготовке. Эта характеристика является решающей при обработке особо чувствительных к нагреву материалов. Небольшие сила (1…100 Н) и температура (60…90 °С) в зоне резания исключают деформацию заготовки, оплавление и пригорание материала в прилегающей зоне. Ни одна технология, кроме гидроабразивной резки, не может обеспечить отсутствие термического влияния на металл вблизи пропила. Кромки среза не требуют дополнительной обработки. Поскольку область термовлияния на кромках обработанных деталей отсутствует, гидроабразивная резка позволяет вырезать детали со сложными профилями без дополнительной обработки поверхности реза и достаточно высокой производительностью.

Универсальность применения для различных материалов, т.е. возможность резать на одной установке самые разнообразные материалы:

– жидкостно-абразивная струя особенно эффективна при обработке многих труднообрабатываемых материалов, таких как, например, титановые сплавы, различные виды высокопрочных керамик
и сталей, а также композитных материалов. При гидроабразивной резке последних не создается разрывов в структуре материала, который, таким образом, сохраняет свои первоначальные свойства;

– возможность резки самых разнообразных материалов, в том числе и сверх­твердых (высокопрочные сплавы, стекло, керамика, углепластики и другие композитные материалы и т.п.), с высокой скоростью;

– возможность резки самых разнообразных сэндвич-конст­рук­ций, так называемых «сэндвичей», которые иными способами
не режутся в принципе;

– возможность резки (без абразива) разнообразных мягких материалов – полиуретана, поролона, пластмасс и т.п.;

– возможность обработки сразу «под размер» больших деталей
с высокой точностью, что исключает необходимость последующей механообработки.

Хорошее качество поверхности и сложные контуры. При гидроабразивной резке обеспечивается достаточно высокое качество разрезаемой поверхности.

Можно получать финишную поверхность с шероховатостью Ra 0,5…1,5 мкм, т.е. во многих случаях отпадает необходимость в дополнительной обработке.

Резка может осуществляться в любых направлениях, по линии любой кривизны и сложности. При обработке можно воспроизводить очень сложные формы или скосы под любым углом.

Струя жидкости по своим техническим возможностям при­ближается к идеальному точечному инструменту, что позволяет обрабатывать сложный профиль с любым радиусом закругления,
поскольку ширина реза составляет 0,18…3,0 мм.При резании хрупкого материала – стекла – гидроабразивная обработка позволяет создавать невозможные для других технологий формы и контуры. Водоструйная технология не уступает алмазной резке, когда делаются прямые резы стекла, и тем более никакая другая технология не позволяет получать сложные контуры непосредственно в процессе
резания.

Возможность автоматического управления резанием. За ходом резки следит точное цифровое программное управление Aliko (ЧПУ/CNC), разработанное фирмой ALIKO. Используемую программу автоматизированного проектирования производства можно интегрировать с разнообразным программным обеспечением. Станок X-Y ALIKO управляется с помощью интерфейса ALIX на базе Windows. ALIX обладает большим числом функций, упрощающих его использование, таких как задний ход, точная настройка скорости резки и имитация резки. Все важные параметры для резки можно сохранить в специальной библиотеке для последующего использования. Отдельный режущий блок легко подключить к локальной сети предприятия.

По точности реза ГАР (гидроабразивная резка) сравнима с лазерной резкой (от 0,1 до 1,5 мм) и превосходит плазменную
и газовую резку (рис. 153).

 

 

Рис. 153. График сравнения точности

 

По скорости резания ГАР сравнима с плазменной резкой
(5…500 мм/мин), но уступает лазерной и газовой резке (рис. 154).

 

 

Рис. 154. График сравнения скорости для стали
(лазерная, плазменная, газовая резки)

Основные технические параметры и общий вид установки ГАР представлены на рис. 155 и 156. Сегодня ГАР нашла широкое применение в заготовительном производстве машиностроительных предприятий при резке любых материалов толщиной до 100 мм (табл. 26). При этом стоимость реза в несколько раз меньше, чем при других видах резки материалов (табл. 27).

Физическая сущность гидрорезания заключается в следующем: рабочая жидкость, как правило вода, поступает в систему (см. рис. 154) высокого давления, где сжимается до 200 атм. Далее сжатая жидкость с абразивом подается в режущую головку и в сопло малого диаметра (0,05…0,5 мм), в котором происходит формирование высоко-

 

 

Рис. 155. Принцип работы установки. Давление на вы-

ходе 3000…3800 атм.; угол расхождения струи 0,28°

 

Рис. 156. Портальная машина для гидроабра-

зивной резки

 

Таблица 26

Толщина материалов при гидроабразивной и лазерной резках

Гидроабразивная резка (мм)

Лазерная резка (мм)

Дерево

Пластик

Черная сталь

Нержавейка

Алюминий

Латунь

Титан

Медь

Стекло

Камень

Ламинаты

 

энергетической сверхзвуковой струи жидкости с давлением на выходе до 3000…3800 атм. и скоростью истечения струи 540…1400 м/с. Кинетическая энергия струи настолько велика, что ее достаточно для разрезания (формоизменения) материалов. В качестве абразива используют мелкодисперсный силикатный или гранатовый песок.
В качестве рабочей жидкости кроме воды используют спирт, технические масла (индустриальное масло).

 

Таблица 27

Примерная стоимость 1 м реза в евро/руб

Материал	10 мм	20 мм	50 мм	80 мм
Черная сталь	3,2/112	7,1/249	20/714	35/1226
Гранит	0,5/19	1,2/42	3,5/121	5,9/208
Нержавеющая сталь	3,3/115	7,3/256	21/735	36/1262
Алюминий	1,3/47	2,9/103	8,5/297	14,6/511

 

Примечания.

Стоимость абразива – 350 евро за 1 т; расход 0,4…0,75 кг в минуту.

Стоимость абразива в 1 мин – 0,14…0,26 евро.

Стоимость запчастей (2000 ч в 1 мин) – 0,25 евро.

Стоимость резки указана с учетом всех расходов (песок, вода, электричество, зарплата и т.п.).

 

Кроме вышеперечисленных прогрессивных методов резания материалов сегодня широко применяются методы твердого точения закаленных сталей, методы резания с ограниченным применением СОЖ, электрофизические и другие высокоэффективные методы резания.

7.5. Контрольные вопросы и задания

1. В чем заключается сущность адаптивного управления процессом резания?

2. Какова особенность развития высокоскоростного резания?

3. Сформулируйте новые принципы резания в условиях гибкого производства.

4. В чем сущность гидроабразивной резки материалов?

Список литературы

1. Обработка металлов резанием: справочник технолога / под общ. ред. А.А. Панова. – М.: Машиностроение, 2006.

2. Полохин О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа: справочник / О.В. Полохин, А.С. Тарапанов, Г.А. Хар­ламов; под ред. Г.А. Харламова. – М.: Машиностроение, 2007.

3. Кирсанов С.В. Инструменты для обработки точных отверстий. Библиотека инструментальщика / С.В. Кирсанов [и др.]. – М.: Машиностроение, 2006.

4. Васин С.А. Прогнозирование виброустойчивости инструмента при точении и фрезеровании. Библиотека инструментальщика / С.А. Васин. – М.: Машиностроение, 2007.

5. Гузеев В.И. Режимы резания для токарных и сверлильно-фрезерно-расточных станков с числовым управлением: справочник / В.И. Гузеев, В.А. Батуев, И.В. Сурков. – М.: Машиностроение, 2005.

6. Кожевников Д.В. Режущий инструмент: учебник для вузов / Д.В. Кожевников, В.А. Гречишников, С.В. Кирсанов; под ред. С.В. Кирсанова. – М.: Машиностроение, 2006.

7. Кожевников Д.В. Резание материалов: учебник для студентов высших учебных заведений / Д.В. Кожевников, С.В. Кирсанов; под ред. С.В. Кирсанова. – М.: Машиностроение, 2006.

8. Боровский Г.В. Справочник инструментальщика / Г.В. Боровский, С.Н. Григорьев, А.Р. Маслов. – М.: Машиностроение, 2005.

9. Баранчиков В.И. Справочник конструктора-инструменталь­щи­ка. Библиотека конструктора / В.И. Баранчиков, Г.В. Боровский; под общ. ред. В.А. Гречишникова, С.В. Кирсанова. – М.: Машино­строение, 2004.

10. Полетаев В.А. Технология автоматизированного производства лопаток газотурбинных двигателей. Библиотека технолога / В.А. Полетаев. – М.: Машиностроение, 2007.

11. Калашников А.С. Технология изготовления зубчатых колес / А.С. Калашников. – М.: Машиностроение, 2007.

12. Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов: учеб. пособие / Л.И. Волчкевич. – М.: Машиностроение, 2007.

13. Инструментальная оснастка станков с ЧПУ: справочник. Библиотека инструментальщика / С.Н. Григорьев, М.В. Кохомский; под общ. ред. А.Р. Маслова. – М.: Машиностроение, 2006.

14. Маслов А.Р. Инструментальные системы машиностроительных производств: учебник / А.Р. Маслов. – М.: Машиностроение, 2006.

15. Кирсанов С.В. Инструменты для обработки точных отверстий. Библиотека инструментальщика / С.В. Кирсанов [и др.]. – М.: Машиностроение, 2005.

16. Васильев А.С. Направленное формирование свойств изделий машиностроения / А.С. Васильев [и др.]. – М.: Машиностроение, 2005.

17. Суслов А.Г. Научные основы технологии машиностроения / А.Г. Суслов, А.М. Дальский. – М.: Машиностроение, 2002.

18. Обработка металлов резанием: справочник технолога / под общ. ред. А.А. Панова. – М.: Машиностроение, 2004.

19. Базров Б.М. Основы технологии машиностроения: учебник для вузов / Б.М. Базров. – М.: Машиностроение, 2007.

20. Харламов Г.А. Припуски на механическую обработку: справочник / Г.А. Харламов, А.С. Тарапанов. – М.: Машиностроение, 2006.

21. Васин С.А. Прогнозирование виброустойчивости инструмента при точении и фрезеровании. Библиотека инструментальщика / С.А. Васин. – М.: Машиностроение, 2006.

22. Протасьев В.Б. Прогрессивные конструкции затылованных инструментов. Библиотека инструментальщика / В.Б. Протасьев, Ю.С. Степанов, М.В. Ушаков. – М.: Машиностроение, 2003.

23. Хейфец М.Л. Проектирование процессов комбинированной обработки. Библиотека технолога / М.Л. Хейфец. – М.: Машиностроение, 2005.

24. Васин С.А. Проектирование сменных многогранных пластин. Методологические принципы. Библиотека инструментальщика / С.А. Васин, С.Я. Хлудов. – М.: Машиностроение, 2006.

25. Гузеев В.И. Режимы резания для токарных и сверлильно-фрезерно-расточных станков с числовым управлением: справочник / В.И. Гузеев, В.А. Батуев, И.В. Сурков. – М.: Машиностроение, 2007.

26. Кожевников Д.В. Режущий инструмент: учебник для вузов / Д.В. Кожевников, В.А. Гречишников, С.В. Кирсанов; под ред. С.В. Кирсанова. – М.: Машиностроение, 2007.

27. Кожевников Д.В. Резание материалов: учебник для студентов высших учебных заведений / Д.В. Кожевников, С.В. Кирсанов; под ред. С.В. Кирсанова. – М.: Машиностроение, 2007.

28. Худобин Л.В. Смазочно-охлаждающие технологические средства и их применение при обработке резанием: справочник / Л.В. Худобин, А.П. Бабичев, Е.М. Булыжев; под общ. ред. Л.В. Худобина. – М.: Машиностроение, 2006.

29. Боровский Г.В. Справочник инструментальщика / Г.В. Бо­ров­ский, С.Н. Григорьев, А.Р. Маслов. – М.: Машиностроение, 2007.

30. Баранчиков В.И. Справочник конструктора-инструменталь­щика. Библиотека конструктора / В.И. Баранчиков, Г.В. Боров­ский; под общ. ред. В.А. Гречишникова, С.В. Кирсанова. – М.: Машиностроение, 2006.

31. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результа­тов механических испытаний: справочник / М.Н. Степнов, А.В. Шав­рин. – М.: Машиностроение, 2005.

32. Кожевников Ю.В. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие для вузов / Ю.В. Кожевников. – М.: Машиностроение, 2002.

33. Косов Н.П. Технологическая оснастка: вопросы и ответы: учеб. пособие / Н.П. Косов, А.Н. Исаев, А.Г. Схиртладзе. – М.: Машиностроение, 2005.

34. Бойцов В.Б. Технологические методы повышения прочности и долговечности: учеб. пособие для студентов / В.Б. Бойцов, А.О. Чернявский. – М.: Машиностроение, 2005.

35. Безъязычный В.Ф. Технологические процессы механической и физико-химической обработки в авиадвигателестроении: учебное пособие / В.Ф. Безъязычный, М.Л. Кузьменко, В.Н. Крылов; под общ. ред. В.Ф. Безъязычного. – М.: Машиностроение, 2007.

36. Вивденко Ю.Н. Технологические системы производства деталей наукоемкой техники: учеб. пособие для вузов / Ю.Н. Вивденко. – М.: Машиностроение, 2006.

37. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений / А.Г. Суслов, В.П. Федоров, О.А. Горленко. – М.: Машиностроение, 2006.

38. Полетаев В.А. Технология автоматизированного производства лопаток газотурбинных двигателей. Библиотека технолога / В.А. Полетаев. – М.: Машиностроение, 2006.

39. Киричек А.В. Технология и оборудование статико-импуль­сной обработки поверхностным пластическим деформированием. Библиотека технолога / А.В. Киричек, Д.Л. Соловьев, А.Г. Лазуткин. – М.: Машиностроение, 2004.

40. Калашников А.С. Технология изготовления зубчатых колес / А.С. Калашников. – М.: Машиностроение, 2004.

41. Дальский А.М. Технология конструкционных материалов: учебник для студентов машиностроительных специальностей / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, А.Ф. Вязов. – М.: Машиностроение, 2005.

42. Суслов А.Г. Технология машиностроения: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / А.Г. Суслов. – М.: Машиностроение, 2007.

43. Туктанов А.Г. Технология производства стрелково-пушечно­го и артиллерийского оружия: учебник для студентов вузов / А.Г. Туктанов. – М.: Машиностроение, 2007.

44. Старков В.К. Шлифование высокопористыми кругами / В.К. Старков. – М.: Машиностроение, 2007.

45. Барзов А.А. Эмиссионная технологическая диагностика. Библиотека технолога / А.А. Барзов. – М.: Машиностроение, 2005.

46. Энциклопедия «Машиностроение». Т. III-1. Технологическая подготовка производства. Проектирование и обеспечение деятельности предприятия / под ред. А.В. Мухина. – М.: Машиностроение, 2005.

47. Энциклопедия «Машиностроение». Т. III-2. Технологии заготовительных производств / под ред. В.Ф. Мануйлова. – М.: Машиностроение, 1996.

48. Энциклопедия «Машиностроение». Т. III-3. Технология изготовления деталей машин / под ред. А.Г. Суслова. – М.: Машиностроение, 2006.

 

 

 

 

Учебное издание

 

МакароВ Владимир Федорович

Резание материалов

 

 

Учебное пособие

 

Редактор и корректор Б.Ю. Щепина

 

 

 

Подписано в печать 11.02.09. Формат 60´90/16.

Усл. печ. л. 22,75.

Тираж 100 экз. Заказ № 25/2009.

 

 

Издательство

Пермского государственного технического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.

Тел. (342) 219-80-33.