Урок 6.4РезатьГлава 6 · Резка и нетрадиционная механическая обработка

Гидроабразивная резка

Вода под очень высоким давлением, обычно с абразивом, размывает рез

Гидроабразивная резка режет материал тонкой, как волос, струёй воды, проталкиваемой через крошечный камень под огромным давлением. В смеси с мелким гранатовым песком струя режет сталь, титан, камень и стекло; чистая вода сама по себе режет пеноматериал, резину и даже еду. Поскольку ничего не нагревается, кромка сохраняет исходные свойства, поэтому гидроабразивная резка — это способ резки материалов, которые повредил бы нагрев.

Фото: Public domain, через Wikimedia Commons

Головка гидроабразивной резки над заготовкой, разрез сбоку вдоль резаНа рисунке показан разрез сбоку вдоль реза, головка показана в разрезе; головка движется вправо. Цифры в кружках соответствуют шагам ниже.

Как это работает

Создайте давление. Насос, обычно мультипликатор (поршневой насос, умножающий давление), поднимает давление воды до около 4000 бар (60 000 psi), а некоторые машины даже выше.
Сформируйте струю. Вода проходит через сопло: камень из сапфира, рубина или алмаза с отверстием шириной несколько десятых миллиметра. Давление превращается в скорость, до около 900 м/с.
Добавьте абразив. Быстрая струя пересекает смесительную камеру и всасывает гранатовый песок из бункера, как пульверизатор втягивает жидкость.
Нацельте и размывайте. Длинная твёрдая смесительная трубка (или фокусирующая трубка) выпрямляет смесь в струю шириной около 1 мм. Миллионы зёрен ударяют по заготовке и размывают в ней узкий рез (прорезанный паз).
Погасите струю. Под заготовкой бак с глубокой водой гасит скорость отработавшей струи и собирает использованный песок и продукты резки.
Следуйте траектории. ЧПУ ведёт головку по контуру. На дне толстых резов струя отклоняется назад, поэтому на углах машина замедляется, чтобы они оставались острыми.

Ключевые факты

Материалы: Почти всё: сталь, титан, алюминий, камень, стекло, керамика, композиты (с абразивом); пеноматериал, резина, текстиль, бумага, еда (чистая вода)
Типичные детали: Плоские профили, прокладки, каменные столешницы и инкрустации, стеклянные панели, авиационные кронштейны
Размер детали: Столы до нескольких метров; металл толщиной до примерно 150 мм
Точность: Часто около ±0,1 мм; у толстых деталей заметна небольшая конусность
Качество поверхности: Матовая, как после пескоструйной обработки; гладкая у верха, слабые волнистые линии у низа; зоны термического влияния нет
Подходящая партия: От одной детали до средних серий
Стоимость оснастки и оборудования: Оснастка не нужна; машины от десятков до нескольких сотен тысяч долларов, плюс гранат и обслуживание насоса
Скорость: Медленнее лазера или плазмы; толстый металл может резаться минутами на метр реза

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Нет нагрева: нет коробления, закалки и обожжённых кромок
Режет почти любой материал, включая камень, стекло и композиты
Толстые детали, до примерно 150 мм металла
Одна машина режет много материалов без смены инструмента

Ограничения

Медленнее и дороже на метр реза, чем термические методы
Гранат, уплотнения насоса и сопла — дорогие расходники
Ширина реза около 1 мм и небольшая конусность в толстых деталях
Мокро и шумно; детали нужно сушить, а бак очищать от шлама

Где применяется

АвиацияТитановые и композитные детали, которые повредил бы нагрев
Камень и стеклоКухонные столешницы, напольные инкрустации, стеклянные панели и мозаики
Механические цехаЗаготовки из толстой плиты, прототипы, детали из твёрдых сплавов
АвтомобилестроениеСалонные ковры, потолочная обивка и уплотнители (чистая вода)
Пищевая промышленностьПорционная нарезка тортов, шоколадных батончиков и замороженной рыбы (чистая вода)
Прокладки и пеноматериалыРезиновые прокладки, пенопластовые вкладыши для упаковки

Как узнать процесс

Матовая, мелко обработанная как пескоструем поверхность реза без малейших цветов побежалости.
Слабые изогнутые линии у низа толстых резов, отклоняющиеся назад от направления реза.
Небольшая конусность: рез часто чуть шире сверху, чем снизу.
Замысловатые формы в камне или стекле, такие как напольные инкрустации, которые не сделать никакой пилой.

Сравните с

Лазерная резка6.2быстрее и точнее на тонком листе, но нагревает кромку и не режет камень или толстое стекло.Плазменная резка6.3гораздо быстрее и дешевле на толстой стали, но оставляет кромку с зоной термического влияния и скосом и режет только металл.Ультразвуковая обработка6.9тоже размывает абразивными зёрнами, но сверлит фигуры в очень твёрдых хрупких материалах, а не режет контуры.

Смотрите

Fireball Tool · Основы гидроабразивного стола для начинающих

Waterjet Channel - Daniel Adair · Объяснение насоса, сопла, смесительной трубки и приёмного бака

Secrets of Everyday Things · Почему одного давления недостаточно, чтобы резать сталь

OMAXCorp · Наклоняющаяся головка, которая исправляет конусность, вблизи

Смотреть реальные фото

Википедия: Гидроабразивная резка — обзор со схемой абразивной режущей головки (сопло, гранат, смесительная трубка)
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Давление превращается в скорость на крошечном камне-сопле; гранатовый песок придаёт струе режущую силу.
Нет нагрева, поэтому она чисто режет камень, стекло, композиты и металлы, чувствительные к нагреву.
Медленнее и мокрее лазера или плазмы, с шириной реза около 1 мм и небольшой конусностью.