Что больше нравится?

Пятница, 10 Сентябрь 2021 04:00

Гидроабразивная резка

Автор 
Оцените материал
(1 Голосовать)

Гидроабразивная резка - это процесс резки материала струей воды под высоким давлением. Эта технология часто дополняет другие методы обработки, такие как фрезерование, лазер и электроэрозионная обработка. Во время процесса гидроабразивной резки не образуются опасные материалы или паров, а также не образуются зоны термического нагрева или механические напряжения.

Гидроабразивная обработка может вырезать тончайшие детали из камня, стекла и металлов;

быстро просверлить отверстия в титане; нарезать еду;

и даже убивают болезнетворные микроорганизмы в напитках и соусах.

 

Гидроабразивная резка

 

 

Насосы и другая механика

Все гидроабразивные станки имеют насос, который нагнетает воду под давлением к режущей головке, где она преобразуется в поток. Существуют два основных типа насосов: насосы с прямым приводом и насосы с усилителем.

Насосы с прямым приводом действуют как мойки высокого давления, с тройным насосом, приводящим в действие три плунжера непосредственно от электродвигателя. Максимальное непрерывное рабочее давление на 10–25% ниже, чем у сравнимых насосов-интенсификаторов, это составляет от 20 000 до 50 000 фунтов на квадратный дюйм.

Насосы на основе усилителя составляют большинство насосов сверхвысокого давления (то есть перекачивают более 30 000 фунтов на квадратный дюйм). Эти насосы содержат два контура жидкости: один для воды, а другой - для гидравлики. Входящие фильтры для воды забирают обычную водопроводную воду сначала через картриджный фильтр с 1 микронный, а затем через 0,45 микронный фильтр. Эта вода поступает в подкачивающий насос, где давление поддерживается на уровне около 90 фунтов на квадратный дюйм, прежде чем попасть в насос-усилитель. Здесь давление увеличивается до 60 000 фунтов на квадратный дюйм. Прежде чем вода окончательно покинет насосный агрегат и направится по водопроводу к режущей головке, вода проходит через амортизатор. Это устройство гасит колебания давления для однородности и устранения пульсации, оставляющей следы на заготовке.

 

Специальная сантехника высокого давления подает воду к режущей головке. В качестве материала для изготовления этих труб используется нержавеющая сталь, которые бывают трех основных размеров. Стальные трубы диаметром 1/4 дюйма достаточно гибки для вертикального перемещения оборудования, но не рекомендуются для транспортировки воды под высоким давлением на большие расстояния. Поскольку трубки такого типа легко сгибаются, даже в бухты, длина от 10 до 20 футов может обеспечить перемещение по осям X, Y и Z. Более крупная трубка диаметром 3/8 дюйма и диаметром 3/8 дюйма обычно подает воду от насоса к основанию подвижного оборудования. Хотя он может сгибаться, он обычно не подходит для сантехнического оборудования. Самый большой шланг, размером 9/16 дюйма, наиболее подходит для транспортировки воды под высоким давлением на большие расстояния. с большим диаметром помогает снизить потерю давления.

 

Гидроабразивные станки

Станки гидроабразивной резки - это установки для гидроабразивной резки, история которых восходит к началу 1970-х годов. Они создают меньше влаги на материале, чем прикосновение к нему или дыхание, что делает их пригодными для производства таких продуктов, как автомобильные детали и одноразовые подгузники. Потоки очень тонкие - от 0,004 мм до 0,010 мм в диаметре - и обеспечивают чрезвычайно детальную геометрию с очень небольшими потерями материала. Усилие резания чрезвычайно низкое, а установка зачастую проста. Эти машины лучше всего подходят для круглосуточной работы.

При рассмотрении режущих головок для гидроабразивных станков важно помнить, что скорость потока - это то, что отрывает микроскопические куски или крупинки материала, а не давление. Чтобы достичь этой высокой скорости, вода под давлением проходит через крошечное отверстие в камне - обычно сапфировом, рубиновом или алмазном - на конце сопла. Типичная резка использует диаметр отверстия от 0,004 мм до 0,010 мм. При давлении 40 000 фунтов на квадратный дюйм поток из этого отверстия движется со скоростью около 2 Маха, в то время как скорость превышает 3 Маха при 60 000 фунтов на квадратный дюйм.

Различные камни имеют разные особенности гидроабразивной резки. Сапфиры - самый распространенный материал. Они служат примерно от 50 до 100 часов резки. Рубины непригодны для чистой гидроабразивной резки, но производимая ими струя отлично подходит для черновой абразивной обработки. Во время абразивной резки срок службы рубинов составляет от 50 до 100 часов. Бриллианты намного дороже сапфиров и рубинов, но их срок службы составляет от 800 до 2000 часов. Это делает алмазы особенно подходящими для круглосуточной эксплуатации.

 

Гидроабразивные станки

В абразивном гидроабразивном станке механизм удаления материала не является самой струей. Скорее, поток ускоряет абразивные частицы, разрушая материал. Эти станки, в тысячи раз более мощные, чем водоструйный станок, могут резать твердые материалы, такие как металлы, камень, композиты и керамику.

Абразивные потоки больше, чем их собратья из чистой водоструйной резки, и имеют диаметр от 0,020 до 0,050 мм. Они могут резать стопки и материалы толщиной до 20 мм, при этом не создавая зон термических или механических напряжений. Несмотря на их повышенную прочность, силы резания для струй с абразивом по-прежнему составляют менее одного фунта. Почти во всех абразивно-струйных операциях используется одна струйная установка, и можно легко переключиться с одиночной на использование нескольких головок или даже с абразивной водоструйной обработки на чистовую водоструйную очистку.

 

Абразивы представляют собой твердые, специально просеянный песок. Различные размеры гранул подходят для разных работ.

Хотя водоструйные станки проще в эксплуатации, чем многое другое оборудование, смесительная трубка требует особого внимания оператора. Эта трубка похожа на ствол винтовки по своему ускоряющему потенциалу и доступна в разных размерах с разным сроком службы. Долговечные смесительные трубки были революционным нововведением для абразивной гидроабразивной резки, но трубки по-прежнему очень хрупкие . Сломанные трубки не подлежат ремонту. Современные станки часто имеют автоматическое обнаружение столкновений для предотвращения столкновений с смесительной трубой.

Расстояние зазора между смесительной трубкой и обрабатываемым материалом обычно составляет от 0,010 мм до 0,200 мм, но операторы должны помнить, что зазор более 0,080 мм может вызвать образование инея на верхней кромке среза детали. Подводная резка и другие методы могут уменьшить или устранить обледенение.

 

 

Первоначально смесительные трубы изготавливались из карбида вольфрама, и срок их службы составлял от четырех до шести часов. Срок службы современных недорогих композитных труб составляет от 35 до 60 часов, и они рекомендуются для черновой обработки или обучения новых операторов. Трубки из композитного карбида имеют срок службы до 80–90 часов. Трубки из композитного карбида премиум-класса имеют срок службы от 100 до 150 часов резания.

 

 

 

Оборудование для движения

Помимо обеспечения движения, водоструйные станки должны включать в себя способ удержания заготовки и систему для улавливания и сбора воды и мусора в процессе обработки.

Стационарные и одномерные станки - это простейшие гидроабразивы. Стационарные станки обычно используются  для обрезки композитов. Оператор подает материал через поток, как ленточная пила, в то время как улавливатель собирает поток и мусор. Большинство стационарных водометов - это чистые гидрорежущие стнки, но не все.

 

Бобинорезательные станки - это разновидность стационарной, в которой продукты, такие как бумага, проходят через станок, а гидроабразивная резка разрезает продукт на определенную ширину.

Поперечные станки - это станки, которые перемещаются по одной оси. Они часто работают вместе с режущими устройствами, чтобы создать решетчатый узор на таких заготовках, как пирожные в торговых автоматах.

Продольно-резательный станок разрезает заготовку до определенной ширины, а поперечный разрезает продукт, подаваемый под ним.

 

 

Операторы не должны использовать абразивные струи воды этого типа вручную. Трудно перемещать разрезаемый объект с определенной и постоянной скоростью и это чрезвычайно опасно.

Станки с осями XY, также называемые плоскими станками, являются наиболее распространенными станками для гидроабразивной обработки в двух плоскостях. Вводная струя режет пластик, резину и пену, а абразивные модели режут металлы, композиты, стекло, камень и керамику. Как правило, управление этими станками осуществляется либо с ЧПУ, либо с ПК. Серводвигатели, обычно с обратной связью, обеспечивают постоянство положения и скорости. Базовый блок включает в себя линейные направляющие, опорные блоки и шарико-винтовой привод.

Столы XY обычно поставляются в двух стилях: козловые столы с промежуточным рельсом включают в себя две опорные направляющие и мост, в то время как консольные столы используют одно основание и жесткий мост. Оба типа станков имеют возможность регулировки высоты головки. Эта возможность регулировки оси Z может быть в форме ручного кривошипа, моторизованного винта или полностью программируемого винта сервопривода.

 

 

Улавливающие резервуары на XY-столах обычно представляют собой резервуары, заполненные водой, которые включают решетку или планки для поддержки обрабатываемой детали. Эти опоры медленно расходуются в процессе резки. Емкости-улавливатели могут быть самоочищающимися, когда отходы складываются в контейнер, или ручными, когда операторы периодически сгребают отходы в резервуар.

Увеличение доли изделий с небольшим количеством плоских поверхностей сделало пятиосевую (или более) жизненно важной для современной гидроабразивной обрабтки. К счастью, легкие головки и низкое усилие отдачи во время резки дают инженерам-разработчикам свободу действий, чего не делают высокие нагрузки при фрезеровании. Пятиосевая гидроабразивная обработка первоначально использовала системы шаблонов, но пользователи быстро перешли на программируемую пятиосевую обработку, чтобы отказаться от использования шаблонов.

 

 

Пример сложной обработки  Боинга 777

Однако даже со специальным программным обеспечением 3D-резка сложнее, чем 2D-резка. Составные компоненты хвостового оперения Боинга 777 являются ярким примером. Сначала оператор загружает программу и программирует гибкие «погостики». Мостовой кран доставляет материал детали, а погостики отвинчиваются на нужную высоту и фиксируют деталь. Специальная ось Z без режущей кромки использует измерительный щуп для точного определения местоположения детали в пространстве. После этого программа переориентируется на фактическое расположение детали; щуп убирается, чтобы освободить место для оси Z режущей головки; и программа запускается, управляя всеми пятью осями, чтобы режущая головка удерживалась перпендикулярно обрабатываемой поверхности при движении с точной скоростью, необходимой для операции.

 

 

Характеристики точности детали

Операторы должны знать, что существует большая разница между точностью детали и точностью движения станка. Даже станки с почти идеальной точностью, динамическим движением, контролем скорости и превосходной повторяемостью могут не быть в состоянии изготавливать «идеальные» детали. Точность готовой детали - это сочетание ошибки процесса, ошибки перемещения станка  и стабильности заготовки (фиксация, плоскостность и температурная стабильность).

  1. При обработке материалов толщиной менее 3 мм точность гидроабразивной резки обычно составляет от  0,07 до 0,4 м. Материалы толщиной более 3 мм соответствуют точности от от 0,12 до 2,5 мм. Высокопроизводительные XY-столы предназначены для линейной позиционной точности 0,005 мм или выше.
  2. Потенциальные ошибки, влияющие на точность, включают ошибку компенсации инструмента, ошибку программирования и движение станка. Компенсация на режущий инструмент - это значение, вводимое в систему управления для учета ширины реза из струи, то есть величины, на которую необходимо увеличить траекторию резания, чтобы конечная деталь вышла нужного размера. Чтобы избежать потенциальных ошибок при выполнении высокоточной работы, оператор должен проводить пробные резы и знать частоту, с которой необходимо регулировать компенсацию инстурмента, чтобы соответствовать износу смесительной трубки.
  3. Ошибки программирования возникают чаще всего из-за того, что некоторые элементы управления  не показывают размеры в программах обработки деталей, что затрудняет обнаружение несоответствия размеров между программой обработки детали и чертежом САПР. Важными аспектами движения станка, которые могут привести к ошибкам, являются люфт в механическом блоке и повторяемость. Плохо настроенные сервоприводы могут вызвать ошибки в люфте, повторяемости, прямоугольности и вибрации.

 

 

Эффекты силы

Абразивные материалы составляют две трети эксплуатационных расходов гидроабразивной системы. Другие включают в себя мощность, воду, воздух, уплотнения, обратные клапаны, отверстия, смесительные трубы, фильтры для воды на входе и запасные части для гидравлического насоса и для цилиндров высокого давления.

Работа на полной мощности поначалу может показаться более дорогой, но повышение производительности перевешивает затраты. По мере увеличения расхода абразива скорость резки увеличивается, а стоимость за мм снижается до достижения оптимальной точки. Для максимальной производительности операторы должны управлять головками с максимальной скоростью обработки и максимальной мощностью. Если система мощностью 100 л.с. может работать только с головкой мощностью 50 л.с., использование двух головок в системе может обеспечить такую же эффективность.

 

 

Краткое руководство по гидроабразивной  обработке

Оптимизация абразивной гидроабразивной обработки требует внимания к конкретным ситуациям, но может обеспечить отличный рост производительности.

Выгоднее использовать небольшую головку (например, головку на 25 л.с.) для резки материала менее 0,100 мм.

Не рекомендуется резать воздушные зазоры больше 0,020 мм, поскольку струя открывается в зазоре и грубо срезает нижний уровень. Резать листовой материала лучше плотными стопками это предотвращает обработку воздуха.

Измеряйте производительность по стоимости на мм, то есть по количеству деталей, которые производит система, а не по часам.

Гидравлические форсунки, которые регулярно пробивают композиты, стекло и камень, должны иметь контроллеры с возможностью понижать и повышать давление воды.

Автоматизация погрузочно-разгрузочных работ имеет смысл только тогда, когда погрузочно-разгрузочные работы составляют значительную часть затрат на производство деталей. В станках для гидроабразивной резкой обычно используется ручная разгрузка, в то время как при резке листов в основном применяется автоматизация.

 

 

Использование обратного осмоса и деионизаторов для очистки воды может показаться заманчивым, но удаление ионов повышает вероятность того, что вода будет забирать ионы из металлов в насосе и трубопроводах высокого давления. Это может продлить срок службы диафрагмы, но замена цилиндров высокого давления, обратных клапанов и торцевых крышек намного дороже.

Подводная резка уменьшает обледенение поверхности (также называемое «матовостью») на верхнем крае гидроабразивной резки, а также значительно снижает шум струи и беспорядок на рабочем месте. Тем не менее, это снижает видимость жиклера, поэтому рекомендуется электронный контроль производительности для обнаружения отклонений от пиковых условий и остановки системы.

Дополнительная информация

  • Заказчик: Организация
  • Статус: Нет исполнителя
  • Срок сдачи проекта после оплаты аванса: 01.10.2020
  • ЦЕЛЬ ПРОЕКТА: Рассказать подробней про тему проекта
Прочитано 33 раз Последнее изменение Пятница, 10 Сентябрь 2021 04:21
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии