Рекомендации по выбору оборудования для гидроабразивной обработки

От | 31.01.2019

Рекомендации по выбору оборудования для гидроабразивной обработки носят общий принципиальный характер, так как окончательное решение по выбору конкретной модели установки из нескольких возможных вариантов должен быть сделан после детальных технико-экономических расчётов.

Данные рекомендации, в первую очередь, относятся к гидроабразивной резке.
   На первом этапе следует обосновать с технической точки зрения использование метода гидроабразивной обработки для решения конкретной технологической задачи. Из всех возможных методов резки заготовок из материала с конкретными физико-механическими свойствами следует отобрать те, которые по своим техническим характеристикам могут быть использованы для обработки. Выбор, как правило, производится среди следующих альтернативных методов резки: фрезерование, пиление, штамповка, гидроабразивная, электроэрозионная, лазерная, плазменная и газокислородная обработки.
Следует отдать предпочтение гидроабразивной резке перед всеми альтернативными способами в случаях, когда:
— предприятию требуется универсальный способ резки в связи с большой номенклатурой обрабатываемых материалов с  разнородными физико-механическими свойствами;
— техническими условиями на деталь исключается возможность термического воздействия на её материал (не допускается упрочнение кромки и деформирование заготовки,  выгорание легирующих элементов в легированных материалах, а также оплавление и пригорание материала на кромках обработанной детали и в прилегающей зоне);
— процесс резки конкретного материала связан с опасностью возникновения пожара или взрыва;
— в процессе резки термическими методами образуются вредные газы или пыль (например, при резке некоторых видов пластмасс требуются для нейтрализации образующихся вредных газов  дорогостоящие реакторы или сложная и дорогая вентиляция, а при резке асбеста – необходимо исключить воздействие на человека вредной для здоровья пыли);
— резке подвергается особо хрупкий материал, как, например, стекло, а также сотовые и сэндвич-конструкции, резина, ткани, кожа, пищевые продукты и т.п.;
— есть возможность резать тонколистовые материалы пакетами;
— речь идет о мобильных установках для ремонтно-восстановительных работ и для добычи природного камня.


В остальных случаях при сравнении гидроабразивного способа резки с конкретными альтернативными  методами  можно  руководствоваться  следующими соображениями (с учётом вышеприведенных рекомендаций):
— область применения фрезерования для резки ограничена раскроем тонколистовых алюминиевых сплавов, в которой она может иметь в некоторых случаях преимущества перед гидроабразивной  по производительности, точности и возможности обработки в нескольких плоскостях. Однако следует помнить, что фрезерная обработка требует дорогостоящих инструментов, оснастки и переналадок;
— пиление заготовок является методом резки с высокой производительностью. Оборудование, инструмент и оснастка для его реализации широко распространены и доступны. Однако этот метод, в основном, применяется для обработки металлов и пластмасс. Он характеризуется значительной шириной реза, невозможностью получения малого радиуса профиля  при контурной резке;
— в некоторых случаях конкурентом гидроабразивной резки может быть штамповка на координатно-пробивных прессах и другом кузнечно-прессовом оборудовании, которые имеют очень высокую скорость изготовления отверстий и формообразования. Однако они имеют серьезные ограничения по видам обрабатываемых материалов, габаритам изделий и требуют, как правило, дорогостоящей оснастки;
— электроэрозионная резка ограничена толщинами и габаритами обрабатываемых заготовок,  не может быть использована для обработки неметаллических материалов и диэлектриков, имеет достаточно низкую скорость обработки. Однако она превосходит гидроабразивную по точности обработки;
— лазерная резкауступает гидроабразивной по таким показателям, как более высокая стоимость оборудования, его ремонта и обслуживания, более высокий расход энергии, невозможность резки светоотражающих и светопропускающих материалов, толщине разрезаемых материалов. Однако при раскрое стальных листов толщиной до 6 мм лазерная резка допускает более высокие скорости резания. Кроме того, лазерные установки обладают некоторой универсальностью – возможностью наряду с резкой производить сварку, маркировку, упрочнение;
— плазменная и газокислородная резки имеют узкий круг обрабатываемых материалов: плазменная резка используется только для токопроводящих материалов, газокислородная – для негорючих материалов. Они характеризуются низкой точностью реза криволинейных поверхностей и большой величиной дефектного слоя, поэтому после неё требуется, как правило, дополнительная механическая обработка, а при резке легированных сталей и материалов толщиной более 25 мм резко увеличивается стоимость эксплуатации плазменных установок. Достоинствами плазменной резки являются относительно низкая стоимость оборудования и его эксплуатации и достаточно высокая скорость резки малых и средних толщин при достаточно больших допусках.

Недостатками гидроабразивного метода резки материалов, которые необходимо учитывать, являются ограниченный ресурс отдельных элементов АВД и режущей головки и одноразовое использование абразивного материала.

Если принято однозначное решение о применении гидроабразивной обработки, то далее выполняются работы по определению требуемых параметров обработки, технических требований к установке гидроабразивной резки и выбор оптимальной модели установки.
Если изготовление изделий можно выполнять несколькими технологическими методами, в том числе и гидроабразивным, то после выбора моделей для их реализации необходимо провести технико-экономическое обоснование рассматриваемых вариантов новой техники. Для этого используются типовые методики, приведённые в различных экономических изданиях и в Интернете.
   На втором этапе следует определить возможность резки материала конкретной марки и заданной толщины. Обычно производители  приводят рекомендуемые толщины реза различных материалов  на выпускаемых ими установках гидроабразивной резки. Например, фирма RIDDER H.G. для своих установок гидроабразивной резки рекомендует резать следующие предельные величины толщин  различных материалов в мм:

Рабочее давление  Сталь  Титан Алюминий Цветные металлы  Натуральный камень    Стекло
      4000 бар  до 180 до 250   до 300        до 180            до 180     до 160
      6000 бар  до 300 до 300   до 400        до 300     без ограничений без огранич.

Что касается мягких материалов, то эта фирма рекомендует резать их струей чистой воды: текстиль и кожу — толщиной до 30 мм, дерево — до 35 мм, резину — до 80 мм и бумагу — до 60 мм (при давлении 4000 бар). При использовании двухфазной струи при том же давлении эти толщины увеличиваются в 7-8 раз, а при увеличении рабочего давления до 6000 бар толщина резки этих материалов практически не ограничена.
   На третьем этапе определяются скорость резки, возможность применения нескольких режущих головок, требуемый тип и количество насосов
высокого давления. Именно эти показатели влияют на производительность и экономичность процесса. Действительно, применение нескольких режущих головок дает возможность вести одновременно изготовление нескольких одинаковых или различных деталей. Однако применение нескольких режущих головок может потребовать задействовать не один, а несколько насосов высокого давления в виде сети, что отразится на стоимости установки и, следовательно, себестоимости изделий.
Производители гидроабразивных установок обычно дают рекомендации по ориентировочным скоростям резания на своих установках, которые учитывают только некоторые условия обработки. Так, например, фирма Water Jet Sweden считает, что на её установках вполне достижимы скорости резания различных материалов, приведенные на рисунке.
Как правило, эти рекомендации относятся к условиям прямолинейного реза и не учитывают ряда очень важных технологических факторов.

Поэтому  при выборе скорости резания на конкретной операции необходимо учитывать следующие факторы:
— сложность контура вырезаемой детали.  Наибольшая скорость резания назначается на участках прямолинейного реза. Для того, чтобы обеспечить постоянное качество реза на радиусах и в углах контура скорость реза необходимо снижать и тем сильнее, чем меньше радиусы и острее углы;
— величину рабочего давления. Чем выше рабочее давление, тем больше может быть выбрана скорость резания. Эта зависимость особенно чувствительна при обработке толстых и твёрдых материалов. Например, фирма DARDY (Китай) рекомендует при работе на своих установках режущей головкой с соплом диаметром 0,8 мм следующие скорости резки для конкретных материалов  и их толщин:

       Обрабатываемый материал     Толщина, мм Скорость резания при рабочем давлении, мм/мин.
            3000 бар           3800 бар
     Нержавеющая сталь               1                850             1200
              3                400              600
              6                220              300
             10                150              200
             16                 60              100
             20                 60               85
             30                 20               40
             55                  —               10
             65                  —                5
Медь               3               1000             1500
              5                500              850
                   Алюминий              10                200              400
             20                 80              150
             30                100              200
             70                  —               50
Мрамор              20                300              400
             30                200              300
                     Гранит              20                250              320
             30                150              200
Керамика              10                500              800
             28                100              300
                     Стекло               6               1200             1500
             10                600              800
             19                350              500
          Многослойное стекло              21                400              600
           Вспенённая резина              20               5000             7000
             50               2000             3000
             80               1500             2000

— расход абразива. С одной стороны, малое количество абразива резко снижает скорость резания. С другой стороны, излишне большое количество абразива приводит к возникновению в щели «подушки» из абразивных частиц и тем самым к снижению скорости резания;
— требования к точности контура и качеству поверхности реза. Как правило, чем выше эти требования, тем ниже скорость резания.
— техническое состояние и параметры  установки: диаметр водяного сопла, диаметр и длина смесительной трубки, степень их износа, расстояние  от сопла до поверхности обрабатываемого материала, размеры и физико-механические свойства абразивного материала.

Необходимые параметры системы высокого давления: величина рабочего давления, показатели расхода воды, количество и мощность насосов высокого давления — уточняются с учётом физико-механических свойств обрабатываемого материала, его толщины, скорости резания и числа режущих головок.

Физико-механические свойства материала и его толщина определяют минимальные требования к расходу воды. Толстые материалы (как твёрдые, так и мягкие) требуют увеличенного напора и количества воды для достижения высокого качества реза. Высокое давление необходимо также для обработки сверхпрочных материалов с плотной структурой.


Количество режущих головок также оказывают значительное влияние на производительность обработки.  Использование нескольких режущих головок повышает производительность, но требует большого количества воды.  Насосы компании KMT Waterjet (США) позволяют работать одновременно несколькими  режущими головками, которые могут резать одну или несколько различных деталей, что существенно снижает расходы на эксплуатацию.

Для этой цели насосы компании KMT Waterjet могут быть объединены в единую группу по принципу сети (эксклюзивная технология KMT Waterjet), что позволяет достигнуть высокой скорости резания при использовании нескольких режущих головок.
   На четвёртом этапе необходимо уточнить соответствие установки гидроабразивной резки требованиям точности обработки. Обычно в технических условиях приводятся данные о точности позиционирования рабочего органа. Однако точность резки неадекватна точности позиционирования. Она зависит от свойств материала, его предварительной обработки, размеров стола, степени его нагрева и ряда других факторов, например, от длины заготовки.
   На пятом этапе с учётом установленных параметров обработки и технических требований к установке производится выбор подходящих моделей оборудования. По прайс-листам фирм, продающих выбранные модели установок гидроабразивной резки, выявляются технико-экономические показатели, необходимые для расчёта себестоимости резки.
При расчёте себестоимости резки принимаются во внимание следующие затраты (в различных регионах страны эти затраты могут быть различными):
— стоимость оборудования;
— затраты на электроэнергию, воду и абразив;
— затраты на заработную плату обслуживающего персонала;
— затраты на быстроизнашивающиеся  детали и запчасти. Обычно фирма-изготовитель сообщает о номенклатуре, ресурсе  и стоимости быстроизнашивающихся деталей (сопла режущей головки, уплотнители высокого давления, фокусирующие трубки режущей головки, фильтры-элементы водяные, масла и т.д.);
— затраты на технологическую подготовку производства и прочие затраты.
Некоторые фирмы или их дистрибьюторы, стремясь облегчить клиенту выбор оборудования, приводят расчёты стоимости резки на установках своего производства.
При окончательном выборе оптимальной модели оборудования также следует учитывать:
— транспортные расходы при её приобретении;
— расходы на техническое обслуживание;
— возможность модернизации оборудования за счёт покупки дополнительных опций;
— опыт и престиж фирмы-изготовителя;
— наличие представительства в России и т.п.;
— ассортиментный ряд выпускаемого фирмой оборудования;
— предоставляемый фирмой-поставщиком гарантийный срок оборудования;
— возможность проведения ею пуско-наладки и обучения обслуживающего персонала и т.п.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *