Гидроабразивная резка – универсальный щадящий метод раскроя металла

Резка металла обычно ассоциируется либо с механическим воздействием, либо с тепловым – например, лазерным лучом. Но иногда, при работе с особо тонкими листами металла, или иного материала, данные методы неприменимы. Для таких случаев существует альтернативный способ, который не деформирует и не нагревает металл – гидроабразивная резка. Из сравнительно новых методов резки металла он не настолько широко известен, как та же лазерная, а зря – у него много специфических преимуществ. Давайте же их рассмотрим далее.

Водорезка - что это такое

Гидроабразивная резка, в среде специалистов называемая «водорезкой» – способ обработки металла, который не использует традиционных режущих инструментов, вместо них применяется струя воды, которая нагнетается под давлением и фокусируется на выходе тонко иглой, благодаря чему имеет огромную скорость выхода и приобретает режущие свойства. Зачастую, для ускорения процесса резки, в воду добавляют частицы абразивного материала.

В основе технологии лежит эрозионное воздействие на металл, то есть направленный поток с высокой скоростью отрывает микрофрагменты разрезаемого материала и сразу же их уносит. Особенно эффективно отрываются фрагменты при бомбардировке частицами абразивного материала.

История возникновения

Дедушкой гидрообразивного метода можно считать применение струи воды под давлениям для вымывания руды и камня при шахтной добыче. Этот метод практиковался еще в середине XIX века, и, как считается, впервые был применен в Новой Зеландии. Позже, благодаря золотой лихорадке, технологию переняли американцы – так они вымывали крупицы драгметалла из пустой породы.

В 30-е годы прошлого века уже вполне современным гидроабразивным способом резали рулоны бумаги, для получения ровных, не обмятых или оборванных краёв, как это случается при резе гильотинными станками. Американец Э.Смит в 1935 г. Впервые добавил в водяную струю абразив и получил станок для резки металла. Советские ученые заинтересовались технологией, была даже открыта кафедра в институте, но в связи с Отечественной Войной разработки были свёрнуты.

Широкое использование методики началось в 1979 году, опять же американцами, был создан прототип станка и разработан состав абразива для резки металлов любой толщины и прочности. Серийное производство таких станков началось с 1983 года и с успехом продолжается в наше время.

Принцип работы

В качестве режущего инструмента применяется струя воды, обычно с добавлением частиц абразивного материала. Вода выходит на участок реза под большим давлением через сопло малого диаметра, сфокусированной струёй, приобретая значительную скорость. Процесс имеет несколько этапов, которые определяют параметры воздействия струи на разрезаемый материал:

Давление. Для достижения режущего свойства воды, ее необходимо подавать под высоким давлением – вплоть до 4000 тысяч атмосфер. С этой задачей справляется мощное насосное оборудование, система редукторов.

Подготовка воды. Вода обязательно должна проходить процедуру глубокой очистки, так как примеси (химического плана, повышающие, например, вязкость, и механического – микрочастицы грязи, иные вкрапления) не только снизят качество разреза, но и могут привести к забиванию сопла, что приведет к повышению давления в магистрали подаче жидкости и порче оборудования.

Подача воды. Поток по специальным патрубкам высокого давления подается в рабочую головку и через сопло направляется в линию разреза. Потенциальная энергия давления воды преобразуется в кинетическую, высвобождаясь затем на малом фрагменте разрезаемого материала.

Добавление абразивных частиц. При работе с высокотвердыми или толстыми слоями материала необходимо использование абразива. Для его добавления в струю к режущей головке присоединяется камера смешения. После выхода струи из сопла, она попадает в камеру, и, проходя сквозь нее на большой скорости, образует вакуум. Благодаря нему частицы абразива втягиваются в струю, смешиваются с ним.

Резка. Струя с абразивом или без него попадает на поверхность металла (или иного материала) и разрушает его, начиная с верхних слоев, постепенно углубляясь.

Удаление частиц. Ударяясь о материал, вода теряет скорость и энергию, и просто стекает в резервуар под зоной резки, унося с собой также и отходы процесса – абразив и частицы разрезаемого материала. В дальнейшем воду очищают, и запускают в повторное использование, а абразив и частицы материала утилизируют.

Преимущества и возможности применения

Гидроабразивная резка не оказывает механического воздействия давлением на разрезаемую поверхность, поэтому возможно работать с очень тонкими или хрупкими материалами, вплоть до бумаги и картона, происходит скорее процесс выкраивания, нежели реза. Благодаря этому «водорезка» широко применяется в электронике для нарезания печатных плат, заготовок для корпусов устройств, а отсутствие заусенцев и сколов, возможность выкраивания самых замысловатых фигур делает этот метод незаменимым в ювелирном деле, при обработке линз для оптических приборов, в рекламной сфере – для изготовления презентационной продукции, элементов вывесок, табличек и пр.

Да, с этими задачами может справиться и лазерный станок. Но есть сферы, в которых применение лазера невозможно, а вода даёт  отличный результат. Гидроабразивная резка не нагревает поверхность ввиду отсутствия теплового и механического контакта, а, наоборот, охлаждает струей воды. Поэтому в оборонной, пиротехнической промышленности именно водой режут взрывоопасные и легковоспламеняющиеся предметы. Кроме того, лазер неприменим для резки отражающих поверхностей, в то время как гидроабразив нечувствителен к свойствам разрезаемого материала. Благодаря отсутствию нагрева водой режут продукты питания, упаковочные материалы (термоусаживающиеся пленки, например), бумагу, картон, кожу для изготовления одежды.

Метод экологичен, при работе не выделяется никаких испарений, следовательно, в отличии от лазерной резки, требования к вентиляции помещения практически минимальные.

Из недостатков метода – меньшая скорость реза, по сравнению с лазерной установкой. Метод значительно дороже – учитывая как стоимость оборудования, так и расходуемых материалов (вода, абразив, сопла, трубки). Гидрорезка – очень шумный процесс, поэтому необходимо принимать соответствующие меры для защиты органов слуха. При углублении в толщу материала струя теряет энергию, поэтому срез на толстых заготовках имеет некоторую конусность.