Гидроабразивная обработка – принцип работы, области применения, преимущества

Что такое гидроабразивная обработка?

Водоструйная обработка (WJM), также известной как водоструйная резка. , – это нетрадиционный процесс механической обработки, в котором используется высокоскоростная струя воды для удаления материалов с поверхности заготовки.

В этом процессе используются водометы, в качестве которых выступает устройство в виде водяной пилы. В этом процессе вода быстро поднимается и фокусируется на целевой заготовке.

Он способен использовать абразивные частицы, смешанные с водоструйными материалами и некоторыми металлами, при высокой скорости и давлении. В некоторых процессах вообще не используется абразив, и они известны как процессы гидроабразивной обработки.

В этом процессе обработки используется вода под давлением от 200 до 400 МПа. Давление варьируется в зависимости от заготовки, из которой должен быть извлечен материал. Этот процесс подобен природному явлению водной эрозии.

Он в основном используется для удаления материалов с неметаллических и мягких деталей, таких как пластик, резина и стекло. В этом процессе для удаления материалов с заготовки используется струя воды с высокой скоростью. Основные принципы этого процесса заключаются в том, что кинетическая энергия водяной струи должна быть преобразована в энергию давления, чтобы удалить материал с заготовки.

Когда водяная струя сталкивается с заготовкой с кинетической энергией, кинетическая энергия преобразуется в энергию давления. Эта сжатая энергия вызовет нагрузку на заготовку, в результате чего натянутый материал начнет отдаляться от заготовки.

Принцип работы гидроабразивной обработки

Принцип работы гидроабразивной обработки основан на водной эрозии. . Материал выбрасывается, когда высокоскоростная струя воды ударяется о поверхность. Мягкие материалы обрабатываются струями чистой воды. Однако для резки твердых материалов некоторые абразивные частицы смешивают с водой для обработки, что известно как AWJM. (Абразивно-водоструйная обработка).

Детали гидроабразивной обработки

Ключевым элементом гидроабразивной обработки (WJM) является водяная струя,

1 . Резервуар

резервуар для воды используется для хранения воды, которая будет использоваться в процессе обработки. Резервуар обычно располагается несколько выше всей установки.

Это делается для обеспечения непрерывного и бесперебойного потока воды.

2. Гидравлический насос

Гидравлический насос питается от 30-киловаттного (кВт) электродвигатель и подает масло при давлении до 117 бар для привода возвратно-поступательного плунжерного насоса, называемого мультипликатором. Гидравлический насос обеспечивает полную гибкость при гидроабразивной резке и очистке. Он также поддерживает одну или несколько станций резки для повышения производительности обработки.

3. Гидравлический усилитель

Усилитель принимает воду под низким давлением (обычно 4 бара) и выбрасывает ее через аккумулятор под более высоким давлением до от 3000 до 4000 бар . Усилитель преобразует энергию гидравлической жидкости низкого давления в воду сверхвысокого давления. Гидравлическая система подает гидравлическую энергию на возвратно-поступательный поршень в центральной части усилителя.

4 , Аккумулятор

Накопитель поддерживает непрерывный поток воды под высоким давлением и устраняет колебания давления. Он основан на сжимаемости воды (12 процентов при 3800 бар) для поддержания постоянного давления нагнетания и скорости водяной струи, когда поршень мультипликатора меняет свое направление.

5. Трубка высокого давления

Трубка высокого давления подает воду под давлением к режущей головке. Типичные диаметры трубок:от 6 до 14 мм. . Оборудование позволяет гибко перемещать режущую головку. Режущее действие управляется либо вручную, либо с помощью клапана дистанционного управления, специально разработанного для этой цели.

6 .Сопло

В гидроабразивной обработке это устройство, которое преобразует энергию давления воды в кинетическую энергию. сопло в этом случае преобразует напор водяной струи в высокоскоростной пучок водяной струи. Для предотвращения эрозии наконечник сопла сделан из рубина или алмаза.

7. Клапан управления

Этот клапан управления регулирует как напор, так и расход воды и направляет ее к регулятору расхода. В этот момент энергия давления будет преобразована в кинетическую энергию.

8. Регулятор расхода

регулятор потока регулирует расход воды, поступающей от регулирующего клапана. После регулировки регулятора расхода вода будет проходить через сопло, преобразовывая высокое давление воды в воду с высокой скоростью.

9 .Ловец

ловец действует как резервуар для сбора мусора, увлекаемого водяной струей. Кроме того, он снижает уровень шума. (105 децибел (дБ)) связано со снижением скорости водяной струи с 3 Маха до дозвукового уровня.

Работа гидроабразивной обработки

Во-первых, помпа используется для перекачки воды с высокой скоростью. Вода поступает в мультипликатор под низким давлением и переносится в аккумулятор под высоким давлением около 3800 бар. . Аккумулятор — это устройство, временно хранящее воду под высоким давлением.

Накопитель Вода под высоким давлением передается на регулирующий клапан, который регулирует направление потока воды. Регулирующий клапан преобразует энергию давления воды в кинетическую энергию, преобразуя воду под высоким давлением в воду с высокой скоростью, которая затем направляется в регулятор расхода.

Регулятор потока регулирует расход воды и направляет ее к форсунке. Кинетическая энергия воды в насадке значительно возрастает, и насадка производит воду с высокой скоростью.

Затем вода выходит из отверстия и направляется к заготовке. Когда струя воды достигает заготовки, кинетическая энергия преобразуется обратно в энергию давления, и заготовка находится под полным давлением.

Это давление струи воды вызовет некоторые трещины на той части заготовки, где находится гидроцикл, а также некоторые трещины на поверхности заготовки, и поскольку струя воды продолжает ударять по поверхности заготовки в течение длительный период времени. Трещина будет углубляться, и материал снимется с заготовки.

Извлеченный материал уносится водой. После того, как материал удален, вода, которая режет материал, собирается для последующего использования. Части стружки, срезанной с помощью этого процесса, будут присутствовать в материале в этой воде. Эта вода будет отправлена ​​на дальнейшую очистку или может быть повторно собрана через весь процесс струйной обработки.

Преимущества и недостатки гидроабразивной обработки

Преимущества

• Обладает разнонаправленной режущей способностью.
• Тепло не выделяется.
• Резку можно начинать в любом месте без предварительного сверления отверстий.
• Смачивание материала заготовки минимально.
• Отклонение остальной части заготовки отсутствует.
• Образующийся заусенец минимален.
• Инструмент не изнашивается и поэтому не нуждается в заточке.
• Процесс экологически безопасен.
• Устранены проблемы с загрязнением опасной воздушной пылью и удалением отходов, которые часто возникают при использовании других методов очистки.
• Обработка нескольких головок. Простое крепление устраняет необходимость в дорогостоящих и сложных инструментах, которые
  сокращает время выполнения работ и снижает стоимость.
• Исключаются шлифовка и полировка, что снижает количество вторичных операций.
  расходы.
• Узкий пропил обеспечивает плотную вложенность, когда несколько деталей вырезаются из
  один пробел.
• Идеально подходит для черновой обработки материала, придавая ему форму, близкую к чистой.
• Он идеально подходит для материалов, отражающих лазерное излучение, таких как медь и алюминий.
• Это позволяет более точно резать мягкий материал.
• Он прорезает очень толстый материал, например 383 мм из титана и 307 мм из инконеля.

Недостатки / Ограничения

• Он не подходит для массового производства из-за высоких требований к обслуживанию.
• Первоначальная стоимость очень высока.
• Этот процесс не позволяет обрабатывать очень толстые материалы.
• Он используется для резки более мягких материалов, но AWJM МОЖЕТ резать более твердые материалы ограниченной толщины.

Применения гидроабразивной обработки

WJM используется на металлах, бумаге, ткани, коже, резине, пластмассе, продуктах питания и
керамика. Это универсальный и экономичный процесс резки, который можно использовать в качестве альтернативы традиционным методам обработки. Полностью исключает зоны термического влияния, ядовитые пары, перелитые слои, наклепы и термические напряжения.

Это наиболее гибкое и эффективное решение для очистки, доступное для различных промышленных нужд. В целом поверхность среза имеет вид пескоструйной обработки. Кроме того, более твердые материалы обладают лучшей обработкой краев. Типичная шероховатость поверхности варьируется от среднеквадратичной (RMS) 1,6 мкм до очень грубой в зависимости от области применения.

Допуски находятся в диапазоне ±25 мкм для тонкого материала. Шероховатость получаемой поверхности и допуск зависят от скорости обработки.

Приложения WJM :-

• Водоструйная обработка используется для резки, придания формы и оптимизации операций в различных отраслях, включая горнодобывающую, автомобильную и аэрокосмическую.
• Резина, текстиль, пластик, пена, кожа, композиты, плитка, каменное стекло, продукты питания, металл/бумага и другие материалы обычно механизируются водяными струями (WJM или AWJM).
• WJM обычно используется для резки мягких и легко обрабатываемых материалов, таких как тонкие листы и фольга, дерево, сплавы цветных металлов, текстиль, соты, пластмассы, полимеры, куски кожи, замороженные материалы и т. д.
• AWJM часто используется для обработки труднообрабатываемых материалов. Он используется для обработки толстых листов из стали, алюминия и других коммерческих материалов, армированных пластиков, композитов с металлической матрицей и керамической матрицей, слоистых композитов, камня, стекла и т. д.
• Помимо процесса механической обработки, струи воды под высоким давлением используются для снятия остаточных напряжений при удалении краски, хирургии, очистке, очистке и других применениях. Сверление, фрезерование карманов, токарная обработка и развертывание также могут выполняться с помощью AWJM.

Некоторые вопросы, связанные с гидроабразивной обработкой

Какие изделия производятся методом гидроабразивной резки?

Гидроабразивная резка позволяет предприятиям создавать широкий спектр деталей и изделий. Блокировочное оборудование (болты, шестерни и т. д.), автомобильные детали, электрические компоненты, крупные элементы сборочной линии и прототипы конструкции — это лишь некоторые из продуктов, которые они производят с помощью гидроабразивной резки. Художники также могут использовать гидроабразивную резку для создания геометрически точных и/или сложных произведений искусства.

Эффективна ли гидроабразивная резка?

Гидроабразивная резка по своей природе экологически благоприятный процесс. Гидроабразивная резка, в отличие от традиционных систем механической резки, не требует охлаждающих или смазочных масел. Это избавляет от необходимости утилизировать химически пораженную стружку. Гидроабразивная резка, в отличие от термических методов, таких как плазма или лазер, не выделяет вредных паров в процессе резки.

Гранатовый абразив нетоксичен и инертен, а поскольку в процессе резки удаляется очень мало металла, очень мало фактического металла теряется. Это сводит воздействие на окружающую среду к минимуму.

Насколько точен гидроабразивный резак?

Гидроабразивная струя потока может производить продукты с чрезвычайно жесткими допусками; некоторые системы могут достигать допусков всего 0,001 дюйма. (0,025 мм). Допуски деталей для гидроабразивной обработки обычно находятся в диапазоне от 0,003″ до 0,005″ дюйма. Для материалов толще 1 дюйма станки будут создавать детали с допусками в диапазоне от 0,005 до 0,100 дюйма (от 0,12 до 2,5 мм).

Из-за различий в технологиях, таких как управление и структура машины, допуски сильно различаются в зависимости от производителя.

Какое давление имеет гидроабразивная резка?

Давление гидроабразивной резки обычно составляет от 50 000 до 60 000 фунтов на квадратный дюйм. Многие новые системы работают под давлением до 90 000 фунтов на квадратный дюйм. Затем вода выпускается через небольшое отверстие, вырезанное из алмаза или сапфира, диаметр которого обычно составляет от 5 до 15 тысячных дюйма. Возникающий в результате поток воды является сверхзвуковым, то есть движется быстрее скорости звука. К счастью, скорость потока относительно низкая, примерно 1/2 галлона в минуту.

Каковы некоторые проблемы безопасности при гидроабразивной резке?

Проникновение струи воды под кожу, попадание разлетающихся обломков и воздействие шума — все это общие опасности и проблемы, связанные с гидроабразивной обработкой. Работа в замкнутом пространстве, опасность падения, опасность для органов дыхания и глаз, поражение электрическим током и потенциальное воздействие опасных веществ — все это риски, связанные со струей воды под высоким давлением.

Вопросы с несколькими вариантами ответов по гидроабразивной обработке

В. Что является ключевым элементом гидроабразивной обработки для удаления материала?
а) Держатель инструмента
б) Заготовка
в) Струя воды
г) Источник питания
Ответ: с
Пояснение: Струя воды используется для резки заготовки и удаления материала.

В. Что из нижеперечисленного не является частью системы гидроабразивной обработки?
а) преобразователь
б) Аккумулятор
c) Сопло для струйной резки
г) Гидравлический насос
Ответ: а
Пояснение: Преобразователь не является частью водоструйной обработки, а другие компоненты относятся к WJM.

В. Какова скорость потока струи воды при гидроабразивной обработке?
а) 100 м/сек
б) 300 м/сек
в) 700 м/сек
г) 900 м/сек
Ответ: г
Объяснение:скорость водяной струи, используемой при гидроабразивной обработке, составляет около 900 м/сек.

В. Какой тип материалов нельзя обрабатывать с помощью абразивно-струйной обработки?
а) Мягкие материалы
б) твердые материалы
в) труднообрабатываемые материалы
г) ни один из перечисленных
Ответ: а
Объяснение:Мягкие материалы, такие как шоколадные батончики, тонкая древесина и т. д., не могут быть обработаны с помощью AJM.

Часто Задаваемые вопросы

Гидроабразивная обработка также называется

Гидроабразивная обработка (WJM) также называется гидроабразивной резкой. Он определяется как нетрадиционный процесс обработки, при котором высокоскоростная струя воды используется для удаления материалов с поверхности заготовки. WJM можно использовать для резки более мягких материалов, таких как пластик, резина или дерево.

Как удаляется материал абразивно-струйной обработкой

При абразивно-струйной обработке сфокусированный поток абразивных частиц, переносимый воздухом или газом под высоким давлением, попадает на рабочую поверхность через сопло, и рабочий материал удаляется за счет эрозии высокоскоростными абразивными частицами. .

Где применима гидроабразивная обработка

Процесс WJM успешно применялся для различных операций механической обработки, таких как резка, сверление, удаление заусенцев и зачистка проволоки и т. д. Он также применялся в области обработки поверхности, такой как обработка поверхности, очистка, текстурирование и отделка и т. д.

В каких отраслях промышленности используются гидроабразивные резаки?

Работа Магазины
Образование
Аэрокосмическая промышленность
Оборудование для пищевой промышленности
Тестирование
Сервисный центр металлообработки

Кто изобрел гидроабразивную резку?

Доктор Норман Франц