Водоструйная обработка: принцип работы, детали, преимущества и применение — PDF-руководство

Сегодня в The Mechanical Post мы рассмотрим тип передовых производственных процессов под названием «Абразивная водоструйная обработка» и «Водоструйная обработка» и различия между ними.

Начнем с понимания: что такое водоструйная обработка и как она работает? А потом обсудим ее преимущества, недостатки и применение.

Получите свою копию PDF по водоструйной обработке в конце статьи. Итак, без лишних слов начнем!

Что такое водоструйная обработка?

Водоструйная обработка (WJM) — это передовитый производственный, нестандартный процесс обработки, при котором высокоскоростная струя воды ударяет в заготовку и вызывает ее обработку за счет эрозии материала заготовки.

В процессе WJM давление воды, выходящей из сопла, находится в диапазоне 60 000 psi или 4136,85 бар.

Это значит, что давление почти в 4000 раз выше нормального атмосферного давления (1 бар).

Простой процесс водоструйной обработки не способен обрабатывать твердые материалы. Он может использоваться только для более мягких материалов: резины, ABS, кожи, дерева, пластиков и т.д.

Поэтому для обработки твердых материалов — алюминия, сталей, гранита, чугуна и т.д. — в струю воды добавляют абразивные частицы, чтобы повысить способность водоструйной обработки к механической обработке.

Этот процесс подобен ультразвуковой обработке и абразивной струйной обработке, которые вызывают обработку заготовки механическими средствами. Этот процесс сопряжен с ЧПУ-станком для точного и автоматизированного управления.

Принцип работы WJM

Процесс водоструйной обработки работает на принципе: когда высокоскоростная струя воды ударяет в заготовку, обработка заготовки происходит за счет эрозии материала заготовки.

Конструкция и работа простого водоструйного станка почти аналогичны его абразивному аналогу. Посмотрим на конструкцию и работу абразивного струйного станка.

Конструкция водоструйного станка

Основные части процесса водоструйной обработки:

• Резервуар для воды
• Гидравлический насос
• Гидравлический интенсификатор
• Аккумулятор
• Клапан управления направлением
• Клапан управления расходом
• Смесительная камера
• Сопло
• Дозатор абразивных частиц
• Улавливатель (catcher)

Резервуар для воды

Резервуар для воды используется для хранения воды, используемой в процессе водоструйной обработки.

Гидравлический насос

Насос отвечает за циркуляцию воды и используется для повышения давления воды от атмосферного до около 5 бар перед подачей в гидравлический интенсификатор.

Гидравлический интенсификатор

Это устройство, отвечающее за создание огромного давления, способного резать металлы. Гидравлический интенсификатор получает прессированную воду от насоса при около 5 бар и повышает ее до около 4000 бар или примерно 60 000 psi.

Аккумулятор

Высокодавленная вода хранится в аккумуляторе и подается в сопло при необходимости. Аккумулятор также предотвращает колебания подачи воды во время процесса. Аккумулятор водоструйной обработки опирается на свойство «сжимаемости воды», чтобы поддерживать равномерное давление выдачи.

Клапан управления направлением

Как следует из названия, клапан управления направлением используется для контроля направления воды и, следовательно, управления процессом водоструйной обработки.

Клапан управления расходом

После клапана управления направлением ставится клапан управления расходом, используемый для контроля расхода или скорости воды, выходящей из сопла.

Смесительная камера

Это место, где абразивные частицы смешиваются с потоком воды.

Сопло

Сопло — устройство сужающегося сечения, функция которого — увеличить кинетическую энергию воды, преобразуя энергию давления в кинетическую.

Сопло разгоняет воду до сверхзвуковых скоростей. Для предотвращения эрозии самого сопла струей воды используются твердые материалы вроде алмаза или вольфрамового карбида.

Это детальная схема сопла, показывающая смешивание абразивных частиц с водяной струей. На рисунке показаны части:

• 1: Высоконапорная водяная струя.
• 2: Твердый материал (рубин или алмаз).
• 3: Абразивная частица (гранат).
• 4: Смесительная трубка.
• 5: Защита.
• 6: Режущая водяная струя.
• 7: Заготовка

Дозатор абразивных частиц

Это бункер, из которого абразивные частицы подаются. Дозатор обеспечивает непрерывный поток абразивных частиц в поток воды.

В качестве абразивов в водоструйной обработке используются материалы вроде карбида кремния, песка, оксида алюминия и т.д.

Улавливатель (catcher)

Водяная струя после использования собирается улавливателем, откуда ее можно снова использовать после надлежащей фильтрации и обработки.

Работа водоструйной обработки

Гидравлический насос получает воду из резервуара при атмосферном давлении и повышает ее до около 4–5 бар.

Эта вода затем подается в гидравлический интенсификатор, который сильно повышает давление воды до 4000 бар.

Прессированная вода затем подается в аккумулятор, а часть ее поставляется в сопло через управляющие клапаны.

Аккумулятор хранит воду и подает ее при необходимости.

Клапан управления расходом используется для контроля количества воды, поступающей в сопло.

Эта вода затем проходит через сопло и смесительную камеру, где создается сверхзвуковая струя воды вместе с абразивными частицами.

Эта струя воды затем ударяет в заготовку, и из-за абразивного действия и высокоскоростной струи заготовка обрабатывается.

Вода затем собирается улавливателем, откуда ее можно снова использовать или утилизировать безопасно. Так работает процесс водоструйной обработки.

Материалы, обрабатываемые водоструйной обработкой

• Алюминий
• Стали
• Чугун
• Бетон
• Камни
• Гранит
• Металлические сплавы
• Дерево
• Кожа
• Керамика
• Пластики
• Резина
• Стекло
• Композиты и др.

Применение водоструйной обработки

Применение водоструйной обработки включает:

• Водоструйная обработка используется в производстве авиакосмических компонентов.
• Производство двигательных компонентов.
• Используется для обработки толстых листов стали, алюминия и т.д.
• Используется для сверления и резательных операций.
• Материалы, труднообрабатываемые традиционными процессами.

Преимущества водоструйной обработки

• Высокая точность может быть достигнута в водоструйной обработке.
• Не требуется охлаждающая жидкость при обработке.
• Можно производить сложные формы и резы.
• Можно получить хорошее качество поверхности.
• Обработанные детали без пыли, так как они промываются водяной струей.
• Экологично, так как не образуются вредные побочные продукты.
• Низкая операционная стоимость по сравнению с другими нестандартными процессами.
• Поскольку вода используется для обработки заготовки, выделяемое тепло пренебрежимо мало.

Недостатки водоструйной обработки

• Очень толстые материалы нельзя обработать водоструйной обработкой.
• Требуются высокие начальные вложения.
• Время, требуемое для процесса, намного больше по сравнению с традиционными процессами.

Посмотрите это видео канала «Waterjet channel», режущего наковальну из чугуна на 2 части. Их канал полностью посвящен водоструйной обработке, и вы можете посмотреть их на YouTube, режущих разнообразные продукты с помощью WJM.

FAQ по водоструйной обработке

Что означает WJM в передовых процессах обработки?

WJM означает Water Jet Machining (Водоструйная обработка) в передовых процессах обработки.

В WJM, какие свойства струйной жидкости влияют на скорость удаления металла?

Вязкость, расход и скорость — свойства, влияющие на скорость удаления металла.

Какой ключевой элемент водоструйной обработки для удаления материала?

Водяная струя — ключевой элемент для удаления материала.

Как материал удаляется в абразивной водоструйной обработке?

Материал удаляется эрозией, вызванной абразивными частицами и водяной струей.

В чем разница между водоструйной обработкой (WJM) и абразивной водоструйной обработкой (AWJM)?

Водоструйная обработка	Абразивная водоструйная обработка
В водоструйной обработке удаление материала достигается только водяной струей.	В абразивной водоструйной обработке удаление материала достигается водяной струей и абразивными частицами.
Смесительная камера не нужна.	Смесительная камера требуется для смешивания воды с абразивными частицами.
Процесс WJM способен обрабатывать мягкие материалы: кожу, дерево, пластики и т.д.	Процесс AWJM способен обрабатывать более твердые материалы: сталь, керамику, алюминий и т.д.
Этот процесс сравнительно дешевле.	Так как используются абразивные частицы, стоимость процесса возрастает по сравнению с WJM.

---

Это обзор водоструйной обработки. Если вы нашли эту статью полезной, дайте знать в комментариях.

Нравится читать The Mechanical Post? Присоединяйтесь к нашему телеграм-каналу @themechanicalpost

Мы вернемся с еще одной интересной статьей, а пока — продолжайте учиться!