6.4. Гидроабразивная резка

Возможность использования высо­конапорных водяных струй для обработки материалов была тео­ретически обоснована в 1957 году в СССР, а в 1961 году в США на этот метод был получен патент. В 1971 году компания Flow International - выпустила первую промышленную установку для водоструйной резки. В 1981 году эта же компания сделала принципиально важный шаг в развитии технологии резки, пред­ложила вводить в высоконапорную водяную струю абразивный порошок через специальную рабочую головку, что существенно повышает эффективность резки. В начале 90-х годов была создана установка гидроабразивной резки (ГАР) в том виде, в котором она используется сейчас, то есть с применением двух-координатного стола и управляющей ЭВМ для точного пере­мещения пятна контакта струи по заданному контуру.

К настоящему времени установки ГАР производятся рядом фирм и эффективно использу­ются, успешно конкурируя с лазерным, плазменным и электроэрозионным оборудованием. Примеры деталей, полученных ГАР приведены на рис. 6.30.

Рис. 6.31. Примеры изделий, получаемых методом ГАР

В автомобильной промышленности ГАР используется: для изготовления автомобильных деталей из титана, алюминия и нержавеющей стали; для изготовления внутренней отделки автомобиля из слоистых материалов; для изготовления приборных панелей, внешних пластиковых покрытий, покрышек, зеркал заднего вида, уплотнительных элементов.

Технология ГАР широко применяются в аэрокосмической промышленности, благодаря возможности разрезать труднообрабатываемые материалы (титановые сплавы, хромо-никеле-кобальтовые сплавы) и инновационные слоистые материалы без изменения их микроструктуры.

В машиностроении методом ГАР изготавливаются: зубчатые колеса, литейные формы, детали из нержавеющей стали, меди, алюминииевых и титановых сплавов, уплотнений, пластмассовых деталей, литейных и изоляционных материалов (рис. 6.1).

В оборонной промышленности осуществляют ГАР стекло- и углеволокна, кевларового пластика, усиленного волокнами, слоистых материалов и других специальных материалов.

В основу технологий ГАР положена способность тонкой сверхзвуковой струи жидкости вызывать критическое нагружение материала и производить отрыв микрочастиц от его основной массы, что ведет к разрушению образца. Локализация струйного воздействия в малых объемах позволяет получить плотность кинетической энергии порядка 85 МВт/см², что обусловливает потенциально высокую энергетическую эффективность струйного резания по сравнению с другими методами обработки материалов.

Использование струи жидкости в качестве режущего инструмента позволяет с успехом обрабатывать в первую очередь неметаллические, обладающие невысоким пределом прочности материалы. При этом в основном выполняются операции контурной резки (раскроя листовых заготовок), прошивки отверстий, выборки пазов и уступов, удаления технологических элементов на деталях и т.д.

Применение ГАР характеризуется незначительным стружкообразованием, что повышает коэффициент использования материала. При этом отсутствуют термические изменения и превращения в зоне резания, что особенно актуально при обработке заготовок, подверженных термической деструкции, или при ведении работ в зоне повышенной пожаро- и взрывоопасности (температура в зоне резания находится в пределах 600-800°С). Незначительные нагрузки на заготовку (20-80 H) практически не приводят к деформациям и не вызывают значительные остаточные напряжения в поверхностном слое. Сама струя жидкости, формируемая профилированным соплом с диаметром на срезе 0,1-0,5 мм, позволяет начинать обработку в любой точке поверхности, а при сообщении движения подачи – добиться реза нужной форы.

Разработанные технологии и оборудование ГАР позволяют достаточно эффективно использовать этот метод для резания самых разнообразных листовых материалов..

Главным направлением повышения производительности струйного резания является использование более высокого давления для формирования режущей струи, что приводит к возрастанию ее скорости и, как следствие, к росту кинетической энергии. В то же время создание более высокого давления в гидрорезной системе неизбежно приводит к издержкам: КПД системы резко падает, а конструкция системы для создания необходимого давления усложняется. Возрастают также и затраты, связанные с эксплуатацией подобных систем.

Решение задачи определения экономически рационального давления, при котором приведенные затраты будут минимальными, а резание будет протекать с приемлемой производительностью, позволило сделать вывод, что при использовании рабочих сопел с отверстиями 0,1-0,25 мм давление жидкости перед соплом должно находиться в пределах 180-300 МПа. Именно поэтому большинство производителей насосов высокого давления предлагают технику, работающую с давлениями 200-400 МПа (реже – до 500 МПа).

Другими направлениями интенсификации процесса ГАРявляются: а) изменение состава рабочей среды; б) изменение напряженного состояния зоны резания; в) подведение в зону резания дополнительной энергии.

Введение в поток различных добавок позволяет улучшить режущие свойства струи за счет повышения ее компактности (благодаря исключению активной аэрации при истечении жидкости из сопла) и активизации явления Ребиндера (сущность явления, открытого советским академиком П.А. Ребиндером в 1928 году, состоит в облегчении деформирования и разрушения твердых тел в самопроизвольном протекании в них структурных изменений в результате понижения их свободной поверхностной энергии при контакте со средой, содержащей вещества, способные к адсорбции на межфазной поверхности). В качестве добавок используют растворимые полимеры (раствор полиакриламида, полиоксиэтилена, оксиалкиленгликолевых эфиров талого масла), глицерин, поверхностно-активные вещества. Массовая концентрация добавок, как правило, составляет 0,3-0,6%. Даже столь малая концентрация растворенных веществ приводит к заметному повышению производительности процесса (от 1,5 до 3 раз).

Введение в зону резания дополнительной энергии значительно расширяет технологические возможности метода струйного резания, так как позволяет получать не только требуемые поверхности раздела, но и формировать структуру поверхностного слоя.

Приблизительные значения производительности современных промышленных установок ГАР приведены в табл. 6.1.

6.1. Примерная производительность резки конструкционных материалов на установках ГАР при давлении 300 МПа

Обрабатываемый материал	Толщина, мм	Наличие абразива (тип, размер фракции, мм)	Контурная подача, мм/мин (меньшее значение для меньшей толщины)
Алюминий и его сплавы	2-4	Песок кварцевый, 0,25-0,3	600-1100
Стекло	10-20	Песок кварцевый, 0,15-0,25	250-1000
Стеклопластик	3-10	Чистая вода	До 5000
Углеродистая сталь	2-5	Песок кварцевый, 0,25-0,4	150-400
Сталь нержавеющая	2-6		50-300
Титан и его сплавы	2-10		100-300

Выпускаемые в настоящее время в промышленных масштабах установки ГАР имеют координатные столы кон­сольного или портального типа, их точность позиционирования от ± 0,025 до ± 0,2 мм, а скорость рабочего перемещения до 15 м/мин. Длина рабочих столов установок достигает 12 м.

В табл. 6.2. приведены технические установок ГАР, представленных на отечественном рынке. Следует отметить, что указанные фирмы в настоящее время поставляют также оборудование для лазерной и плазменной резки в связи с унификацией основных узлов.

6.2. Технические характеристики установок ГАР

Фирма, изготовитель	Модель установки	Число координат	Размер рабочей зоны, мм	Перемещение по оси Z, мм	Точность позиционирования, мм	Максимальная скорость подачи по осям X Y,м/мин	Количество головок	Дозатор подачи абразива	Датчик уровня абразива	Система очистки	Мощность насосного агрегата, кВт
Water Jet Sweden AB (Швеция)	NC2010, NC2515, NC3015	3	1510x1010 2010x1510 3010x1510	175	±0.08	12	1-4	+	+	+	22 37 75
OMAX (США)	2626 2652 55100 80160	2-3	1000x700 1800x800 3200x1600 4400x2200	325	±0.076	51	1 1 1 2				30
					±0.127
НПО «БАРС» (Россия)	Aquacut 2014 Aquacut 2020 Aquacut 2030	3	2000x1400 2000x2000 2000x3000	230	±0.1	12	1-2 1 1-2	+	+	+	37/74 37 37/74
МГТУ «СТАНКИН» (Россия)		5	3400х2400	1000	0,05/100	До 25	1-2	+	+	+	37

Основные функциональные элементы установки для ГАР показаны на рис. 6.37, на котором цифрами обозначены:

1. Станция высокого давления, которая сжимает рабочую жидкость до требуемого давления и передает ее в режущую головку.

2. Режущая головка, преобразующая статическое давление рабочей жидкости в кинетическую энергию струи, которая выполняет процесс резки.

3. Координатный стол, предназначенный для размещения заготовок, приема рабочей жидкости и отходов резки.

4. Система управления, которая через контроллер, обрабатывающий управляющие команды от персонального компьютера, перемещает режущую головку по заданной траектории при помощи приводов с ЧПУ.

5. Блок подачи абразива, предназначенный для хранения и выдачи абразива в смесительную камеру.

6. Бак – отстойник, предназначенный для очистки воды от абразива перед ее утилизацией.

7. Система водообеспечения, обеспечивающая требуемые характеристики воды.

Для размещения установки для ГАР указанного состава с размерами столов по табл. 6…требуется помещение площадью 60 - 80 кв. м.

Рис. 6.32. Типовая установка ГАР

Для размещения установки для ГАР указанного состава с размерами столов по табл. 6.3 требуется помещение площадью 60 - 80 кв. м.

Мировыми лидерами в создании и применении технологий ГАР являются фирмы Flow International Corporation, ОМАХ Jet Machining, Water Jet Sweden и другие. В России промышленные установки выпускают НПО «БАРС» и МГТУ «СТАНКИН».

Установка ГАР спроектирована и изготовлена в Государственном инжиниринговом центре МГТУ «СТАНКИН» совместно с ОАО «Национальный институт авиационных технологий», ОАО «Савёловский машиностроительный заводом», ОАО «Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков», ООО «РОБОКОН», ООО «Грот-центр».

В состав разработанной 5-координатной установки входят: двухкоординатная режущая головка, станция высокого давления, устройство с направляющей трубкой и алмазным соплом, формирующее струю, система подачи абразива, система УПУ и программный комплекс для автоматизированной подготовки управляющих программ. Установка ГАР, разработанная в МГТУ «СТАНКИН», показана на рис. 6.33.

Рис. 6.33. Установка ГАР, разработанная МГТУ «СТАНКИН»

Установки ГАР позволяют получить финишную поверхность поверхности с шероховатостью Ra 3,8 мкм, что во многих случаях исключает необходимость дополнительной обработки. Шероховатость уменьшается с уменьшением размеров зерен абразива и с понижением скорости резки. Возможна резка изделий любой формы и сложности с любыми радиусами закруглений.

Основными параметрами процесса ГАР, определяющими ее эффективность, являются скорость перемещения головки в направлении реза, вид, толщина и свойства обрабатываемого материала, тип и размер частиц абразивного материала, диаметры отверстий в сапфире и смесительной трубке, скорость потока абразивных частиц и их концентрация в водно-абразивной суспензии.

Назначаемой величиной при проектировании технологии ГАР является скорость подачи рабочей головки. Предварительная оценка этой величины может быть получена расчетом. Однако ряд упрощений, сделанных при построении расчетной модели процесса ГАР, делают такую оценку прибли­женной. Это заставляет технологов пользоваться экспериментальными данными и рекомендациями фирм - производителей оборудования.

Практически важной является зависимость скорости резания от толщины разрезаемой заготовки. Эта зависимость носит гиперболический характер, что подтверждают многочисленные эксперименты (рис. 6.34). Установлено, что скорость резания резко снижается вплоть до толщины реза 20...30 мм, а затем уменьшается достаточно медленно. Отмечено, что, чем выше вязкость материала, тем ниже скорость резания.

Рис. 6.34. Зависимость средних значений скоростей резания некоторых материалов от толщины материала, достигаемые при использовании установки ГАР.

Главными компонентами установки для ГАР являются насос высокого давления, координатный стол и система ЧПУ. Ключевым элементом установки для ГАР, регламентирующим ее технологические и эксплуатационныевозможности, является насос высокого давления. В настоящее время используются насосы, создающие давление 250...420 МПа, хотя есть попытки работать с насосами с давлением до 800 МПа.

В некоторых конструкциях высокое давление воды создают за счет последовательного подключения двух и более насосов. Так, гидравлические системы некоторых станков фирмы ОМАХ содержат насос для создания предварительного давления, фильтр и насос высокого давления с необходимой производи­тельностью. В табл. 6.3 представлены технические характерис­тики некоторых насосов высокого давления. Расход воды в насосах данного типа невелик и составляет обычно 2...7 л/мин. Это позволяет эффективно использовать замкнутые системы водоснабжения. Анализ расходных характе­ристик насосов для ГАР указывает на возможность более эффективно­го управления расходом водно-абразивной смеси за счет выбора диаметра сопла головки.

6.3. Технические характеристики насосов для установок ГАР

Фирма производитель	Модель насоса	Мощность, кВт	Давление, МПа	Расход воды, л/мин	Масса, кг	Габариты, м
ОМАКС (США)	P 2040 V	15	0-275	1.5-2.8	848	1.8x0.9x0.9
	P 3050 V	22	0-345	1.5-3.2	848
	P 4055 V	30	0-379	1.7-4.0	885
Flow (США)	5XS-60	19	0-413	1.9	600-950	1.4x0.8x0.9
	7XS-60	37		3.8		1.9x1x1.5
	20XD	75		7.6
	HyperJet	75	600	2.6		2.0х1х1.6
МГТУ «СТАНКИН»	-	37	600	2.4	600	1.9x1x1.5

Основная масса насосов позволяет создавать рабочее давление 400 МПа, но в последние годы наблюдается тенденция среди компаний-производителей таких насосов к увеличению давления более 600 МПа, что позволяет при одинаковом расходе абразивного песка увеличивать скорость резки в 1,5-2 раза. Сами насосы делятся по принципу нагнетания давления на два вида: плунжерные (насосы прямого действия) и мультипликаторные. Каждый из видов имеет свои плюсы и минусы, но на сегодня количество произведенных мультипликаторных насосов на порядок больше. Плунжерные же насосы заняли абсолютное первенство в гидроабразивной очистке поверхностей, где используется технология ГАР, но при меньшем давлении (150-300 МПа).

Плунжерные насосы являются сравнительно дешевыми, просты по своей конструкции позволяют плавно увеличивать давление и обладают КПД на уровне 95%. Их недостаток в том, что частота реверсирования в насосах прямого действия достигает 30 Гц, что приводит к ускоренному износу клапанов и уменьшению скока службы уплотнений.

Недостатком насосов мультипликаторного типа является наличие пульсаций давления воды, для сглаживания которых применяют ресиверы, объемом до 2 литров. Насосы мультипликаторного типа конструктивно сложнее и требуют охлаждения из-за повышенного нагрева, но конструкция их более отработана и считается более надежной.

Тем не менее даже в установках ГАР с минимальной частотой пульсации давления и циклов срабатывания с рабочим давлением 350 МПа, ресурс сменных частей, как правило, не превышает 500 часов. С учетом их высокой стоимости (например, стоимость гильзы насоса высокого давления современной насосной станции составляет 75 – 100 тыс. рублей при заявленном ресурсе 1800 часов) экономический эффект от применения установок ГАР с мультипликаторными насосами незначителен. При этом на практике часто происходит разрыв гильз, клапанных узлов и фланцев насоса, проработавших только треть заявленного ресурса.

Наличие микропор, дефектов структуры в тех слоях, где растягивающие напряжения ещё достаточно велики, приводит к образованию микротрещин внутри материала. Усталость материала сильно ускоряется пульсацией этих напряжений, в результате чего трещина очень быстро прорывается внутрь отверстия. Вследствие попадания воды в пору, расклинивающее действие жидкости под сверхвысоким давлением настолько сильно, что выход трещины наружу, происходит всего за несколько циклов работы детали.

Резка при давлении 600 МПа позволяет повысить скорость водной струи 3500 км/час; повысить скорость резания на 50 %; сократить расход абразива на 50 %. Однако ресурс узлов при этом снижается в несколько раз, а уменьшение расхода абразивного песка стоимостью 20 тыс. евро за тонну не может компенсировать расходы на эксплуатацию насосной станции. Из этого следует, что применение гидроабразивной резки с рабочим давлением 600 МПа даёт незначительный экономический эффект.

В большинстве установок ГАР используются мультипликаторы давления, в которых применяется масляная полость при давлении порядка 21 МПа и водяная полость, где развивается давление 422 МПа. Масло действует с одной стороны приводимого в движение поршня, с другой стороны которого плунжер подает водяную струю под ультравысоким давлением. Ультравысокое давление создается за счет того,что площадь поршня превышает в 20 раз площадь плунжера (см. главу 3, рис. 3.20).

Выбор абразивного материала и размера абразивных зерен также представляет собой важную задачу технологической подготовки ГАР. Как правило, фирмы-производители оборудования рекомендуют определенный вид абразивного материала. Устойчивость истечения и эффективность воздействия двухфазной струи обеспечиваются оптимальным размером частиц, равным 10...30% диаметра режущей струи. Наиболее часто используют абразивные зерна размером 150...250мкм. Если требуется низкая шероховатость поверхности реза, то используют абразивы с размерами 75...100 мкм. В качестве материала абразивных частиц используется окись алюминия (электрокорунд), карбид бора, карбид кремния, силикатный песок, а также другие природные и искусственные материалы с твердостью по шкале Мооса от 6,5 до 9,5 единиц. Десятибалльная шкала Мооса относительной твёрдости минералов, предложенная немецким учёным Ф. Моосом в 1811, состоит из эталонов твёрдости, в частности наиболее твердых минералов-эталонов: ортоклаз имеет по этой шкале 6 баллов; кварц — 7; топаз — 8; корунд — 9; алмаз — 10. Относительная твёрдость определяется путём царапания эталоном шкалы Мооса поверхности испытываемого объекта. При этом, если эталон, имеющий твёрдость 5, царапает исследуемый образец, а последний оставляет след на поверхности эталона с твёрдостью 4, то твёрдость минерала приблизительно равна 4,5.

Как правило, выбор необходимого абразивного материала осуществляется исходя из экономических соображений. Требуемый размер зерна (фракцию) устанавливают с учетом схемы резания, конструктивных параметровустановок ГАР, производительности процесса и требуемой шероховатости полученной поверхности раздела. Наибольшее распространение получило использование в качестве добавки кварцевого песка с размером зерна 0,2-0,3 мм (реже – 0,5 мм), что позволяет увеличить производительность процесса при обработке пластиков в 3-10 раз и выполнять резание металлов и их сплавов с объемной скоростью 50-200 мм³/с.

В установках ГАР для транспортировки абразивного материала к смесительной камере широкое применение получили системы подачи абразива двух типов: системы под давлением (нагнетательного типа) и вакуумные системы (инжекционного типа).

Принцип работы вакуумных систем заключается в том, что высокоскоростной поток воды, выходящий из сопла, создаёт в камере смешения режущей головки разрежение. За счёт перепада атмосферного давления и давления в камере происходит подсос воздуха, который затягивает абразивные частицы из минибункера, где смешивается со струей воды и через смесительную трубку поступает в зону обработки. Недостатком такой технологии является небольшое количество абразива в режущей струе, отсюда низкая производительность резки, при высокоэнергетической струе воды.

Подача абразива в системах нагнетательного типа осуществляется с помощью использования сжатого воздуха. Их работа основана на том, что сжатый воздух подаёт абразив в камеру смешения, куда подаётся и вода под большим давлением. В канале смешения перемешиваются два потока: высоконапорный водяной и воздушно-абразивный.

Система подачи абразива установки ГАР МГТУ «СТАНКИН» состоит из абразивного бункера (рис. 6.35), мини-бункера (рис. 6.36), пневмоавтоматики и соединительных трубок.

Рис.6.35. Абразивный бункер

После запуска компрессора и подачи воздуха абразивный бункер наполняется воздухом. В этот момент срабатывает пневмоцилиндр 1, поднимая вверх герметизирующую грушу 2. Воздух, пройдя регулятор давления, воздушную трубку 3, клапан быстрого выхлопа 4 и трубу 5 поступает в верхнюю часть бункера. Абразивный песок вытесняется из бункера через нижнее отверстие в трубку подачи абразива и поступает в мини бункер 6.

Абразивный мини-бункер (рис. 6.36) исполняет роль накопителя абразива, максимально приближен к режущей головке и является устройством, в котором производиться управление подачей абразива и его дозирование.

Рис. 6.36.. Абразивный мини бункер

В мини-бункере на конце штока 2 располагается клапан-грибок 3. В начальный момент воздух подан в верхнюю камеру пневмоцилиндра 1 и клапан-грибок перекрывает подачу абразива. Смесь абразива с воздухом подается из бункера в минибункер 4 через уголок 6. Контроль уровня абразива в минибункере осуществляется посредством датчиков 7.

В момент опускания уровня абразива ниже уровня датчика, подается команда на пневмораспределитель 8, который срабатывает и поднимает вверх клапан 9. Нижняя часть минибункера - дозатор 10 является съемной. В верхней части дозатора устанавливается дозирующая шайба 11.

Возможны три способа регулирования подачи абразива, которые сравниваются по основным параметрам: равномерность течения воздухоабразивной смеси, возможность менять расход в процессе резки и производительность резания.

Увеличение скорости воздушного потока, увлекающего за собой абразивные частицы, ведет к повышению их скорости. Равномерное течение абразива будет обеспечиваться за счет поддержания постоянным давления разрежения в смесительной камере. Как показывает опыт резания сплавов алюминия, титана и магния требуемый диапазон изменения расхода абразива лежит в интервале от 100 до 550 г/мин. За счет изменения давления сжатого воздуха, возможно регулировать расход абразива в струе в необходимом для резки диапазоне.

При регулировании подачи абразива инжекционным способом равномерность подачи абразива достигается на всем интервале регулирования – 100-580 г/мин. Поток абразива, создаваемый системой подачи на основе избыточного давления, и транспортирующийся по магистрали к камере смешения, достаточно равномерный, что позволяет получать стабильный по качеству рез.

Способ регулирования расхода шайбами не позволяет изменять расход в процессе резки, хотя практика показывает, что это иногда необходимо. Инжекционный способ регулирования расхода и способ регулирования посредством избыточного давления позволяют изменять расход абразива в процессе резки простыми средствами (дросселем и редукционным клапаном соответственно).

а) б)

Рис. 6.37. Устройство режущей головки: а) схема; б) внешний вид деталей; 1 – сапфировое сопло; 2 - корпус; 3 – зажимная гайка; 4 – твердосплавная трубка.

Водяные и рабочие сопла режущей головки относятся к бы­строизнашивающимся элементам. После того, как в нее потоком возду­ха производится дозированная подача абразива (рис. 6.37.), многофазная режущая гидроабразивная струя выходит из сопла металлокерамической смесительной трубки со скоростью 200...500 м/с.

Средняя стойкость водяно­го сапфирового сопла составляет 60...100 часов, а стойкость твердосплавной трубки зависит от используемого абразивного материала и составляет 80...150 часов. Стойкость водя­ного сопла зависит от качества используемой воды, которое в ряде случаев жестко регламентируются, и для обеспечения которого установки комплектуют специальными устройствами для фильтрации и смягчения во­ды.

При прочих равных условиях уменьшение диаметра смеси­тельной трубки приводит к увеличению производительности и точности обработки, снижению ширины реза. Однако это со­кращает ресурс смесительной трубки. Длина смесительной трубки определяет ее фокусирующую способность и должна быть достаточной для обеспечения минимального конуса рас­пыления абразивной суспензии.

Рис. 6.38. Режушая головка для установки ГАР МГТУ «СТАНКИН»

Совершенствование головок для гидроабразивной резки осуществляется по нескольким направлениям. Одно из наиболее эффективных нововведений – алмазные сопла вместо сапфировых. Алмазное сопло позволяет получать значительно более точные струи и характерно повышенной долговечностью; оно может функционировать в течение 1000 час, тогда как сапфировое порядка 200 час. Алмазные кольца обеспечивают получение точности порядка ±0,025 мм и характерны высокой эксплуатационной надежностью и стабильностью резки. Они весьма эффективны, когда предприятие внедряет безлюдную обработку.

В МГТУ «СТАНКИН» спроектирована и изготовлена режущая головка, формирующая сверхзвуковую гидроабразивную струю (рис. 6.38). Многократные испытания позволили довести конструкцию до обеспечения водоабразивной струи до заданных параметров.

С точки зрения выбора рациональной технологии целесообразно сравнивать технологию ГАР с традиционными технологиями резки материалов.

Практически полное отсутствие усилий резания позволяет минимизировать механические напряжения в краях материала, что особенно важно при разрезке сотовых панелей, отказаться от применения дорогостоящей оснастки для закрепления деталей, Толщина заготовок может достигать 300 мм, а габариты ограничены лишь рабочей зоной станка. Ширина реза не превышает одного миллиметра, что обеспечивает экономию материала и снижение энергетических затрат.

Однако метод ГАР сравнительно дорогой, так как отличается высокой энергоемкостью и требует достаточно большого потребления абразивного материала, больших издержек по поддержанию и обслуживанию аппаратуры, а также высокой стоимостью узлов, которые требуют периодической замены. Резка осуществляется в непосредственной близости от поверхности воды, поэтому намокание объекта обработки неизбежно.

6.4. Сравнительные характеристики некоторых способов резки материалов

Показатель сравнения	Метод обработки
	Электроэрозионная обработка	Лазерная обработка	Гидроабразивная обработка
Вид обрабатываемого материала	Только электропроводные материалы	Материалы с низкой отражательной способностью	Любые материалы
Наибольшая толщина резания по стали, мм	25…50	10…20	200…400
Достигаемая точность, мм	±0,0025	±0,025	±0,025
Скорость резания	Низкая	Высокая	Умеренно высокая
Качество кромки	Высокое	Низкое	Среднее
Предварительная обработка	Подготовка отверстия для ввода проволоки	Не требуется	Не требуется
Последующая обработка	Удаление дефектного слоя	Удаление дефектного слоя	Не требуется
Себестоимость обработки	Низкая	Высокая	Средняя
Зона термического влияния	Есть	Есть	Нет

Существенным недостатком технологии ГАР является низкий коэффициент полезного действия (КПД) процесса: при мощности двигателя насосной станции порядка 30-60 кВт в гидравлическую энергию превращается только около половины этой мощности. Кроме того, с повышением рабочего давления из-за увеличения сжимаемости рабочей жидкости КПД насосных станций дополнительно снижается. Также значительная часть энергии тратится при прохождении сопла, в котором вся потенциальная энергия сжатой жидкости переходит в кинетическую энергию струи.

Наиболее распространённый вид ГАР, когда материал прорезается «насквозь», является крайне неэкономичным, так как большая часть энергии струи гасится в ванне с водой.

Несмотря на возможности водоструйной обработки, она имеет большие ограничения по сравнению с механообработкой. Поэтому в некоторых случаях максимальная достигаемая при использовании этой технологии точность резания не достигает уровня, получаемого при использовании процессов токарной или фрезерной обработки. При этом при помощи водоструйной резки невозможно обрабатывать несквозные отверстия и нарезать резьбу.

По сравнению с другими способами резки ГАР имеет определенные преимущества по некоторым параметрам обработки табл. 6.4).

Контрольные вопросы к главе 6

1. За счет чего происходит процесс плазменной резки?

2. Назовите основные элементы плазмотрона.

3. Какую обработку называют электронно-лучевой?

4. Опишите схему электроннолучевой пушки.

5. На чем основана размерная обработка потоком электронов?

6. Опишите схему устройства CO₂ –лазера.

7. Дайте классификацию лазерных технологических установок.

8. Что такое универсальный лазерный технологический комплекс?

9. Какими основными преимуществами обладает лазерная резка по сравнению с другими способами?

10. Опишите оптический тракт автоматизированного лазерного технологического комплекса.

11. Опишите схему лазерной закалки.

12. Опишите схему и основные элементы установки для гидроабразивной обработки.