Широкий ассортимент оборудования для установки гидроабразивной резки с оптимальным качеством реза в 2D и 3D

Установки гидроабразивной резки производства компании KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH прекрасно зарекомендовали себя в промышленном применении. Обширный опыт применения покупателями данного типа оборудования был учтен при усовершенствовании и разработках нового поколения таких установок, а ассортимент машин постоянно расширялся. Наряду со стандартной серией Hydro-Jet на сегодняшний день представлены линии резки премиум-класса с автоматической корректировкой угла разреза, отвечающие самым высоким требованиям в отношении качества, а также станки с режущей головкой для 3D-обработки, работающей в 5 осях. Форматы станков представлены в диапазоне от 1,5мx0,5м, специально для задач по сверхточной резке, до больших форматов с площадью резки 4мx3м.По сравнению со станками плазменной и лазерной резки, в которых применяется термический способ разделения материала, резка гидроабразивом является «холодным» способом реза, в ходе которого даже при очень низкой скорости резки нарезаемый материал не нагревается. Поэтому водяная струя может использоваться для резки деталей большой толщины, более 100 мм. К тому же, такой метод разделения материала является самым универсальным, поскольку он не зависит ни от электропроводимости материала, ни от поглощений лазерного луча. Путем добавления абразивного средства в струю воды под высоким давлением получают очень экономный расход материала при узком шве разреза (1 мм или уже) даже при работе с твердыми материалами.

Рис 1.

Резка водяной струей высокого давления­ (Рис: KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH)

Качество поверхности среза в основном зависит от настраиваемых параметров резки и особенностей используемого режущего оборудования. Как изображено на рисунке ниже, можно получить как очень ровную поверхность среза без каких-либо борозд с точным верхним и нижним краем резки, так и более быстрый грубый разрез, выраженные борозды которого увеличиваются сверху вниз и образуют волнообразный нижний край среза (заметно при увеличенном рассмотрении). Между изображенными двумя вариантами разрезов существуют 5 уровней качества, которые можно выбрать, и различие в скорости разреза с коэффициентом 6,6:

• Поверхность разреза очень высокого качества можно получить при условии медленной подачи материала, поскольку струя воды под высоким давлением режет не только по направлению вперед, но и благодаря абразивным зернам по обеим сторонам струи, движущимся вместе со струей, «шлифует» только что полученную поверхность среза. Обязательным условием для этого является абсолютно равномерный процесс резки, т. е. отсутствие каких-либо толчков давления в струе воды, вызванных работой насоса высокого давления, отсутствие задержек в подаче абразивного средства и отсутствие погрешностей в движении струи из-за износа или недостаточного качества форсунок и фокусирующей трубки.

• При высокой же скорости резки кинетической энергии абразивных частиц, ускоряющихся в струе воды под давлением, не хватает для равномерного разделения материала, что отражается на качестве разреза, см. рисунок:

Рис 2.

Поверхность разреза на стальном листе толщиной 25мм

Слева: разрез максимально высокого качества при медленной подаче материала

Справа: разрез при скорости в 6,6 раз выше

Посредине: борозды и наклон поверхности разреза как качественные характеристики

(Рисунки: KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH)

Текстовые пояснения к рисунку:

Вторым аспектом качества разреза является соблюдение заданных размеров нарезаемых деталей. Как показано на рисунке, процесс эрозии в шве разреза приводит к тому, что ширина разреза уменьшается по направлению вниз, т.е. небольшой наклон поверхности разреза по направлению струи воды под высоким давлением является неизбежным. Соответственно порезанная деталь с нижней стороны всегда немного больше, чем сверху. Это эффект тем заметнее, чем выше скорость подачи, и при максимальной скорости реза составляет примерно треть ширины реза в верхней части. Максимальный наклон, например, при использовании материала толщиной 40 мм, составляет примерно 0,60,  т.е. даже при грубом шве разреза отклонения в размерах детали составляют менее 0,8 мм.Такая зависимость наблюдается в работе станков с технологией 2D, например, в недорогих станках серии Hydro-Jet производства KNUTH, на которых для точного изготовления деталей, не требующих последующей обработки, подача регулируется по направлению вниз до достижения необходимой точности, даже если требования к шероховатости поверхности среза допускали бы работу на более высокой скорости. Поскольку при замедлении подачи пропорционально замедляется продолжительность резки, а затраты на изготовление на каждую единицу времени остаются неизменными, такие требования к точности параметров изготавливаемой детали увеличивают ее стоимость. 

Рис 3.

Режущий станок Water-Jet 3015 из серии STAHLWERK Линия премиум-класса с диапазоном резки от 3м x 1,5м,

Система вытяжки отработанного абразива расположена за станком (Рис: KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH)

Альтернативным решением являются высококачественные режущие станки серии Water-Jet в STAHLWERK класса Premium Line. Эти машины оснащены режущей головкой с двухосевым устройством реза под углом. С его помощью установки обеспечивают как автоматическую компенсацию наклона поверхности среза, возникающего на разрезаемой детали – английский: taper angle control -, так и забегание режущей головки вперед (англ. forward tilting) таким образом, что следующая борозда минимизируется и за счет этого обеспечивается выполнение резки небольшого радиуса и угла деталей при более быстрой подаче: в зависимости от направления резки и скорости подачи, в зависимости от типа материала и его толщины, а также от других параметров резки, таких как давление воды, диаметр форсунки и подача абразивного вещества, благодаря специальному программному обеспечению угол корректируется в процессе работы. Расхождения в размерах между верхней и нижней сторонами могут составлять менее 0,03 мм при использовании материала толщиной до 40 мм. При этом угол наклон режущей головки составляет 0,025⁰, что является лишь 24-й частью указанного выше максимального угла наклона, которого можно добиться при работе в режиме 2D.

Альтернативным решением являются высококачественные режущие станки серии Water-Jet в STAHLWERK класса Premium Line. Эти машины оснащены режущей головкой с двухосевым устройством реза под углом. С его помощью установки обеспечивают как автоматическую компенсацию наклона поверхности среза, возникающего на разрезаемой детали – английский: taper angle control -, так и забегание режущей головки вперед (англ. forward tilting) таким образом, что следующая борозда минимизируется и за счет этого обеспечивается выполнение резки небольшого радиуса и угла деталей при более быстрой подаче: в зависимости от направления резки и скорости подачи, в зависимости от типа материала и его толщины, а также от других параметров резки, таких как давление воды, диаметр форсунки и подача абразивного вещества, благодаря специальному программному обеспечению угол корректируется в процессе работы. Расхождения в размерах между верхней и нижней сторонами могут составлять менее 0,03 мм при использовании материала толщиной до 40 мм. При этом угол наклон режущей головки составляет 0,0250, что является лишь 24-й частью указанного выше максимального угла наклона, которого можно добиться при работе в режиме 2D.Такая точная компенсация наклона обеспечивает условия для производства высокоточных деталей, поскольку и направление координат движения режущей головке по оси X и Y также является высокоточным. Качество резки, обеспечиваемое за счет такой комбинации, четко видно на образцах, предоставленных компанией KNUTH: образец состоит из двух вырезанных деталей. Вставная деталь, углы которой по сравнению с рамочной деталью должны вырезаться в развороте на 900, легко входит в рамочную деталь, не оставляя даже щели вдоль изгибов. Такое качество резки возможно получить как в изображенном положении материала, так и в перевернутом положении, когда нижняя часть находится сверху.Рис 4 Образец, обработанный водоструйной резкой (из двух частей), выполненный из алюминия толщиной 10 мм, нижняя часть металла протравлена (кажется темнее). Справа сверху: вставная деталь в таком же положении вставлена в лист металла в рамку. Справа внизу: вставная деталь нижней стороной листа наверх (Рис: KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH)Для снятия фаски применяются машины с режущей головкой, движущейся по 5 осям. Режущая головка 3D, разработанная компанией KNUTH, базируется на конструкционном принципе нутации: движения режущей головки с двумя осями вращения позволяют сохранять неизменным положение точки попадания струи воды на деталь, так что для изменения угла направления струи не нужно совершать корректирующие движения по линейным осям X, Y, Z. Особой отличительной чертой этой режущей головки 3D является то, что она способна вращаться без ограничений. С ее помощью можно в процессе непрерывной резки делать контуры, для выполнения которых требуется многократное вращение вокруг оси Z на 3600 (например, резка спиралевидных контуров). Поэтому ее можно также успешно использовать для описанного процесса компенсации наклона поверхности резки и минимизации следующей борозды, что делает ее исключительно экономичной. С другой стороны, режущая головка 3D может использоваться не только для вытачивания фаски, но и сложных деталей 3D. С ее помощью можно выполнять полноценную обработку в формате 3D, если в программном обеспечении станка разблокирована функция одновременной интерполяции всех 5 осей перемещения.

Рис 4.

Режущий станок с режущей головкой 3D, работающей в 5 осях. (рис: KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH)

Рис 5.

Автор: д-р Инго Декер Консультант-технолог компании KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH

 Механическая конструкция всех станков для водоструйной резки компании KNUTH разработана так, чтобы изготавливаемые на них детали отвечают высоким требованиям точности, и, вместе с тем удобны в работе: во всех моделях резервуар с водой механически отсоединяется от корпуса станка, поэтому на управляющую машину не воздействует энергетическая нагрузка режущей струи. Максимально точные станки Premium-Water-Jet оснащены перемычками (мостами), которые соединяют длинную ось рабочего пространства (легче загружать материал с длинной стороны) и передвигаются с помощью точного привода Gantry. Серия Hydro-Jet, напротив, работает в соответствие с концепцией Flying-Bridge, которая обеспечивает идеальный доступ к резервуару с водой с трех сторон. Подводя итоги, можно сказать, что заказчики высоко ценят надежность работы оборудования. Все машины оснащены надежными насосами высокого давления BHDT, для которых на складе предусмотрен широкий ассортимент запасных и быстро изнашиваемых деталей, также, как и для компонентов линии высокого давления. В случае необходимости сервисная служба Германии и стран СНГ обеспечит быстрый ремонт оборудования и окажет оператору помощь в реализации его новых задач, связанных с резкой.