Есть мнение, что первыми энергию воды для обтачки твердых материалов использовали еще древние цивилизации. Тогда процесс обработки был не быстрее естественного размывания, чего не скажешь о нашем времени. Гранитные плиты режутся водно-абразивной смесью в считанные минуты. Причем, оборудование для гидроабразивной резки универсально: оно с одинаковым успехом может распилить и прозрачные, и прочные, и мягкие пористые материалы.

Немного истории
Первые попытки использовать силу струи воды в промышленных целях предпринимались еще в 30-х годах прошлого века: тогда советские и американские инженеры использовали воду для выемки камня руды и угля. Были и попытки пилить водой древесину. Но все они не отличались особой производительностью и не приводили к тому результату, который можно получить с помощью технологии гидрорезки сегодня.
В современном мире гидроабразивная резка используется для резки и обработки металлов более чем часто. Но фактически этой технологии не более 30 лет: впервые гидроабразивная струя была использована для резки стали, стекла и бетона в 1980 году на презентации нового типа оборудования, и только спустя три года образец гидрорежущего станка в полную силу заработал на автомобильном производстве для резки автостекол.
Промышленная «проба пера» оказалась настолько успешной, что технология тут же разошлась по крупнейшим предприятиям машиностроительной отрасли. Работа с прочными материалами типа нержавеющей стали, титана и карбона перестала быть проблемой для авиа- и автомобилестроителей.
С долей иронии эту технологию можно назвать космической. Ведь именно ГАР (гидроабразивная резка) используется для производства деталей летательных аппаратов в авиационной и космической промышленности. Там, как ни в какой другой отрасли, требуется точность и качество реза.

Сверхзвуковая работа
За годы использования гидроабразивная резка лишь расширила сферу своего применения, суть же технологии не изменилась: и в прошлом веке, и в настоящем струя воды, смешанная с абразивом, проходит через вещество, отрывая от него микроскопические частицы. Работа станка столь филигранна, что за ним не нужно ничего доделывать — он не оставляет ни окалины, ни заусениц, ни оплавления кромок.
Особенности струи как режущего инструмента способны поразить любого: вода под давлением в тысячи атмосфер, пропущенная через отверстие диаметром 0,1-2,5 мм перестает быть просто струей воды в привычном понимании. Она становится мощнейшим режущим инструментом. А если к ней добавить абразив, то направленная разрушающая энергия воды увеличивается в разы! При скорости частиц от 400 до 1300 м/с даже самая простая установка может резать гранит и сталь, как масло.
Но особенно важно то, что, проходя сквозь вещество, струя не меняет свойств этого вещества. Смесь песка с водой не давит на деталь — она мгновенно разрезает ее, а температура держится на отметке в 60-90° С, и этого недостаточно, чтобы деформировать даже капризный пластик.
Отсутствие термического влияния на металл вблизи пропила позволяет резать даже замороженные брикеты или тонкие листы легкоплавких сплавов, например, бронзы.
Тонкость пропила — еще одно преимущество гидроабразивной резки. Самая мощная струя редко превышает толщину в 4 мм, а средняя ширина реза составит не более 1,5 мм. По своим параметрам струя водно-песчанной смеси приближается к идеальному точечному инструменту. Столь малый диаметр режущего элемента позволяет машине делать почти ювелирную работу, в том числе, создавать четкие острые углы и контуры с радиусом закругления 0,1-0,3 мм.
Это свойство гидрорежущей техники с успехом применяется при реставрационных работах: ничто не может сделать копию гранитных резных элементов или каменных изваяний лучше, чем водная резка.
Струей воды под давлением можно даже уничтожать вышедшие из строя военные снаряды или военную технику: вода пожаробезопасна по определению, применение ГАР не может спровоцировать взрыв, а все горючие и взрывчатые вещества в процессе резки можно достаточно легко вымыть из снаряда. Гидроабразивная резка — технология поистине специального назначения. Она работает не только на суше, но и в воде: как утверждают специалисты, ничто не мешает создать оборудование для работы на глубине нескольких метров. Была бы необходимость и деньги на реализацию идеи.
Несмотря на дороговизну оборудования, сам процесс резки можно с уверенностью назвать экономичным. Расход воды невелик: всего 3-4 литра в минуту при давлении от 400 МПа.

От космоса до пищеблоков
Неудивительно, что столь обширный список преимуществ сделал сферу применения гидроабразивной резки невероятно широкой. Резка струей жидкости применяется на самых разных предприятиях, от заводов по производству ЖБИ до пищекомбинатов.
Но главнее не то, где и в каких условиях способна работать гидроабразивная установка, а то, какие материалы они может обрабатывать. И вот здесь-то начинается самое интересное. Как уже отмечалось в начале статьи, полный список материалов не ограничивается ничем, кроме объема журнала, а потому приводить его полностью просто не имеет смысла. Проще сказать, что гидроабразивный станок разрежет все.
Выделим лишь некоторые группы материалов. Самым интересным и одним из самых сложных для обработки материалов является стекло. Оно совмещает в себе сразу несколько «неудобных свойств»: тонкое, хрупкое, да к тому же еще и прозрачное.
Прозрачность попала в список неугодных свойств неслучайно — именно из-за нее стекло не разрежешь лазером: пучок света просто проходит сквозь деталь, никак не воздействуя на нее. А вот гидроабразивная струя действует иначе: частицам абразива безразлично, от какого материала отрывать кусочки, поэтому они без проблем распилят и стекло, и сталь. Или и то, и другое сразу.
Возможность работать с деталью, выполненной из композитных материалов — еще одно достоинство гидроабразивной резки. И, например, при раскрое сэндвич-панелей это свойство приходится как нельзя кстати. Конечно, к работе со слоистыми материалами режущий инструмент надо подготовить дополнительно, подобрав соответствующий абразив и диаметр режущей струи, но это потребует куда меньших затрат, чем приобретение двух станков под разные материалы.

Вода против лазера
Постоянное сравнение с лазерной резкой неслучайно. Действительно, у этого оборудования немало похожего. Хоть эти технологии и не близки между собой, лазерное и гидроабразивное оборудование часто используется в схожих условиях: там, где загруженность станков стабильно высока и где требуется высокое качество кромок и тонкость распила.
И, увы, станки для лазерной и гидроабразивной резки имеют одинаково высокую цену и доступны только тем предприятиям, для которых обработка выбранного материала является одним из основных направлений работы.
Впрочем, не обходится здесь и без существенных различий. При толщине стальных пластин менее 6 мм лазерная резка тратит электроэнергию более эффективно. Прирезке тонколистового металла лазерный метод раскроя оказывается в три раза дешевле, чем гидрообразив. Но как только толщина материала начинает превышать 6 мм, гидроабразивная резка становится куда эффективнее и дешевле.
Другое отличие — требовательность к качеству материала. Лазерный луч в этом плане крайне чувствителен. Он требует серьезной подготовки поверхности перед работой. А водно-песчанной смести ржавчина или окалина — не помеха. Она одинаково хорошо справляется и с чистым, и с грязным материалом. К тому же лазер оказывает на деталь сильное термическое воздействие, а вода с абразивом нагревают место распила совсем не много, и потому гидроабразивная резка часто является единственно возможным способом промышленного раскроя горючих материалов.
В качестве компромисса можно подобрать оборудование, на котором будет одновременно установлены две режущие головки: для лазерной и гидроабразивной резки. Но идти на такой компромисс может позволить себе только очень крупное предприятие: оба станка крайне недешевы, даже большинство предприятий средней руки не могут позволить себе такую роскошь, а если совместить две дорогих технологии в одном станке, то это оборудование точно будет стоить, как крыло от Боинга.

Не без изъянов
Не стоит думать, что гидроабразивная резка сплошь состоит из достоинств и плюсов. Вовсе нет, как и у любой другой технологии, здесь не обойтись без недостатков. В частности, гидроабразивное оборудование демонстрирует относительно низкую скорость реза на малых толщинах. Можно решить эту проблему пакетированием материалов. Тогда за один проход можно будет выкроить сразу несколько деталей, но это можно сделать только с листовыми материалами и не работает тогда, когда нужно выточить объемную деталь. К тому же в этом случае есть опасность столкнуться с другим недостатком гидроабразивной резки: конусностью. Ведь струя при прохождении сквозь разрезаемое вещество ослабевает, и частицы абразива теряют часть своей разрушающей способности. А потому ширина отверстия на выходе будет значительно меньше ширины на входе струи. К тому же при высоких скоростях резки материала режущая струя немного запаздывает, отставая от головки. Производители оборудования пытаются свести эти недостатки к минимуму техническими средствами. Например, американская компания Flow International Corporation предложила своим клиентам новый угол работы головки, при которой это отставание почти не заметно.
На мировом рынке за лидерство в производстве гидроабразивного оборудования соревнуются сразу несколько компаний: немецкая фирма Trumpf, концерн Bystronic (Швейцария), PTV (Чехия), Waterjet Corporation (Италия), Water Jet Sweden AB (Швеция) и уже упомянутая нами выше американская корпорация Flow International Corporation. К этому списку в последнее время добавились и другие компании, ранее специализировавшиеся на других типах резки, а именно Trenntec (Германия), Digital Control (Франция), Aliko (Финляндия) и даже ESAB Welding & Cutting Productions (Швеция).
Список российских производителей не столь обширен, зато лидеры здесь более явные. Так, несколько самых мощных установок были конструированы владимирским ОАО СКТБ ПО «Вектор» в сотрудничестве с исследовательской лабораторией ВладГУ. Некоторое время назад на внутреннем рынке зарекомендовали себя такие компании, как «ЭНИМС», «Тулмашзавод» и «Лазерные комплексы» в Шатуре. Но справедливости ради стоит отметить, что даже у созданных в университетских лабораториях станков качество оставляет желать лучшего.

"Промышленные страницы Сибири" №1 (60) январь-февраль 2012 г.

P align=justify>Есть мнение, что первыми энергию воды для обтачки твердых материалов использовали еще древние цивилизации. Тогда процесс обработки был не быстрее естественного размывания, чего не скажешь о нашем времени. Гранитные плиты режутся водно-абразивной смесью в считанные минуты. Причем, оборудование для гидроабразивной резки универсально: оно с одинаковым успехом может распилить и прозрачные, и прочные, и мягкие пористые материалы.

Немного истории
Первые попытки использовать силу струи воды в промышленных целях предпринимались еще в 30-х годах прошлого века: тогда советские и американские инженеры использовали воду для выемки камня руды и угля. Были и попытки пилить водой древесину. Но все они не отличались особой производительностью и не приводили к тому результату, который можно получить с помощью технологии гидрорезки сегодня.
В современном мире гидроабразивная резка используется для резки и обработки металлов более чем часто. Но фактически этой технологии не более 30 лет: впервые гидроабразивная струя была использована для резки стали, стекла и бетона в 1980 году на презентации нового типа оборудования, и только спустя три года образец гидрорежущего станка в полную силу заработал на автомобильном производстве для резки автостекол.
Промышленная «проба пера» оказалась настолько успешной, что технология тут же разошлась по крупнейшим предприятиям машиностроительной отрасли. Работа с прочными материалами типа нержавеющей стали, титана и карбона перестала быть проблемой для авиа- и автомобилестроителей.
С долей иронии эту технологию можно назвать космической. Ведь именно ГАР (гидроабразивная резка) используется для производства деталей летательных аппаратов в авиационной и космической промышленности. Там, как ни в какой другой отрасли, требуется точность и качество реза.

Сверхзвуковая работа
За годы использования гидроабразивная резка лишь расширила сферу своего применения, суть же технологии не изменилась: и в прошлом веке, и в настоящем струя воды, смешанная с абразивом, проходит через вещество, отрывая от него микроскопические частицы. Работа станка столь филигранна, что за ним не нужно ничего доделывать — он не оставляет ни окалины, ни заусениц, ни оплавления кромок.
Особенности струи как режущего инструмента способны поразить любого: вода под давлением в тысячи атмосфер, пропущенная через отверстие диаметром 0,1-2,5 мм перестает быть просто струей воды в привычном понимании. Она становится мощнейшим режущим инструментом. А если к ней добавить абразив, то направленная разрушающая энергия воды увеличивается в разы! При скорости частиц от 400 до 1300 м/с даже самая простая установка может резать гранит и сталь, как масло.
Но особенно важно то, что, проходя сквозь вещество, струя не меняет свойств этого вещества. Смесь песка с водой не давит на деталь — она мгновенно разрезает ее, а температура держится на отметке в 60-90° С, и этого недостаточно, чтобы деформировать даже капризный пластик.
Отсутствие термического влияния на металл вблизи пропила позволяет резать даже замороженные брикеты или тонкие листы легкоплавких сплавов, например, бронзы.
Тонкость пропила — еще одно преимущество гидроабразивной резки. Самая мощная струя редко превышает толщину в 4 мм, а средняя ширина реза составит не более 1,5 мм. По своим параметрам струя водно-песчанной смеси приближается к идеальному точечному инструменту. Столь малый диаметр режущего элемента позволяет машине делать почти ювелирную работу, в том числе, создавать четкие острые углы и контуры с радиусом закругления 0,1-0,3 мм.
Это свойство гидрорежущей техники с успехом применяется при реставрационных работах: ничто не может сделать копию гранитных резных элементов или каменных изваяний лучше, чем водная резка.
Струей воды под давлением можно даже уничтожать вышедшие из строя военные снаряды или военную технику: вода пожаробезопасна по определению, применение ГАР не может спровоцировать взрыв, а все горючие и взрывчатые вещества в процессе резки можно достаточно легко вымыть из снаряда. Гидроабразивная резка — технология поистине специального назначения. Она работает не только на суше, но и в воде: как утверждают специалисты, ничто не мешает создать оборудование для работы на глубине нескольких метров. Была бы необходимость и деньги на реализацию идеи.
Несмотря на дороговизну оборудования, сам процесс резки можно с уверенностью назвать экономичным. Расход воды невелик: всего 3-4 литра в минуту при давлении от 400 МПа.

От космоса до пищеблоков
Неудивительно, что столь обширный список преимуществ сделал сферу применения гидроабразивной резки невероятно широкой. Резка струей жидкости применяется на самых разных предприятиях, от заводов по производству ЖБИ до пищекомбинатов.
Но главнее не то, где и в каких условиях способна работать гидроабразивная установка, а то, какие материалы они может обрабатывать. И вот здесь-то начинается самое интересное. Как уже отмечалось в начале статьи, полный список материалов не ограничивается ничем, кроме объема журнала, а потому приводить его полностью просто не имеет смысла. Проще сказать, что гидроабразивный станок разрежет все.
Выделим лишь некоторые группы материалов. Самым интересным и одним из самых сложных для обработки материалов является стекло. Оно совмещает в себе сразу несколько «неудобных свойств»: тонкое, хрупкое, да к тому же еще и прозрачное.
Прозрачность попала в список неугодных свойств неслучайно — именно из-за нее стекло не разрежешь лазером: пучок света просто проходит сквозь деталь, никак не воздействуя на нее. А вот гидроабразивная струя действует иначе: частицам абразива безразлично, от какого материала отрывать кусочки, поэтому они без проблем распилят и стекло, и сталь. Или и то, и другое сразу.
Возможность работать с деталью, выполненной из композитных материалов — еще одно достоинство гидроабразивной резки. И, например, при раскрое сэндвич-панелей это свойство приходится как нельзя кстати. Конечно, к работе со слоистыми материалами режущий инструмент надо подготовить дополнительно, подобрав соответствующий абразив и диаметр режущей струи, но это потребует куда меньших затрат, чем приобретение двух станков под разные материалы.

Вода против лазера
Постоянное сравнение с лазерной резкой неслучайно. Действительно, у этого оборудования немало похожего. Хоть эти технологии и не близки между собой, лазерное и гидроабразивное оборудование часто используется в схожих условиях: там, где загруженность станков стабильно высока и где требуется высокое качество кромок и тонкость распила.
И, увы, станки для лазерной и гидроабразивной резки имеют одинаково высокую цену и доступны только тем предприятиям, для которых обработка выбранного материала является одним из основных направлений работы.
Впрочем, не обходится здесь и без существенных различий. При толщине стальных пластин менее 6 мм лазерная резка тратит электроэнергию более эффективно. Прирезке тонколистового металла лазерный метод раскроя оказывается в три раза дешевле, чем гидрообразив. Но как только толщина материала начинает превышать 6 мм, гидроабразивная резка становится куда эффективнее и дешевле.
Другое отличие — требовательность к качеству материала. Лазерный луч в этом плане крайне чувствителен. Он требует серьезной подготовки поверхности перед работой. А водно-песчанной смести ржавчина или окалина — не помеха. Она одинаково хорошо справляется и с чистым, и с грязным материалом. К тому же лазер оказывает на деталь сильное термическое воздействие, а вода с абразивом нагревают место распила совсем не много, и потому гидроабразивная резка часто является единственно возможным способом промышленного раскроя горючих материалов.
В качестве компромисса можно подобрать оборудование, на котором будет одновременно установлены две режущие головки: для лазерной и гидроабразивной резки. Но идти на такой компромисс может позволить себе только очень крупное предприятие: оба станка крайне недешевы, даже большинство предприятий средней руки не могут позволить себе такую роскошь, а если совместить две дорогих технологии в одном станке, то это оборудование точно будет стоить, как крыло от Боинга.

Не без изъянов
Не стоит думать, что гидроабразивная резка сплошь состоит из достоинств и плюсов. Вовсе нет, как и у любой другой технологии, здесь не обойтись без недостатков. В частности, гидроабразивное оборудование демонстрирует относительно низкую скорость реза на малых толщинах. Можно решить эту проблему пакетированием материалов. Тогда за один проход можно будет выкроить сразу несколько деталей, но это можно сделать только с листовыми материалами и не работает тогда, когда нужно выточить объемную деталь. К тому же в этом случае есть опасность столкнуться с другим недостатком гидроабразивной резки: конусностью. Ведь струя при прохождении сквозь разрезаемое вещество ослабевает, и частицы абразива теряют часть своей разрушающей способности. А потому ширина отверстия на выходе будет значительно меньше ширины на входе струи. К тому же при высоких скоростях резки материала режущая струя немного запаздывает, отставая от головки. Производители оборудования пытаются свести эти недостатки к минимуму техническими средствами. Например, американская компания Flow International Corporation предложила своим клиентам новый угол работы головки, при которой это отставание почти не заметно.
На мировом рынке за лидерство в производстве гидроабразивного оборудования соревнуются сразу несколько компаний: немецкая фирма Trumpf, концерн Bystronic (Швейцария), PTV (Чехия), Waterjet Corporation (Италия), Water Jet Sweden AB (Швеция) и уже упомянутая нами выше американская корпорация Flow International Corporation. К этому списку в последнее время добавились и другие компании, ранее специализировавшиеся на других типах резки, а именно Trenntec (Германия), Digital Control (Франция), Aliko (Финляндия) и даже ESAB Welding & Cutting Productions (Швеция).
Список российских производителей не столь обширен, зато лидеры здесь более явные. Так, несколько самых мощных установок были конструированы владимирским ОАО СКТБ ПО «Вектор» в сотрудничестве с исследовательской лабораторией ВладГУ. Некоторое время назад на внутреннем рынке зарекомендовали себя такие компании, как «ЭНИМС», «Тулмашзавод» и «Лазерные комплексы» в Шатуре. Но справедливости ради стоит отметить, что даже у созданных в университетских лабораториях станков качество оставляет желать лучшего.

"Промышленные страницы Сибири" №1 (60) январь-февраль 2012 г.

скачать pdf

Юлия Ребрунова.