Факторы, влияющие на качество гидроабразивной резки

Влияние скорости на угол пропила

Рис. 1 - 3/4" (20 мм) алюминий на 2 различных скоростях резки

Угол пропила - это разница между шириной реза в верхней и нижней части детали. По повышении скорости резки отношение ширины пропила в верхней части к ширине пропила в нижней части заметно увеличивается. На рисунке выше резка велась на скоростях 660 мм/мин, 335 мм/мин, 246 мм/мин (слева направо). Все другие параметры были постоянны (давление 4134 бар, расстояние между режущей головкой и материалом 1,5 мм, расход абразива 600 гр/мин). В верхней части ширина реза одинакова и равна 1,12 мм. Разница между шириной пропила в верхней и нижней частях 0,43 мм, 0,33 мм, 0,28 мм (слева направо). Приведенный эксперимент свидетельствует о том, что при снижении скорости уменьшается и конусность пропила.

На рисунке слева показан еще один разрез, выполненный на очень низкой скорости 25,4 мм/мин. Видно, что пропил расширяется к низу, внизу его ширина на  0,36 мм больше, чем в верху.

Перемещение гидроабразивной струи и качество резки

Увеличение скорости резки приводит к увеличению глубины следа гидроабразивной струи на кромке реза. На рисунке ниже приведены фотографии кромки реза в зависимости от скорости реза. Современные контроллеры позволяют пользователю настраивать качество резки в зависимости от требований. Высокоточные отверстия с гладкой кромкой могут быть вырезаны на небольших скоростях. Высокие скорости используются там, где качество кромке не так важно.

Рис 3 - Увеличение следа от гидроабразивной струи при увеличении скорости

Эффект при изменении расстояния между материалом и режущей головкой

Рис. 4 - 3/4" алюминий при резке с различным расстоянием до режущей головки, скорость одинаковая

Чтобы обеспечить наилучшее качество резки, расстояние между режущей головкой и обрабатываемой деталью должно быть одинаковым. Считается, что 1-1,5 мм - оптимальная дистанция до материала. Когда расстояние превышает 1,5 мм, появляется заметная конусность и увеличивается угол пропила. Происходит это из-за того, что струя воды проходя через воздух теряет когерентность. Если расстояние между материалом и головкой увеличится на 1,4, то скорость резки должна быть снижена на 20%, чтобы добиться приемлемых результатов качества кромки. Устройство автоматического регулирования дистанции - самый надежный и точный способ соблюдения оптимального расстояния. На рис. 7 показано, что если дистанция будет слишком большой, то струя не будет иметь достаточно энергии, чтобы разделить материал.

Рис. 5 - Увеличение высоты до точки, когда мощности струи не будет хватать для резки

Влияние скорости на внутренних углах

Гидроабразивная резка имеет свои особенности, связанные с тем, что в качестве режущего инструмента используется нежесткая струя. Так, при резке внутренних углов на нижней части детали возможно возникновение дефектов. Их появление объясняется тем, что в случае резки на больших скоростях при достижении струей угла и изменении ее направления струя внизу детали несколько опережает струю в верхней части. Исключить такие деформации можно путем уменьшения скорости резки при приближении к углу с последующим постепенным ускорением. Современные системы гидроабразивной резки позволяют производить подобные операции в автоматическом режиме.

Рис. 6 – Слишком большая скорость резки в углу

Гидроабразивная струя – круглый инструмент с диаметром в пределах 0,76-1,02 мм, что говорит о том, что с ее помощью невозможно создать идеально квадратный угол. Программное обеспечение CAM читает геометрию чертежа и, как правило, предлагает пользователю автоматически исправить прямые углы на закругления малых радиусов. Такой подход позволит избежать повреждений и значительно сократить время обработки. Для очень острых углов результат может сильно отличаться от чертежа, этот факт необходимо учитывать при проектировании деталей.

Типы ввода и вывода

Пробой материала и дальнейшая резка по требуемой траектории – стандартные операции гидроабразивной резки. В конце резки при останове струи могут оставаться некоторые следы на нижней поверхности детали.

Различные способы ввода и вывода могут быть опробованы на различных материалах и толщинах. На рис. 8 изображены несколько примеров типов ввода/вывода.

• 1 тип (прямая линия ввода т с очень короткой прямой линией вывода) для любых острых углов.
• 2 тип (ввод по дуге с короткой дугой вывода) хорошо подходит для тонких и мягких материалов.
• 3 тип (прямая линия ввода без вывода) дает хорошие результаты для твердых материалов большой толщины. 
• 4 тип (прямая линия ввода с короткой дугой вывода). Программное обеспечение CAM должно быть достаточно гибким, чтобы комбинировать различные типы ввода и вывода по желанию пользователя.

Рис. 8 – Различные типы ввода/вывода

Уменьшение видимых ошибок ввода/вывода

В конце резки небольшие следы могут появиться на нижней части детали в области ввода/вывода. Происходит это из-за эффекта отставания струи в нижней части, о котором говорилось выше. Современные системы управления позволяют уменьшать скорость в конце разреза, что исключает появление следов от струи на нижней поверхности детали в точке вывода.

Рис. 9 демонстрирует пример глубокого следа на детали из-за слишком большой скорости в конце резки и пример отсутствия следов при оптимальной скорости.

Рис. 9 – Слева детали с дефектами, справа – деталь с минимальным следом от струи.

Точность гидроабразивной резки

Фокусирующие трубки изготавливают из твердых материалов. Тем не менее, они подвержены износу, что необходимо учитывать при расчете себестоимости резки. Отверстие фокусирующей трубки в среднем увеличивается на 0,02 мм каждый час. Таким образом, срок службы фокусирующей трубки составляет около 120 ч.

Рис. 10 – Новая и несимметрично изношенная фокусирующая трубка

Если износ фокусирующей трубки не симметричный, гидроабразивная струя уже не будет круглой. Это приведет к смещению струи в одном направлении, а, значит, к менее точной резке.

Таким образом, срок службы фокусирующей трубки определяется требованиями по точности. Как правило, те трубки, которые еще можно использовать, откладывают для других работ, не требующих высокой точности.

Современное ПО позволяет отслеживать срок службы расходных материалов, интерфейс такого ПО приведен на рисунке ниже.

Рис. 11 -  Пример отслеживания срока службы расходных материалов