Основы давления гидроабразивной резки

Правильное давление гидроабразивной резки зависит от сочетания мощности насоса, диаметра сопла и отверстия. Конечно, установка оптимального давления – это только отправная точка.

С момента появления технологии водоструйной резки почти 50 лет назад постоянно ведутся споры о том, какое сочетание давления и мощности обеспечивает оптимальную производительность резки. Означают ли большие цифры лучшую или более быструю резку? Какая комбинация давления, мощности и узла сопла лучше всего подходит для данного применения? Что все это на самом деле означает?

Чтобы сформулировать дискуссию, давайте удалим аргумент об усилителе и насосах с прямым приводом. Если вы когда-либо задумывались о покупке системы водоструйной резки, вы, вероятно, столкнулись с потоком маркетинговых и коммерческих данных, показывающих преимущества каждой из них. Гидравлические насосы-усилители могут создавать исключительно высокое давление за счет энергоемкой гидравлической системы. Другие защищали системы с прямым приводом, в которых используется механический насос коленчатого вала (см.Рисунок 1).

В предыдущие десятилетия существовал компромисс между этими технологиями. Насосы-усилители считались более простыми и дешевыми в обслуживании, особенно при высоких давлениях, в то время как системы с прямым приводом обеспечивали более высокую энергоэффективность. Технология развивалась, и компромиссы менялись с годами.

Несмотря на это, основные принципы гидроабразивной резки не изменились. Комбинация насадки и отверстия способствует повышению давления воды, когда она выдавливается из трубопровода высокого давления через отверстие размером в сотые доли дюйма. Проходя через отверстие малого диаметра, вода образует последовательную струю воды, которая затем проходит через сопло Вентури, где в поток воды всасывается дозированное количество гранулированного абразива. Смесь воды и абразивных частиц проходит через специальную керамическую смесительную трубку, и полученная суспензия абразива и воды выходит из сопла в виде последовательного режущего потока абразивных частиц, движущихся с очень высокой скоростью.

Абразивы режут только тогда, когда успешно достигают материала. Размер сетки абразива должен соответствовать размеру отверстия, чтобы избежать засорения. Гранат с размером 80 меш является наиболее универсальным для различных размеров сопел, тогда как гранат с размером 50 меш намного грубее и обычно используется с отверстиями большего диаметра, например 0,022 или 0,020 дюйма. Использование более узкого сопла с гранатом с размером 50 меш увеличит вероятность засорения. . Для сопел меньшего размера, используемых для высокоточных применений, например, 0,014 или 0,010 дюйма. насадки оптимальной является сетка 120 и выше.

Размер сопла – не единственный фактор, определяющий идеальный размер сетки для конкретного применения. Подобно наждачной бумаге, более тонкая обработка поверхности требует большего и более мелкозернистого размера ячеек. Гранат размером 220 меш обеспечит более гладкую и точную обработку по сравнению с 80 мешами, особенно при резке тонкого материала.

Давление определяется объемом воды, проталкиваемой насосом через отверстие сопла (см.фигура 2 ). Чем меньше отверстие, тем выше давление. Гипотетически, с насосом мощностью 100 л.с. и широким отверстием вы могли бы максимально увеличить давление водоструйной резки до 30 000 фунтов на квадратный дюйм, но ни один OEM-производитель не продает ничего подобного, потому что это неэффективно. С другой стороны, можно достичь давления 60 000 фунтов на квадратный дюйм с помощью насоса мощностью 5 л.с., но возможности применения строго ограничены, а отверстие будет абсурдно узким.

Мощность пропорциональна давлению, умноженному на объемный расход (P = kp × V). Для данной мощности насоса любое увеличение давления должно сопровождаться пропорциональным уменьшением объемного расхода. Это означает, что насос более высокого давления должен использовать сопло с меньшим отверстием. Например, насос-усилитель мощностью 50 л.с. с диаметром 0,014 дюйма. Отверстие сопла при 60 KSI ограничено 0,010 дюйма. отверстие при 90 KSI.

Для операций чистой гидроабразивной резки, выполняемых без абразивов, большее давление может привести к более быстрой резке. Фактически, меньший диаметр струи, исходящей из системы высокого давления, может быть более эффективным при резке только водой, например, пищевых продуктов или поролона. Однако в системах гидроабразивной резки резку выполняет абразив, а не вода. Вместо этого вода ускоряет мелкие абразивные частицы в виде сплошного потока, который может разрушить разрезаемый материал.