Машини за водно рязане на метал

Начало > Машини > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 3/2024 > 22.05.2024

  • Хидроабразивната обработка е изключително атрактивна за предприятията в епохата на устойчивостта и “зелените” решения

  • Глобалният пазар на машини за водно рязане на метал претърпява бурно технологично развитие през последните десетилетия

  • Непрекъснати подобрения при оборудването в сегмента се правят по отношение на ефективността и прецизността

 

Човечеството от векове използва разрушителната сила на водата в своя полза – като способ за нарушаване на целостта и на най-здравите и твърди материали. Една от най-фундаменталните технологии с индустриална приложимост в това направление е водното или хидроабразивното рязане, което се е превърнало в крайъгълен камък за развитието на съвременното промишлено производство. Методът впечатлява с простотата и ефективността си, а множеството му преимущества пред аналогични техники за рязане и отнемане на материал го правят изключително атрактивен за металообработващите цехове и предприятия и днес – в епохата, ориентирана към устойчивостта и “зелените” технологични решения.

 

Пазарно и технологично развитие

Глобалният пазар на машини за водно рязане на метал претърпява бурно технологично развитие през последните десетилетия, като с това цялостно изменя картината на модерния производствен сектор. Ключовите тенденции са неизменно свързани с автоматизацията и дигитализацията – основните стълбове на четвъртата индустриална революция, напът да се превърне в пета именно в духа на нарастващия фокус върху устойчивостта. Непрекъснати подобрения при оборудването в сегмента се правят и по отношение на ефективността и прецизността, което от своя страна сериозно разширява и кръга му от приложения.

Производителите предлагат все по-богат асортимент от специализирани и персонализируеми решения, подходящи за рязане на труднообработваеми материали, твърди инженерни сплави и композити. Високата екологична пригодност на метода пък го прави предпочитан избор за компании с активна политика за намаляване на въглеродния отпечатък.

Възможностите за програмируемо управление и дигитализиране на системите за хидроабразивно рязане от своя страна са в основата на това методът да се наложи и като основна стратегия за металорязане в интелигентното производство на бъдещето. Технологичният напредък в областта е свързан с интегрирането на сензори за мониторинг на статуса и работата на машините в реално време, комплексни софтуерни платформи за анализ на данни и други иновации, улесняващи внедряването им в IIoT и Industry 4.0 приложения.

Въведена в практиката в средата на 19-и век, революционната тогава техника продължава да се счита за иновативна и в наши дни и да се прилага масово за рязане, оформяне и полиране на разнообразни метали, като чугун, алуминий и стомана. За целта се използва специален абразивен материал, който заедно с водната струя се изпомпва под високо налягане в режещия апарат с помощта на две различни струйни системи – суспензионна и инжекционна. Действителното разрушаване на материала се извършва от абразивните частици, а основната функция на водата е да ги насочва към точката на рязане и да ги ускорява до необходимата скорост.

Хидроабразивната обработка предлага редица преимущества в сравнение с конвенционалното механично рязане и пробиване. Най-ключовите сред тях са липсата на топлинен ефект вследствие на триене, голямото разнообразие по отношение на извършваните операции, високата гъвкавост и производителност и минималната необходима сила.

Принципите и технологиите на Industry 4.0 водят до устойчив ръст на пазара на машини за водно рязане на метал, особено в машиностроенето, тежката индустрия и инструменталното производство, където непрекъснато нарастват изискванията за прецизност на детайлите и изделията. Все по-популярни стават тези системи и в авиокосмическия сектор, архитектурата и строителството, електрониката и други отрасли.

Възможностите на оборудването за хидроабразивно рязане да извършва не само груба, но и фина довършителна обработка спомагат за разпространяването му в нови звена и етапи на производствените вериги. Способностите на машините в сегмента се простират и далеч отвъд металорязането – към обработката на дървен материал, камък, стъкло, твърд каучук, керамика и други съществени за съвременната промишленост групи материали.

Популярна вариация е т. нар. 3D водно рязане, което става възможно с въвеждането на 5- и дори 6-осни конфигурации в тази производствена област. Техническите подобрения при системите в сегмента са концентрирани основно върху отстраняването на присъщи за метода проблеми, като забавянето на струята (stream lag) и стесняването й (tapering). С това оборудването за хидроабразивна обработка се изкачва нагоре в класацията на водещите технологии за прецизно рязане.

Възможностите на една металообработваща машина без охладителна система и смазочен флуид да произвежда сложни форми и комплексни геометрии, както и да постига отлично качество на повърхностите, са основни предимства на оборудването за водно рязане. Други преимущества са сравнително ниската цена, високата екологосъобразност и липсата на токсични отпадни материали от процеса. В този смисъл редица експерти считат метода за ключов инструмент на декарбонизацията в металообработката.

 

Ключови приложения

Системите за хидроабразивно рязане са изключително гъвкави и универсални, което прави приложенията им в съвременната индустрия практически неограничени. Машините за водно рязане под високо налягане стават все по-търсени в автомобилната промишленост, авиокосмическия сектор, корабостроенето, производството на селскостопанско оборудване и съоръжения за вятърната и конвенционалната енергетика, машино- и уредостроенето, поради способността им да комбинират висока ефективност и производителност с отлична прецизност. В тези сектори често се използват материали с висока твърдост или специални характеристики, които изискват повишена точност при рязане, например при изработката на перки за турбини, компоненти за реактивни двигатели, олекотени елементи за летателни превозни средства и т. н.

Възможностите за рязане без повишаване на температурата на заготовката спомага за запазването на структурната и химична цялост на материала, което елиминира риска от деформации и отклонения при размерите и геометриите. Ето защо хидроабразивни машини се прилагат широко за изработка на компоненти и изделия от алуминий, закалена инструментална стомана, титан, мед, месинг и дори по-рядко използвани метали. Максималната дебелина на заготовките зависи от вида на материала, като най-голяма е при алуминия (приблизително 45 cm), при стоманата е около 30 cm, а при медта и месинга – 25 cm.

Капацитетът на рязане на една машина за хидроабразивна обработка значително се повишава посредством централно програмно управление, което спомага за значително скъсяване на производствените цикли и намаляване на загубите на материали и ресурси. Оборудване за водно рязане с ЦПУ се използва масово в различни по предназначение цехове за металообработка, включително в производството, сервизните и ремонтните дейности. Предимства на метода за такива предприятия са възможностите за обработка на големи площи с висока скорост, както и за рязане на материали, които имат лоши проводникови свойства. В подобни компании често се изпълняват малки по обем, но изключително хетерогенни поръчки за клиенти от различни отрасли.

Безспорно един от водещите сектори на приложение на машините за хидроабразивна обработка е автомобилната индустрия, където те изпълняват най-разнообразни задачи – от прецизната изработка на фини компоненти за двигатели и предавателни механизми до високопроизводителното рязане на едрогабаритни детайли за купета и каросерии. Сходен е случаят и в отбранителния сектор, където са налице дори още по-високи изисквания за точност при размерите и допуските, а най-популярни са 5- и 6-осните машини. С оборудване за абразивно водно рязане могат да бъдат обработвани и материали с изключително висока твърдост, като кевларени композити. Високата гъвкавост и прецизност на метода го превръщат в отлично решение и за производството на медицинска и хирургична техника, където непрекъснато се внасят иновации при състава и свойствата на материалите.

Друга област на обширно приложение на машините за хидроабразивна обработка е архитектурно-строителният бранш. В този сектор оборудването за водно рязане спомага за по-рентабилното, ефективно и устойчиво производство на метални и циментови конструкции, сложни елементи от стъкло, керамика и фибростъкло и т. н.
Пазарните анализатори отбелязват, че постоянно нараства използването на системи за водно рязане и в изработката на модели и прототипи в научноизследователската и развойна фаза на продуктовото развитие, където технологията осигурява огромна свобода по отношение на дизайна.

Преимуществата й във връзка с прецизността и липсата на загряване при обработка я превръщат в предпочитан производствен метод и за електронни и микроелектронни компоненти, чиито електрически свойства биха били компрометирани под влияние на топлината. Други популярни сфери на приложение на съвременните машини за водно рязане са производството на лабораторна и измервателна техника, минното дело и нефтено-газовата индустрия. За последната е характерна необходимостта от рязане на специални материали, като инконел, хастелой (стоманена сплав с висока устойчивост на корозия) и неръждаема стомана, за изработката на подводни съоръжения.

 

Водещи тенденции

Основополагаща тенденция при машините за хидроабразивна обработка в наши дни е повишаването на степента на автоматизация, с което значително нараства тяхната ефективност и прецизност. Оборудването в сегмента се модернизира с комплексни софтуерни платформи и роботизирани системи за обслужване на зареждането и разтоварването на детайли – с цел допълнително повишаване на производителността и надеждността чрез постоянно високо качество и точност на обработката.

Наред с автоматизацията и роботизацията вървят интелигентните функции и възможностите за интеграция в Industry 4.0 сценарии. Така от самостоятелни машини за хидроабразивна обработка решенията в сегмента се превръщат в свързани елементи на мащабните производствени екосистеми, които генерират огромни масиви от данни, като могат да се самодиагностицират и самооптимизират в течение на времето. Важен аспект от технологичната еволюция на оборудването за водно рязане са платформите с изкуствен интелект и машинно самообучение, както и системите за превантивно обслужване и прогнозна поддръжка, които значително удължават експлоатационния живот на машините, намаляват оперативните разходи, престоите и загубите. В хода на дигитализацията производителите използват в разработката и залагат във функционалността на продуктите си и все по-разнообразен инструментариум, базиран на виртуална и добавена реалност, управление чрез мобилни приложения и т. н.

Друга важна посока на развитие в бранша е обособяването на специализиран подсегмент от машини за труднообработваеми материали, които вече фигурират в каталозите на голяма част от водещите производители и намират приложение практически във всички отрасли на индустрията.
Следващата отчетлива тенденция, която експертите посочват, е свързана с възможностите за персонализиране на оборудването по функционалност и производителност чрез модулни концепции при компонентите и специализиран софтуер за конфигуриране и управление на разнообразни приложения.

Интересен ракурс в технологичното развитие на машините за хидроабразивно рязане е популяризирането на компактните и преносими системи, които могат лесно да бъдат премествани в цеха за изпълнението на разнообразни задачи в различни зони и локации. Предимствата им включват (но не се ограничават с) улеснено интегриране, опростена инсталация, по-висока разходна и пространствена ефективност за малки и средни предприятия и др.

Сред тенденциите, които оформят бъдещето на хидроабразивните решения, е и разширяването на приложенията на тези системи в нововъзникващи сектори. Пример за това е адитивното производство, където машините за водно рязане все по-често се използват като допълващо триизмерния печат средство за довършителна обработка, включително зачистване и полиране на грубите метални изделия, изработени чрез 3D принтер.

В заключение ще споменем и най-важната по отношение на влиянието й върху развитието на сектора тенденция – използването на хидроабразивното рязане като екологична алтернатива на други производствени методи в металообработката. В контекста на нарастващия стремеж към климатична неутралност на индустрията експертите очакват глобалният пазар на машини за водно рязане да запази високите си темпове на растеж и през следващото десетилетие, а наред с това да продължи да се увеличава и енергийната и ресурсна ефективност на тези системи.


Вижте още от Машини


Ключови думи: водно рязане, хидроабразивно рязане, хидроабразивна обработка, металорязане, металообработка, машини за водно рязане, Industry 4.0, автоматизация, роботизация



Редактор на статията:

Пепа Петрунова

Пепа Петрунова

Редактор

  • Завършва специалност "Журналистикa" в СУ "Св. Климент Охридски";

 

  • Заема длъжността редактор "Списания" от 2013 г.;

 

  • Разполага с над 15 години опит в разработването на оперативни материали и технически статии в широк кръг от тематични области.

 

Пепа Петрунова в LinkedIn

Top