Обзор станков для гидроабразивной резки металла. Резать водой
Гидроабразивная резка металла – технология, без которой не обходится машиностроительная и металлопрокатная отрасль.
Иногда достичь необходимого качества среза невозможно даже посредством плазменной резки, в связи с чем применяется оборудование для резки посредством гидроабразивной струи.
Впервые гидроабразивная резка металла была использована американской авиастроительной компанией, которая впоследствии представила данные о том, что такая технология является лучшим вариантом для обработки стали и прочих тугоплавких металлов.
С того времени водно-абразивный метод не перестает пользоваться спросом в разных производственных сферах. Сегодня станки, предназначение которых — обработка стали, труб и пр. гидроабразивной струей, очень популярны.
Оборудование, используемое для резки металла посредством гидроабразива, незаменимо в работе с толстостенными заготовками. Только эти станки способны обеспечить высокое качество линии реза стали во время прокладки труб.
После протачивания рабочего участка 200-мм металлического листа на поверхности линии реза стали нет ни окалин, ни заусениц.
Идеальное качество среза в сочетании со щадящим температурным режимом — это еще не все достоинства, которыми наделена водно-абразивная технология.
Высокая стоимость установок компенсируется экономией на крепежных элементах и узлах, которые не нужны даже при работе с тонкостенными заготовками.
Отсутствие дымовой завесы и пыли, а также других неприятных факторов – еще одно из многих достоинств гидроабразивной резки.
Помимо этого, нет надобности проводить замену изношенного режущего инструмента и контролировать остроту резака, так как, по сути, он отсутствует.
Вместо него функцию режущего инструмента выполняет струя воды в сочетании с абразивными компонентами.
Процесс начальной и финишной гидроабразивной обработки среза выполняется в один этап.
При этом скорость рабочего процесса проходит без замедлений, показатель скорости резки не понижается, даже если приходится обрабатывать толстостенные элементы, как, например, во время прокладки труб.
Универсальные характеристики станков для резки металла позволяют на одной установке проводить одновременную обработку разных материалов — это может быть пластик, стекло, резина или многослойное изделие.
Гидроабразивные установки для резки металла отличаются безопасностью эксплуатации, поэтому могут эксплуатироваться на заводах с вероятным риском взрывоопасности.
Принцип действия и применение гидроабразивных станков
Станки для обработки металла гидроабразивом универсальны в применении, ведь их возможности не заканчиваются на раскрое металлопроката. Принцип действия водно-абразивных установок можно посмотреть на видео.
Основывается технология на специально разработанной системе подачи воды под высоким давлением на обрабатываемую поверхность.
Вспомогательным компонентом жидкости является абразив, который добавляется в воду. Обычно в качестве абразивной добавки используют микрочастицы песка.
Вода и песчинки одновременно подаются в смеситель из отдельных резервуаров, где тщательно перемешиваются. В результате полученная взвесь под давлением попадает в сопло установки.
Затем рабочий водно-абразивный инструмент, в виде интенсивной с определенными параметрами струи, направляется на заготовку и разрезает ее.
В данном случае скорость гидроабразивной резки можно сравнить разве что со скоростью работы плазмореза, а вот качество выполненного таким методом среза может соответствовать только качеству разрезания лазером.
Стремительное развитие современных технологий позволило усовершенствовать станки путем расширения их эксплуатационных возможностей. Благодаря чему их сфера использования возросла.
На сегодняшний день водно-абразивное оборудование дает возможность:
- Проводить нестандартное разрезание любого материала, при этом меняющийся наклон реза не сказывается отрицательно на качестве. Рабочий процесс, выполняемый под любым углом наклона, дает возможность на выходе получить полностью готовые заготовки и не подвергать их финишной обработке;
- Вырезать детали самых сложных геометрических форм с помощью числового программного обеспечения. В данном случае обработка проходит полностью в автоматическом режиме и не требует человеческого участия. Оборудование управляется специально заданной компьютерной программой. Гидроабразивная резка (например, обработка труб) позволяет выполнить нужную окружность без допустимых погрешностей;
- Станки для обработки металла (труб) гидроабразивом, используемые в металлопрокате, дают возможность проводить разрезание максимальной толщины разного металла, как показано в видео. Так, обработка заготовки из среднеуглеродистой стали может выполняться с использованием материала максимальной толщины – 200 мм. Максимальная толщина титанового материала может составлять 15-17 мм; высокопрочные сплавы могут иметь толщину 12 мм. А вот толщина медной заготовки достигает лишь 5 мм;
- Гидроабразивная технология нашла свое применение также и в сфере искусства. Оборудование позволяет производить разнообразные предметы дизайна и украшения, чаще всего обработка фигур происходит с применением ЧПУ.
Особенности эксплуатации установок с ЧПУ
Гидроабразивное оборудование с компьютерным программным управлением — одна из возможностей расширить сферу использования станков, повысить эффективность работ и при этом увеличить производительность.
Больше подробностей можно почерпнуть из ниже предложенной информации и видео сюжета.
Станки с ЧПУ применяются для производства заготовок из стали, алюминиевых, медных и прочего типа металлов.
Строгая точность резки, которую обеспечивает водно-абразивное оборудование с ЧПУ, практически не имеет отклонений от поставленных задач.
Гидроабразивные установки с программным управлением, дают следующие преимущества:
- Станки, оборудованные ЧПУ, функционируют в соответствии с заданной программой. При этом обработка каждой заготовки выполняется по индивидуальному программному обеспечению. С его помощью автоматом подбирается давление струи, состав рабочей режущей взвеси и прочие параметры;
- Если на станках без ЧПУ подбор режущей струи может быть выбран неправильно, то в данной ситуации этот момент исключается. Оборудование самостоятельно контролирует качество среза, затем автоматически корректирует используемый режим;
- Обработка металлов с помощью программного обеспечения также предусматривает возможность проделывания отверстий нужного диаметра;
- Как можно судить по видео материалу, по завершению гидроабразивного процесса из заготовки выходит полностью готовая деталь, которую нет необходимости подвергать шлифовке или дополнительной обработке, в местах среза.
Ручные станки для водно-абразивной резки металла
Так как часть работы все же приходится делать своими руками, показатель удобства и комфорта использования такого оборудования далек от идеала.
Но в этом есть и свои плюсы, заключающиеся в нескольких простых факторах, которые в некотором смысле могут стать решающими при выборе оборудования:
- Оборудование без программного обеспечения в несколько раз дешевле станков с ЧПУ;
- Обработка на ручной гидроабразивной установке доступна для человека без специального образования;
- Ручные установки отличаются простой управления и небольшим набором функций, с настройкой которых можно справиться своими руками;
- При этом оборудование обеспечено всеми необходимыми техническими свойствами, которые позволяют получить заготовки с простыми геометрическими формами;
- Ровный качественный рез, возможность проводить срез под углом, раскрой материала и получение простых фигур со строгими геометрическими формами – все эти функции могут быть применены на любых материалах, включая сталь, стекло и медь. В качестве примера можно провести работу для прокладки труб.
Рассмотреть процесс настройки своими руками ручного станка и его действия можно в видео в разделе.
Подробно о расходных материалах для гидроабразивных станков
Все, что требуется для восстановления полноценной работы гидроабразивных установок для резки металла — это регулярно проводить обновление расходных материалов и изношенных элементов, ведь станки со временем выходят из строя.
Расход абразива, даже на станках с программным обеспечением, иногда превышает 300 г в 1 минуту, так как при работе с материалом, имеющим максимальную толщину, показатель возрастает.
В качестве абразива применяют микрочастицы природного гранатового песка, который способен обеспечить резку тягучих и тугоплавких заготовок. Величина микропесчинки может составлять до 600 микрон.
Помимо абразива, гидроабразивная технология не обходится без воды, которая предварительно подготавливается и проходит фильтры.
Если использовать жидкость без специальной системы подготовки, то качество среза значительно снизится.
Из деталей гидроабразивного оборудования чаще всего подлежат замене: система подачи абразивной взвеси, сопло и направляющие трубки.
А также уплотнительные элементы насосной станции, без которых не будет нужного давления в системе.
Дополнить вышеизложенную информацию позволит тематическое видео в нашей статье.
Гидрорезка (водоструйная резка) - вид резки, при котором материал обрабатывается тонкой сверхскоростной струей воды. При гидроабразивной резке для увеличения разрушительной силы водяной струи в нее добавляются частицы высокотвердого материала - абразива.
Общепринятые обозначения
ГАР
WJC
- Water Jet Cutting - резка водяной (или водно-абразивной) струей
AWJC
- Abrasive Water Jet Cutting - абразивная водоструйная резка
Сущность процесса
Если обычную воду сжать под давлением около 4000 атмосфер, а затем пропустить через отверстие диаметром меньше 1 мм, то она потечет со скоростью, превышающей скорость звука в 3-4 раза. Будучи направленной на обрабатываемое изделие, такая струя воды становится режущим инструментом. С добавлением частиц абразива ее режущая способность возрастает в сотни раз, и она способна разрезать почти любой материал.
Технология гидроабразивной резки основана на принципе эрозионного (истирающего) воздействия абразива и водяной струи. Их высокоскоростные твердофазные частицы выступают в качестве переносчиков энергии и, ударяясь о частицы изделия, отрывают и удаляют последние из полости реза. Скорость эрозии зависит от кинетической энергии воздействующих частиц, их массы, твердости, формы и угла удара, а также от механических свойств обрабатываемого материала.
Технология резки
Вода, нагнетаемая насосом до сверхвысокого давления порядка 1000-6000 атмосфер, подается в режущую головку. Вырываясь через узкое сопло (дюзу) обычно диаметром 0,08-0,5 мм с околозуковой или сверхзвуковой скоростью (до 900-1200 м/c и выше), струя воды поступает в смесительную камеру, где начинает смешиваться с частицами абразива - гранатовым песком, зернами электрокорунда, карбида кремния или другого высокотвердого материала. Смешанная струя выходит из смесительной (смешивающей) трубки с внутренним диаметром 0,5-1,5 мм и разрезает материал. В некоторых моделях режущих головок абразив подается в смесительную трубку. Для гашения остаточной энергии струи используется слой воды толщиной, как правило, 70-100 сантиметров.
Рисунок. Схема гидроабразивной резки
Рисунок. Схема смешивания частицы абразива
При гидрорезке (без абразива) схема упрощена: вода под давлением вырывается через сопло и направляется на разрезаемое изделие.
Таблица. Характерная область применения технологий резки водой
| Гидрорезка | Гидроабразивная резка |
| Кожа, текстиль, войлок (обувная, кожаная, текстильная промышленность) | Листы из сталей, металлов |
| Пластики, резиновые изделия (автомобильная промышленность) | Различные металлические детали (отливки, шестерни и др.) |
| Электронные платы | Сплавы алюминия, титана и др., композитные материалы, толстостенные пластмассы (авиационная и космическая промышленность) |
| Ламинированные материалы (авиационная и космическая промышленность) | Бетон, железобетон, гипсовые блоки, твердая брусчатка и др. строительные материалы |
| Теплоизоляционные, уплотнительные и шумопонижающие материалы | Камень, гранит, мрамор и др. |
| Продукты питания - замороженные продукты, плотные продукты, шоколад, выпечка и др. | Стекло, бронированное стекло, керамика |
| Бумага, картон | Комбинированные материалы, материалы с покрытием |
| Дерево | Дерево |
| Термо- и дуропласт | Армированные пластики |
При гидроабразивной резке разрушительная способность струи создается в гораздо большей степени за счет абразива, а вода выполняет преимущественно транспортную функцию. Размер абразивных частиц подбирается равным 10-30% диаметра режущей струи для обеспечения ее эффективного воздействия и стабильного истечения. Обычно размер зерен составляет 0,15-0,25 мм (150-250 мкм), а в ряде случаев - порядка 0,075-0,1 мм (75-100 мкм), если необходимо получение поверхности реза с низкой шероховатостью. Считается, что оптимальный размер абразива должен быть меньше величины (d с.т. - d в.с.)/2, где d с.т. - внутренний диаметр смесительной трубки, d в.с. - внутренний диаметр водяного сопла.
В качестве абразива применяются различные материалы с твердостью по Моосу от 6,5. Их выбор зависит от вида и твердости обрабатываемого изделия, а также следует учитывать, что более твердый абразив быстрее изнашивает узлы режущей головки.
Таблица. Типичная область применения некоторых абразивных материалов при резке
| Наименование | Характерная область применения |
| Гранатовый песок (состоит из корунда Al 2 O 3 , кварцевого песка SiO 2 , оксида железа Fe 2 O 3 и других компонентов) | Широко распространен для резки различных материалов, в особенности высоколегированных сталей и титановых сплавов |
| Зерна электрокорунда (состоит преимущественно из корунда Al 2 O 3 , а также примесей) или его разновидности | Искусственные материалы с очень высокой твердостью по Моосу. Используются для резки сталей, алюминия, титана, железобетона, гранита и др. материалов |
| Зерна карбида кремния (SiC) - зеленого или черного | |
| Кварцевый песок (SiO 2) | Резка стекла |
| Частицы силикатного шлака | Резка пластика, армированного стекло- либо углеродными волокнами |
Сопла обычно изготавливают из сапфира, рубина или алмаза. Срок службы сапфировых и рубиновых сопел составляет до 100-200 часов, алмазных сопел - до 1000-2000 часов. При гидрорезке не применяются рубиновые сопла, а сапфировые обычно служат в 2 раза дольше.
Смесительные трубки изготавливают из сверхпрочных сплавов. Срок службы - как правило, до 150-200 часов.
Технологические параметры
Основными технологическими параметрами процесса гидроабразивной резки являются:
- скорость резки;
- вид, свойства и толщина разрезаемого изделия;
- внутренние диаметры водяного сопла и смесительной трубки;
- тип, размер, скорость потока и концентрация в режущей смеси абразивных частиц;
- давление.
Скорость резки (скорость перемещения режущей головки вдоль поверхности обрабатываемого изделия) существенно влияет на качество реза. При высокой скорости происходит отклонение (занос) водно-абразивной струи от прямолинейности, а также заметно проявляется ослабевание струи по мере разрезания материала. Как следствие, увеличиваются конусность реза и его шероховатость.
Рисунок. Типичная форма реза в зависимости от условий резки
Рисунок. Занос струи при резке со скоростью выше оптимальной
Разделительная резка может выполняться на скорости, составляющей 80-100% от максимальной. Качественной резке обычно соответствует скоростной диапазон в 33-65%, тонкой резке - в 25-33%, прецизионной резке - в 10-12,5% от максимальной скорости.
Фото. Вид поверхности реза в зависимости от скорости водно-абразивной резки
В некоторых моделях режущих головок используется технология автоматической компенсации конусности, например, Dynamic Waterjet компании Flow. Компенсация конусности достигается в результате программно управляемого динамического наклона режущей головки на определенный градус. Это позволяет повысить скорость резки при сохранении качества реза и, соответственно, сократить производственные расходы.
С уменьшением внутреннего диаметра смесительной трубки (при прочих равных условиях) возрастают производительность и точность резки, уменьшается ширина реза (она примерно на 10% больше внутреннего диаметра трубки). При этом снижается и срок службы трубки. В процессе эксплуатации смесительной трубки ее внутренний диаметр увеличивается примерно на 0,01-0,02 мм за каждые восемь часов работы.
Таблица. Примерные размеры абразива при различных режимах резки
| Применение | Размер частиц гранатового песка (Garnet) | Внутр. диаметр водяного сопла | Внутр. диаметр смесительной трубки | |||
| mesh (США) | микрон | дюймов | мм | дюймов | мм | |
| Стандартная промышленная конфигурация | 80 | 178 (300-150) |
0,013-0,014" | 0,330-0,356 | 0,04" | 1,02 |
| Высокоскоростная резка | 60 | 249 (400-200) |
0,014-0,018" | 0,356-0,457 | 0,05" | 1,27 |
| 50 | 297 (600-200) |
|||||
| Точная резка | 120 | 125 (200-100) |
0,012-0,013" | 0,305-0,330 | 0,036" | 0,91 |
| 80 | 178 (300-150) |
|||||
| Высокоточная резка | 120 | 125 (200-100) |
0,010-0,011" | 0,254-0,279 | 0,03" | 0,76 |
Расход абразива зависит от диаметров смесительной трубки и водяного сопла, условий резки и т. д. Ориентировочные оптимальные значения приведены в таблице ниже.
Таблица. Оптимальный расход абразивного материала при некоторых соотношениях диаметров смесительной трубки и сопла
Максимальное рабочее давление обычно составляет 3000-3200, 3800, 4150 или 6000 бар. Чем выше давление, тем выше скорость и эффективность резки. В то же время требуется более частая замена прокладок в насосе.
Таблица. Зависимость скорости прямолинейной разделительной (черновой) резки от толщины материала при давлении насоса P = 4100 бар (примерно 4046 атм)
| Вид материала | Скорость резки (м/ч)* при толщине | ||||
| 5 мм | 10 мм | 20 мм | 50 мм | 100 мм | |
| Нержавеющая сталь | 52,62 | 28,56 | 13,02 | 3,84 | 1,44 |
| Титан | 68,46 | 37,20 | 16,98 | 4,98 | 1,86 |
| Алюминий | 142,20 | 77,40 | 35,40 | 10,20 | 3,72 |
| Гранит | 251,40 | 137,10 | 62,76 | 18,00 | 6,60 |
| Мрамор | 295,20 | 160,80 | 73,50 | 21,24 | 7,80 |
| Углепластик | 247,20 | 134,70 | 61,74 | 17,70 | 6,60 |
| Стекло | 272,76 | 148,62 | 67,92 | 19,62 | 7,26 |
| * : давление - 4100 бар; марка абразива - Kerfjet #80; расход абразива - 250-450 г/мин; внутренний диаметр сопла - 0,25 мм, 0,35 мм; внутренний диаметр смесительной трубки - 0,76 мм, 1,01 мм / данные ООО «ТехноАльянсГрупп», г. Москва, установки ГАР BarsJet | |||||
Таблица. Зависимость скорости прямолинейной разделительной (черновой) резки от толщины материала при давлении насоса P = 6000 бар (около 5922 атм)
| Вид материала | Скорость резки (м/ч)* при толщине | ||||
| 5 мм | 10 мм | 20 мм | 50 мм | 100 мм | |
| Нержавеющая сталь | 86,64 | 47,16 | 21,48 | 6,12 | 2,40 |
| Титан | 112,38 | 61,50 | 28,08 | 8,22 | 3,06 |
| Алюминий | 233,76 | 127,44 | 58,44 | 16,92 | 6,24 |
| Гранит | 413,46 | 225,42 | 103,08 | 29,70 | 10,92 |
| Мрамор | 485,28 | 264,60 | 121,02 | 34,80 | 12,84 |
| Углепластик | 406,56 | 221,88 | 101,40 | 29,22 | 10,86 |
| Стекло | 448,14 | 244,38 | 111,72 | 32,16 | 11,88 |
| * : давление - 6000 бар; марка абразива - Kerfjet #80; расход абразива - 250-450 г/мин; внутренний диаметр сопла - 0,25 мм; внутренний диаметр смесительной трубки - 0,76 мм, 1,01 мм / данные ООО «ТехноАльянсГрупп», г. Москва, установки ГАР BarsJet | |||||
Фото. Детали, полученные гидроабразивной резкой: из нержавеющей стали толщиной 15 мм; из сплава алюминия толщиной 6 мм; из алюминия толщиной 30 мм; из пластика, армированного волокном, толщиной 20 мм; из инструментальной стали толщиной 60 мм
Преимущества, недостатки и сравнительная характеристика
С помощью водно-абразивной или водной струи можно разрезать практически любые материалы. При этом не возникают ни механические деформации заготовки (так как сила воздействия струи составляет лишь 1-100 Н), ни ее термические деформации, поскольку температура в зоне реза составляет около 60-90°С. Таким образом, по сравнению с технологиями термической обработки (кислородной, плазменной, лазерной и др.) гидроабразивная резка обладает следующими отличительными преимуществами:
- более высокое качество реза из-за минимального термического влияния на заготовку (без плавления, оплавления или пригорания кромок);
- возможность резки термочувствительных материалов (ряда пожаро- и взрывоопасных, ламинированных, композитных и др.);
- экологическая чистота процесса, полное отсутствие вредных газовых выделений;
- взрыво- и пожаробезопасность процесса.
Водно-абразивная струя способна разрезать материалы толщиной до 300 мм и больше. Гидроабразивная резка может выполняться по сложному контуру с высокой точностью (до 0,025-0,1 мм), в том числе для обработки объемных изделий. С ее помощью можно делать скосы. Она эффективна по отношению к алюминиевым сплавам, меди и латуни, из-за высокой теплопроводности которых при термических способах резки требуются более мощные источники нагрева. Кроме того, эти металлы труднее разрезать лазером из-за их низкой способности поглощать лазерное излучение.
К недостаткам водно-абразивной резки относятся:
- существенно меньшая скорость разрезания стали малой толщины по сравнению с плазменной и лазерной резкой;
- высокая стоимость оборудования и высокие эксплуатационные затраты (характерно и для лазерной резки), обусловленные расходом абразива, электроэнергии, воды, заменами смесительных трубок, водяных сопел и уплотнителей, выдерживающих высокое давление, а также издержками по утилизации отходов;
- повышенный шум из-за истечения струи со сверхзвуковой скоростью (характерно и для плазменной резки).
Таблица. Сравнение гидроабразивной резки с кислородной, плазменной и лазерной резкой
| Наименование | Характеристика водно-абразивной резки по отношению к | ||
| кислородной | плазменной | лазерной | |
| Диапазон разрезаемых материалов | очень сильно превосходит | сильно превосходит | еще шире |
| Типичная ширина реза (мм) | гораздо меньше | меньше | больше (при резке водой - сопоставимая) |
| Качество | очень сильно превосходит | сильно превосходит | превосходит |
| Зона термического влияния | гораздо меньше | гораздо меньше | меньше |
| Ограничение по максимальной толщине металла | уступает | превосходит | значительно превосходит |
| Производительность резки тонкой стали (до 6 мм, без пакетной резки) | уступает | существенно уступает | существенно уступает |
| Стоимость оборудования | гораздо выше | выше | сопоставимая |
| Стоимость обслуживания | выше | сопоставимая | сопоставимая |
Начать статью предпочтительнее будет с вопроса. Действительно, чем водой (видео процесса этого, к слову, можно найти на нашем портале) будет отличаться от других существующих способов резки металла?
Наиглавнейшее, на наш взгляд, отличие состоит в том, что при такой резке не будут использоваться никакие режущие элементы — металлические или же керамические.
Не применяются также дуга и электричество, не применяется и специализированный газовый резак. Все процессы выполняются исключительно с помощью обыкновенного абразива и воды, которые в качестве струи (в смешанном виде) подаются в заданном направлении под высоким давлением.
Даже если происходит резка металла водой своими руками, в конечном итоге должен обязательно получаться ровненький шов, который выполнен с помощью той же воды и того же абразива (нередко, в качестве абразива может применяться разнородная металлическая крошка, песчаные насыпи и другие материалы).
Необходимо отметить — у такого способа, как гидроабразивная резка металла, цена которой может отличаться (в дальнейшем, в статье будет рассказано, почему) имеется определенное количество существенных положительных моментов!
Первое, на что обращают внимание сварщики — это то, что резка металла водой (видео это прекрасно демонстрирует) позволяет избежать травматических последствий для рабочего. Сам металл, в большинстве случаев, будет нагреваться вплоть до температурных показателей, находящихся в диапазоне от шестидесяти до девяноста градусов по Цельсию, но не более.
Умелый мастер, использующий , цена на который в последнее время несколько упала по причине возрастающей среди производителей конкуренции, сумеет даже разрезать металл, толщина которого будет более десяти сантиметров!
Тем, кто уже успел обрадоваться кажущейся «дешевизне», можно смело успокоиться. Гидроабразивная резка металла — оборудование, цена и характеристики которой удивляют (выше мы просто описали факт вмешательства китайского рынка и реакцию на это вмешательство показателей стоимости агрегатов).
Должны выполняться водой, подающейся под высочайшим давлением (вплоть до двухсот атмосфер) очень тонкой струей. Заметим, что производить работу с таким оборудованием надлежит предельно аккуратно.
Стоит сказать, что в некоторых моделях резаков отбрасываемые водяные брызги будут рикошетить вовнутрь струи, в других – выбиваться в стороны. Именно поэтому нужно применять защитный экран, произведенный из ударостойкого пластика — если не стараться избегать травм, это будет, что называется, «себе дороже».
Влияние материала на стоимость работ. Функции абразивов
Цена на которую часто обозначается личными предпочтениями сварщика, может стоить по-разному и из-за использования разных абразивных материалов. Главный недостаток абразивов — дороговизна. Абразив используется для так называемого «пробива» — то есть, он позволяет воде пробиться в углублённые слои металла, который обрабатывается.
Когда выполняют листовую резку металла, стараются использовать только резку водой, без смешивания с абразивами. Однако тут нужно учитывать то, что расход воды в данном случае будет очень высоким!
Какие плюсы у резки металла водой?
Основное преимущество заключается в том, что при использовании «скрытых» насадок практически не выделяются пыль или же водные брызги. Помимо этого, на отрезанном куске металла не остается заусениц. После хорошей резки не нужно даже производить шлифовку краёв, что достаточно удобно и ускоряет процессы производства.
Последнее, самое интересное преимущество заключается в имеющейся возможности выполнения резки без прямого участия оператора.
К станку просто-напросто подключают управляющий компьютер, а оператору, в свою очередь, нужно только лишь ввести данные, согласно ориентации механизмов на которые и будет происходить водяная резка металла!
Далеко не каждый двигательный элемент или насос могут поддерживать такое вот управление в «удаленном» режиме. В тексте ранее упоминалось о высокой стоимости оборудования — хотелось бы конкретизировать в конце статьи. Подобное оборудование действительно очень дорогое, и, в большинстве случаев, знаменитыми изготовителями производится только лишь по индивидуальному заказу от предприятий.
Представьте себе, что один лишь только блок управления в хорошем гидроабразивном резаке будет стоить около девяти тысяч американских долларов! Дополнительные устройства, помогающие осуществлять мониторинг за процессом резки – и того дороже!
Еще по этой теме на нашем сайте:
-
Очень востребованными во многих сферах стали такие работы, как сварочные. Применяются они и в строительстве, и в быту. У каждого может возникнуть необходимость в проведении... -
Газовая резка металла представляет собой трудоёмкий процесс, предполагающий нагревание определённых металлических деталей при помощи пламени газа. Происходит данный процесс под воздействием определённой температуры.... -
Процесс изготовления металлических конструкций и изделий различного назначения неразрывно связан с необходимостью обработки металла. Иными словами, металл нужно каким-либо образом разрезать, отделять на отрезки и... -
Качество готовых металлических конструкций и изделий определяется, в первую очередь, качеством самого производственного процесса. Чтобы получить достойный результат, необходимо использование профессионального металлорежущего оборудования. Будь-то станок...
Станки гидроабразивной резки применяют для обработки металлов, камня, пластиков, стекла в военной, авиационной и инструментальной промышленностях, машиностроении. Резка по этой технологии — эффективный и быстрый процесс, позволяющий воспроизводить точные детали из практически любых материалов.
Возможности станков
При сравнении технических свойств гидроабразивных станков с ЧПУ в качестве эталона используют камень. Ведь он очень сложно обрабатывается и отличается высокой плотностью. Поэтому справившись с горными породами, оборудование без труда разрежет любые другие материалы.
Направленная тонкой струей под давлением на камень, вода разрезает горные породы. При этом линия реза может быть любой конфигурации, поэтому технология позволяет создавать сложные резные узоры и орнаменты.
Абразивная резка металлов способна справиться даже с одним из самых прочных металлов — титаном. Необходимо только вложить правильные координаты в электронный мозг и запустить процесс. Мощность воздействия определяется сочетанием следующих характеристик, задаваемых оператором:
- давление струи;
- подача абразива;
- скорость и характер подачи воды;
- количество абразивных частиц;
- характеристики абразивных частиц.
В качестве режущих частиц можно применять самые разнообразные материалы, в том числе:
- гранат для титановых сплавов и высокопрочных сталей;
- агломерат для камня;
- песок используют для резки стекла;
- шлаки силикатного происхождения для пластиков.
Одним из наиболее популярных абразивных материалов является гранатовый песок, включающий разные части кварцевого песка, корунда, оксида железа.
Принцип работы и виды станков гидроабразивной резки
Станок гидроабразивной резки с ЧПУ работает следующим образом:
- насос подает волу в рабочую головку, здесь создается струя воды необходимого диаметра. Поступает в смеситель, где образуется водно-песчаная смесь, оттуда направляемая непосредственно в сопло. Диаметр сопла может быть от 1 до 5 мм;
- из сопла под давлением от 100 до 6000 бар выливается смесь, выбивающая частички материала. Скорость движения смеси в несколько раз превышает скорость звука. Головка поворачивается в большом диапазоне и контролируется автоматикой;
- происходит процесс искусственной эрозии, позволяющий работать с каменными плитами до 300 мм толщиной.
Обработка мягких материалов, например, древесины, резины, некоторых пластиков проводится без абразивных частиц, чистой водой. Сопло надевается сапфировое или рубиновое, а дюза должна быть минимального поперечника. Такие сопла служат дольше, ведь чистая вода более мягко воздействует на расходники.
Оборудование для гидроабразивной резки различается устройством, назначением, мощностью и стоимостью:
- станки с ЧПУ;
- портативные.
Станки с ЧПУ выполняют резку в соответствии с загруженными параметрами и чертежами. Они выполняют сложные фигурные изделия практически без вмешательства оператора. Производственные цеха обычно оснащаются таким оборудованием.
Портативные аппараты хороши для резки любых материалов в труднодоступных и опасных местах, например, туннелях. Работа выполняется очень быстро и точно. Поэтому данный вид обработки очень экономичен.
Конструкция станка
Гидроабразивная резка представляет собой обработку твердых материалов плотностью около 2,5 т\кубометр с помощью смеси твердых частиц и воды по принципу эрозии. Режущая смесь подается на материал под мощным давлением, водным потоком малого диаметра через головку особой формы. Скорость обработки зависит от параметров материала.
Гидроабразивные станки с ЧПУ представляют собой комбинацию нескольких модулей, в том числе навесных:
- механизм подачи твердых частиц;
- стол в виде ванны;
- насос для воды повышенного давления;
- портал;
- подвижная головка;
- механизм распределения давления;
- емкость для абразивной смеси.
Дополнительно установка гидроабразивной резки оснащается повышающими точность системами автоматического измерения и управления.
Головки выполняются из искусственных минеральных веществ, они достаточно дороги и требуют периодической замены. Также подлежат замене трубки смешения из прочных металлов.
Обработка проводится на столе специальной конструкции.
У метода гидроабразивной резки есть множество преимуществ:
- при работе специализированного станка отходы минимальны;
- поверхности камня не придается ненужная шероховатость;
- металл не покрывается окалиной;
- обработка происходит при комнатной температуре, исключается перегрев материала;
- качество получаемых деталей высочайшее;
- возможны самые разнообразные виды гидроабразивной резки, в том числе имитирующие ручную резьбу;
- материал не деформируется;
- можно полностью снять лицевой слой с обрабатываемой детали или снять фаску;
- не выделяются вредные пары, газы, сажа;
- обрабатывать можно плиты толщиной более 15 см.
Оборудование гидроабразивной резки с ЧПУ работают в автоматическом режиме, ручной труд не применяется. Все обрабатываемые материалы полностью сохраняют свои первичные качества.
Специальная оснастка станков с ЧПУ
Датчики высоты и предотвращения столкновений следят за расстоянием между поверхностью материала и соплом. Они предотвращают смещение головки под напором воды и столкновения с вертикальными поверхностями во время работы. Перед началом работы контроллер определяет толщину материала и необходимую глубину выработки. Периодически во время работы датчик вносит корректировки в работу в зависимости от уже проделанных операций.
Лазерная указка дает возможность точно «прицелиться» при размещении детали на рабочей столешнице, ускоренно позиционирует сопло. Функция применяется на малом и большом столах координат. Указатель надежно защищен от воды крепким водонепроницаемым корпусом.
Подложка используется для обработки мелких деталей, улучшения контакта водно-песчаной струи и материала. Подложки обладают специальной структурой, легко пропускающей воду и надежно удерживающей деталь.
Набор зажимов предоставляется с каждым станком. С его помощью на столешнице крепко фиксируются детали различных размеров и форм.
Система охлаждения насоса обязательна для эффективной работы. Она может быть замкнутой или проточной. Замкнутая более экономична.
Дозатор подачи абразива контролирует количество абразива для работы по материалу разной толщины. Исключает перебои с подачей абразива, что очень важно при резке ценных материалов, обработка которых чистой водой может их испортить.
Система очистки воды предотвращает появление минеральных отложений на клапанах, шарнирах и других элементах станка с ЧПУ. Вода очищается от кальция и железа. Допустимое количество железа в 1 литре воды составляет не более 10 миллиграмм. Система очистки повышает производительность и срок эксплуатации станка с ЧПУ.
Видеоролики демонстрируют гидроабразивную резку в трехмерном и двухмерном пространствах:
Практически ни одно предприятие металлопроката и машиностроения не может обойтись без оборудования для разрезания листового металла. Часто к качеству реза предъявляются высокие требования, что не дает возможности использовать традиционное оборудование: гильотины и плазменную резку.
Гидроабразивная резка металла водой применяется еще с 60-х годов прошлого века. Впервые раскрой металла гидроабразивным методом официально стала использовать авиастроительная компания США. Позже компания официально заявила о том, что данный метод является оптимальным для резки металла и других высокопрочных материалов.
С тех пор гидроабразивный способ обработки получил широкое распространение. Ограничивается ли водно-абразивная резка только металлопрокатом или имеет более широкую сферу применения? Какие преимущества и недостатки у раскроя металла по гидроабразивной технологии?
Область применения гидроабразивной резки
Главным отличием, которое имеет гидроабразивная обработка металла, от остальных способов обработки листового металла является то, что на поверхность материала не оказывается механическое воздействие. Отсутствие трения, нагревания инструментов влияет на качество реза и возможные сферы применения.Больше всего распространена водно-абразивная резка металла струей воды, но оборудование также применяют для разрезания следующих материалов:
- Мрамор, гранит, камень и другие горные породы.
- Стекло, керамика.
- Стали и металлы, включая: титан, нержавейку.
- Железобетон.
- Пластик, текстолитовые, эбонитовые и паронитовые плиты, резину.
При этом при разрезании удается достичь минимального расхода строительных материалов, комплектующих, и т. д. На предприятиях с повышенной пожаро и взрывоопасностью, гидроабразивные станки являются единственным возможным оборудованием соответствующим требованиям для проведения работ.
Принцип работы гидроабразивной резки
Применение станков водно-абразивной резки не ограничиваются только возможностью раскроя металлопроката, все же основная доля оборудования продолжает применяться непосредственно в этой сфере производства. Работа гидроабразивной резки основана на технологии подачи воды с определенным содержанием абразивного вещества под давлением, на поверхность материала. Что происходит во время резки?- Вода подается из специального резервуара под давлением в смеситель.
- Одновременно в смеситель направляется абразивная смесь, обычно состоящая из мелких частиц песка.
- После смешивания с абразивом, вода подается на сопло для резки металла гидроабразивной струей воды.
- Тонкая струйка направляется на поверхность обрабатываемого материала и разрезает его.
Такой принцип работы позволяет существенно увеличить скорость обработки металла и качество его реза. Единственный расходный материал, который потребуется заменять, это сам абразивный порошок. Понадобится время от времени добавлять абразивный порошок в специальные резервуары.
Скорость гидроабразивной резки металла может сравниться с той, которая есть у плазменных автоматических станков. Но качество проведения работ может сравниться только с разрезанием с помощью лазера.
Оборудование для гидроабразивной резки
Еще в древнем мире заметили удивительное свойство воды под давлением изменять форму природных материалов, на которые она воздействовала. Камни становились гладкими, а постоянное падение с высоты небольшого количества воды оставляло глубокие выемки в самых твердых горных породах.Этот же принцип используется в промышленных целях. Для этого просто необходимо в несколько раз увеличить давление воды при резке металла, а также проконтролировать направленность получаемой струи воды. Делается это следующим образом:
Помимо основных узлов оборудования, выбирая аппарат для резки металла водой, необходимо обратить внимание на наличие дополнительных опций для работы на станке. Расширенная функциональность устройства позволяет при необходимости выполнить фигурную резку.
Возможности гидроабразивной резки
Уникальный способ обработки материала с помощью узконаправленной струи воды под давлением нашел свое место во многих сферах производства и искусства. Одним из основных преимуществ гидроабразивного метода резки является полное отсутствие сколов, и нагревания поверхности, присутствующие при обычном разрезании предметов.Благодаря современным технологиям и усовершенствованию станков удалось расширить их функциональные возможности и сферу применения.
В последнее время широкое распространение получила гидроабразивная резка труб. Благодаря специальным станкам для резки труб удается получить идеально ровно отрезанную окружность без отклонений.
Гидроабразивные станки с ЧПУ
Возможности использования программируемых станков с ЧПУ для гидроабразивной резки нержавеющей стали, алюминия, меди, других типов черных и цветных металлов разной прочности, позволили существенно увеличить и расширить сферы применения оборудования.Благодаря станкам с ЧПУ обеспечивается производство точных деталей с минимальным отклонением от заданных размеров, что практически невозможно достичь традиционными способами резки. Принцип работы гидроабразивного оборудования с ЧПУ сводится к следующему:
Станки для гидроабразивной резки мелких деталей с числовым программным управлением могут отличаться по функциональным возможностям и основному предназначению. Перед приобретением станка с ЧПУ для резки мелко форматных деталей, необходимо обратить внимание на сферу применения и рекомендации связанные с эксплуатацией.
Ручная гидроабразивная резка
Некоторые станки управляются непосредственно оператором. В таком оборудовании угол наклона и все остальные корректировки необходимо выставлять вручную, что не совсем удобно и не может обеспечить комфортную работу. С другой стороны, УГР установка гидроабразивной резки листового металла без ЧПУ имеет свои преимущества, к которым относится:- Меньшая стоимость - по сравнению с ЧПУ станками, такая установка обойдется приблизительно в 1,5 раза дешевле.
- Отсутствует необходимость в профильном образовании. Ручное гидроабразивное оборудование для резки железа имеет простое управление и минимальное количество функций. Это позволяет проводить все необходимые операции при обработке деталей простых геометрических форм.
- Общие функциональные возможности оставлены без изменений. Ровный рез, а также разрезание материала под углом, вырезание простых геометрических фигур и раскрой материала можно делать и на обычном оборудовании. Гидроабразивная резка алюминия, меди, стали, стекла и других материалов возможно и на таком оборудовании.
Применение ручных установок ограничено их малой функциональностью. Сложные геометрические фигуры, использование станка в художественной резке и там, где требуется высокая точность, и качественный конечный результат, потребуется приобрести оборудование с ЧПУ.
Расходные материалы для гидроабразивной резки
Во время резки материала с помощью абразивных частиц появляется постоянная потребность в замене расходного материала и быстроизнашивающихся деталей оборудования. А именно:- Абразив для резки металла на гидроабразивном станке. Даже в наиболее экономных установках с ЧПУ расход абразивного порошка составляет около 300-350 гр. в мин. При этом толщина обрабатываемого материала может несколько увеличить коэффициент расхода. Для работы используется мелкий песок, изготовленный из натурального материала граната. Гранатовый песок обладает высокими прочностными характеристиками и используется даже для резки тугоплавких и тягучих материалов. При этом размер абразивных песчинок должен составлять не более 600 микрон.
- Вода - кроме абразивного порошка, для резки потребуется использование воды прошедшей процедуру подготовки и фильтрации. Жидкость с примесями существенно влияет на качество реза, поэтому использование систем водоподготовки является не только желаемым, но и обязательным требованием.
Кроме этих двух основных расходных материалов, для обработки материалов также понадобится электричество, достаточное количество воздуха и регулярная замена изнашивающихся деталей.
- Система подачи абразивной смеси чаще всего нуждается в замене. Установка нового сопла потребуется через каждые 50 часов работы, направляющей трубки 100 ч. Интересно, что по мере изнашивания этих деталей, абразивный гранатовый песок для гидроабразивной резки будет расширять диаметр этих узлов и в результате увеличит толщину реза с 1 до 1,5 мм. Что существенно, особенно если речь идет о дорогостоящих материалах.
- Прокладки и уплотнения насосной станции. Эти комплектующие также считаются расходными деталями, которые изнашиваются довольно быстро и требуют постоянной замены. От уплотнителей зависит поддержание давления в системе. И первым признаком, на который необходимо обращать внимание является – падение рабочего давления при тех же производственных параметрах.
Можно встретить предложения приобрести абразивный материал по низкой цене, выполненный не из граната, а из других осадочных пород. Использование некачественного абразива существенно снижает производительность и увеличивает износ деталей станка.
Преимущества гидроабразивной резки
Существует восемь основных преимуществ, которые можно выделить при использовании ГАР. А именно:- Отсутствие нагревания поверхности. В процессе обработки заготовки все выделяемое тепло моментально удаляется под воздействием воды. Из-за отсутствия металлических режущих элементов, получаемое от трения тепло незначительно. Минимальное тепловыделение обеспечивает точный рез материалов, поддающихся деформированию под воздействием высокой температуры.
- Функциональные возможности - достоинства гидроабразивной резки металла сложно перечислить, но одним из самых важных является то, что с помощью ГАР станка можно вырезать самые сложные формы заготовок. Также появляется возможность изготовления сложного профиля с любым необходимым радиусом, формами и контурами.
- Отсутствие дополнительных работ - после вырезания необходимой детали нет необходимости в последующем шлифовании и обрабатывании места реза. Небольшая шероховатость практически незаметна невооруженным глазом.
- Технологичность процесса реза - станок является полностью универсальным, при необходимости можно использовать для сверления. Существует возможность выполнения операции независимо от атмосферных и других условий. Ручные установки могут быть использованы для разрезания материала даже под водой или на глубине до нескольких сот метров. При этом от одного насоса высокого давления можно одновременно запитать 2-3 установки.
- Экономичность по сравнению с плазменной обработкой материала - плюсы водно-абразивной резки очевидны. Скорость разрезания может достигать 30000 мм/ мин. Причем это не влияет на качество реза. Если учесть что при разрезании теряется всего 0,5-1 мм материала, а также точность и полное соответствие готовой продукции задаваемым размерам, становится очевидным высокая рентабельность установки ГАР.
- Безопасность - станки могут устанавливаться даже на производстве с повышенной взрывоопасностью, при изготовлении легковоспламеняющихся материалов. Отсутствие нагревания поверхности, вероятности возникновения искры и другие характеристики делают применение водно-абразивных станков максимально удобным и безопасным.
- Возможность разрезания толстостенных материалов. Можно обрабатывать стальные листы до 3 см, а также бетонные армированные блоки с толщиной до 10 см.
- Универсальность станков - одна установка позволяет одновременно обрабатывать сталь, пластик, резину, ткань и т. д. причем при необходимости можно разрезать многослойные заготовки, состоящие из нескольких материалов.
Наиболее функциональными считаются станки с ЧПУ, но недостаток квалифицированного персонала объясняет, почему ручная резка с ГАР пользуется более высоким спросом.
Недостатки гидроабразивной резки
Основные минусы ГАР металла включают в себя следующие факторы:- Появление конусности - это особенно заметно при обработке толстостенной стали и других тугоплавких металлов. В результате торец заготовки вырезается не ровно, а в виде воронки. Конусность обычно устраняется с помощью дополнительного устройства автоматизации и контроля над конусностью.
- Одинаковая скорость, как для толстостенных, так и для тонких материалов. Это существенно влияет на рентабельность оборудования. Вопрос решается с помощью складывания листов слоями для одновременного разрезания сразу нескольких заготовок.
В остальном использование ГАР удобно, практично и экономически выгодно. Оборудование для резки с помощью воды с абразивным порошком помогает решить важные проблемы, связанные с некачественной обработкой деталей, а также сократить время необходимое для производства. Расходные материалы полностью компенсируются экономичностью данного оборудования.