Виды и описание гидроабразивной резки металла

Описание станков гидроабразивной резки

Виды и описание гидроабразивной резки металла

Станок гидроабразивной резки – универсальное оборудование, пользующееся спросом во многих производственных сферах.

На данный момент без этих станков не может обойтись машиностроительная, авиационно-космическая, инструментальная, военная и камнеобрабатывающая промышленность.

Гидроабразивная технология позволяет обрабатывать различные материалы, путем их простого раскроя или вырезания по контуру определенных фигур.

Гидроабразивные станки используют для резки металла, пластика, стекла, камня и композиционных изделий своими руками.

Резка осуществляется за счет гидроабразивной струи, которая регулируется отдельно для обработки каждого типа изделий.

Станки гидроабразивной резки, особенно модели с системой ЧПУ, способны обеспечить идеальную точность и чистоту шва обрабатываемой заготовки.

Впоследствии полученное изделие нет необходимости дополнительно обрабатывать своими руками, что позволяет экономить на трудовых ресурсах и времени.

При этом подвергающийся резке своими руками материал не теряет своей изначальной физической и химической устойчивости.

Виды гидроабразивных станков и особенности их применения

Принцип действия гидроабразивного оборудования для резки металла и других материалов заключается в эрозийном воздействии состава на обрабатываемую заготовку путем выработки аппаратом высокоскоростной абразивной струи.

Механическая сила струи позволяет отрывать и уносить скоростным потоком твердофазных микрочастиц частицы материала.

Эффективность и стабильность воздействия струи обеспечивают конкретно подобранные параметры резки, такие как расход жидкости, давление и величина абразивной крошки.

Существующие виды станков для водно-абразивной резки отличает конструкция, рабочая мощность, назначение и цена.

Вмешательство оператора в работу станка гидроабразивной резки с системой ЧПУ минимально, все, что ему необходимо сделать, это своими руками загрузить в компьютерную программу нужный чертеж и указать тип материала, его толщину и скорость резки.

Второй вид станков, который заслуживает отдельного внимания, – портативный.

Обычно их применяют для резки в опасных местах – в нефтяной и противопожарной сфере.

Портативный станок незаменим для водно-абразивной резки металла при строительстве подземных тоннелей и колодцев, а также для резки опасных трубопроводов.

Видео:

Рассматриваемое переносное устройство отличает скорость резки и высокая точность проводимых работ, за счет чего может применяться не только для резки металла, но и камня.

Кроме того, на сегодняшний день различают два метода водоструйной резки материалов: гидрорезка и гидроабразивная резка.

При этом две указанных технологии между собой имеют минимальные отличия.

В первом случае резка материала выполняется без использования абразивного состава – механическое воздействие на заготовку оказывает водная сверхзвуковая струя.

При этом гидроабразивная резка имеет в тысячи раз большее механическое воздействие, чем высокоскоростная струя без абразивной крошки.

Поэтому каждый метод водоструйной резки имеет свое назначение.

Например, гидрорезке найдено применение в обработке мягких материалов, включая цветные металлы, а резку с абразивом используют для обработки твердого металла, керамических и композитных материалов.

Видео:

В промышленной сфере чаще всего практикуется использование станков гидроабразивной резки, оснащенных системой ЧПУ. Их применение позволяет обрабатывать нержавеющую сталь с толщиной листа до 200 мм.

Для таких станков не играет большой роли твердость материала, который может быть как сверхпрочным, так и с повышенным показателем мягкости, это может быть цветной или черный металл.

С помощью интенсивной 1мм водной струи можно добиться четко очерченных контуров углов с высоким допуском.

С их помощью стеклянная отрасль производит пуленепробиваемые изделия с микронной прочностью, тонкий хрусталь.

Гидроабразивное оборудование позволяет осуществлять резку всех без исключения материалов, от пружинных каленых сталей до капризных цветных металлов и их сплавов, а также графита, бумаги, ткани и резины.

Добиться качественного плотного раскроя материалов позволяет тонкая струя, а увеличить производительность удается, благодаря автоматизации процесса и наличию в системе станков ЧПУ.

Принцип действия и конструкция станков водно-абразивной резки

Суть функционирования гидроабразивных станков сводится к следующему процессу. Мощный насос водно-абразивного станка подает воду в сопло (используется давление от 1тыс. до 6 тыс. ПА).

Диаметр сопла подбирается в зависимости от технических характеристик металла и может составлять до 0,5 мм.

После чего образуется скоростная струя, за счет которой и происходит вымывание частиц материала по линии среза.

Дополняя водную струю абразивом, ее мощность увеличивают в несколько раз, благодаря чему станок может с высокой точностью раскроить изделие, толщиной свыше 300 мм.

Все вышеописанное происходит на координатном столе станка, оборудованном приводными механизмами, благодаря которым режущая головка может двигаться в нужном направлении.

Дополнительно комплектуется станок для водоструйной резки металла:

  1. мощным насосом высокого давления;
  2. режущими головками, а также устройством, исключающим механический контакт заготовки с головкой;
  3. системой разводки высокого давления;
  4. приспособлением для подачи абразивной смеси (возможно дополнение ловушкой – с ее помощью собирается отработанный абразив и при необходимости понижается энергия водной струи).

Современные модели станков для гидроабразивной резки производятся с возможностью подключения к рабочей системе ЧПУ.

Цена на оборудование с ЧПУ более высокая, чем на обычные установки, но стоимость компенсируется возможностью проводить обработку кромок материала под углом и выполнять высокоточную художественную резку.

Кроме того, некоторые варианты гидроабразивных станков с ЧПУ могут оснащаться специальной системой просверливания, позволяющей ускорить рабочий процесс.

Расходные материалы для гидроабразивных станков:

  • Сопло – изготовление данного типа расходника для станков обходится дорого, так как сам процесс производства отличается сложностью, а цена на применяемые в данном случае материалы слишком высока;
  • В процессе изготовления сопел используют искусственно выращенный в лаборатории алмаз, рубин, сапфир или корунд. Именно по этой причине цена на гидроабразивную обработку металла не снижается;
  • Применение таких материалов позволяет увеличить рабочий период времени деталей до 500 часов;
  • Смесительные трубки – изготавливают с применением сплавов, отличающихся высокой прочностью, за счет чего расходное время их эксплуатации составляет около 200 часов.

Так как водно-абразивная технология проходит без образования нагрева рабочих участков обрабатываемого материала, в некоторых случаях ее можно считать единственной с возможностью применения для резки изделий на взрывоопасных объектах.

А также для материалов, структура которых при нагреве теряет свои изначальные свойства.

Популярные производители установок гидроабразивной резки

На сегодняшний день станки для резки гидроабразивом производят:

  • американские компании OMAX и Jet Edge;
  • чешская фирма PTV;
  • голландская Resato;
  • швейцарская фирма Bystronic;
  • итальянская компания Caretta Technology;
  • финляндская фирма ALICO.

Цена на данную категорию оборудования в среднем равняется 245 тыс. евро.

Комплектующие и расходники для гидроабразивных станков производят:

  1. американская компания AccuStream;
  2. германские фирмы UHDE и Thueringer;
  3. австрийская компания BHDT.

Также они выпускают системы режущих головок, сверхмощные насосы, трубки подачи абразива и прочее комплектующее. Цена на агрегат зависит от производителя деталей.

Среди хорошо известных российских компаний, занимающихся сборкой и реализацией станков для резки водной струей – компания Дельта-Интех.

Производство работает за счет использования зарубежных и собственных комплектующих деталей.

Видео:

Каждый производитель при усовершенствовании моделей станков водоструйной технологии преследовал цель: снизить рабочие усилия на входе и повысить результат на выходе, что отображает цена новых вариаций станков по сравнению со старыми.

Поэтому сегодняшние варианты конструкций станков способны обеспечить длительный срок эксплуатации при минимальных затратах на ремонт и обслуживание основных узлов гидроабразивных установок.

Источник: http://rezhemmetall.ru/stanok-gidroabrazivnoj-rezki.html

Технология гидроабразивной резки

Рекомендуем приобрести:

В современной промышленности используется несколько видов резки материалов: механическая, плазменная, лазерная. Альтернативным вариантом является гидроабразивная резка, которая в целом ряде случаев является единственно возможной.

В основе данного метода находится механическая сила герметизированной воды, смешанной с абразивным порошком и выбрасывающейся под высоким давлением из узкого сопла аппарата.

При гидроабразивной резке исключаются пригорание и оплавление материала в области разреза, а также деформация заготовки.

Важно, что под воздействием водно-абразивной струи свойства обрабатываемого материала не меняются. Струя действует как оптимальный точечный инструмент, и с ее помощью можно вести обработку сложных профилей.

Ширина разреза при этом варьируется от 0,6 мм до 2,0 мм, а количество отходов минимально по сравнению с резкой другими методами.

Технология позволяет начинать разрез в любом месте детали, без предварительно сделанного отверстия.

Сама технология не является новым словом в технике, но профессиональное гидроабразивное оборудование было сконструировано сравнительно недавно.

Сегодня спрос на него на рынке довольно велик, поэтому показатели продаж в этом сегменте станкостроительных машин весьма впечатляющие.

Объемы реализации растут примерно на 9-10% в год, а само гидроабразивное оборудование теснит на рынке устройства лазерной и механической резки.

Водяная струя, подаваемая в режущую головку под сверхвысоким давлением в 1-6 тыс. атмосфер, обладает эрозионным (истирающим) воздействием. Диаметр отверстия в сопле поистине микроскопический и составляет всего 0,08-0,50 мм, поэтому скорость выбрасывания водяной струи порой  сравнима со сверхзвуковой (1000-1200 м/с).

Далее происходит смешивание струи воды с абразивным порошком в специальной смесительной камере, откуда струя выходит, уже имея в своем составе частицы высокотвердых материалов. Резка заготовки происходит под воздействием струи, выходящей из трубки толщиной 0,5-1,5 мм. В качества материала сопла чаще всего применяют алмаз, рубин, сапфир.

Абразивными материалами служат кварцевый и гранатовый песок, зерна карбида кремния, корунда, частицы силикатного шлака.

Технология гидроабразивной резки характеризуется следующими параметрами:

  • вид, плотность, толщина заготовки;
  • скорость резки;
  • диаметр водяного сопла;
  • диаметр смесительной трубки;
  • характеристики режущей смеси (скорость потока, размер и концентрация абразивных частиц и т. д.);
  • давление струи.

Преимущества гидроабразивной резки

  • Универсальность. Водно-абразивная струя с легкостью режет мягкие и твердые материалы, даже такие, как сплавы титана, сталь, керамику, композиты. При этом не наблюдается разрывов в структуре и изменения физико-механических характеристик.
  • Отсутствие теплового воздействия. Возникающее в процессе резки тепло нивелируется струей воды, и заготовка не нагревается. Это преимущество имеет особое значение при обработке материалов, восприимчивых к нагреву. Температура в зоне резания не превышает 90`С и не влечет за собой пригорания и оплавления. Нужно отметить, что такая способность присуща исключительно гидроабразивной резке.
  • Возможность обрабатывать сложные профили и контуры, работать под любым углом к поверхности. Это весьма важная характеристика гидроабразивной резки, позволяющая использовать ее при обработке хрупких материалов, например стекла. В этом смысле она уступает лишь алмазной резке, да и то далеко не во всех случаях.
  • Высокая технологичность процесса. Роль режущего инструмента выполняет струя воды, и это снижает ударную нагрузку на заготовку, нивелирует отдачу. Также сам «инструмент» не нуждается в регулярной заточке. Деталь может находиться на расстоянии до 200 м от насоса, и это не снижает тангенциальное усилие, производимое на нее гидроабразивной струей. В некоторых случаях от одного насоса могут работать две и более режущих головки. Гидроабразивную резку можно вести на земле, на большой высоте и даже на глубине 200-300 м под водой.
  • Полная автоматизация процесса. Аппараты гидроабразивной резки предусматривают компьютерный контроль над соблюдением технологии. Специальные оптические устройства слежения позволяют минимизировать участие человеческого фактора.
  • Приемлемое качество разреза. Степень шероховатости финишной поверхности очень низкая и находится в пределах Ra 0,5-1,5 мкм. Это означает, что необходимость в дополнительной обработке возникает редко.
  • Экономичность и доступность. Компонентами гидроабразивной резки являются вода и абразивные частицы. И то, и другое обходится недорого, расход воды низок — 3-4 л в минуту. Высокая скорость процесса позволяет экономить время и повысить производительность.
  • Безопасность. Процесс гидроабразивной резки не может стать источником взрыва или возгорания ввиду отсутствия накопленного тепла. Также процесс не образует шлака, пыли, радиоактивных выбросов. Уровень шума составляет 80-95 дБ.
Читайте также:  Чем и как обезжирить поверхность металла перед покраской

Недостатки

Одними из узких мест технологии гидрорезания считаются недолговечность сопла и трудности его изготовления. Оно довольно быстро изнашивается из-за высокого давления жидкости.

Водоструйная резка медленно внедряется на промышленных предприятиях, и на это есть свои причины, а именно:

  • высокая, по сравнению с другими технологиями, энергоемкость;
  • дороговизна оборудования для гидроабразивной резки;
  • несоответствие фактических характеристик и установок заявленным, что является помехой при резке некоторых материалов;
  • малые масштабы производства у потенциальных потребителей, не позволяющие окупить стоимость гидрорежущего оборудования.

Область применения

Гидроабразивная резка может быть использована для обработки любых материалов: картона, кожи, ткани, резины, керамики, натурального камня, железобетона, полимеров, металлопласта, металлов, сплавов.

Оборонная промышленность

Технология гидрорезания применяется с целью утилизации отслужившей свой век военной техники, ракет, судов, субмарин. С ее помощью режут корпуса снарядов и освобождают их от взрывчатки.

Электронная промышленность

Метод широко используется для нарезки электронных плат, очистки корпусов микросхем. При использовании гидрорезания гарантируется отсутствие пыли, расслоения материала, точность и тонкость пропила (не более 0,1 мм).

Автомобилестроение

Гидроабразивная резка применяется при резке пластиковых деталей салона (фальш-потолков, приборных панелей, ковриков и пр.), а также автомобильных бамперов.

Строительный сектор

Технология гидрорезания нашла применение в демонтаже бетонных стен и перегородок, расчистке швов. Кроме того, с помощью гидроабразивной резки инкрустируют гранит и мрамор.

Гидроабразивная резка металла

Как уже отмечалось выше, данный метод используется в качестве альтернативы лазерному раскрою и позволяет с легкостью нарезать листы нержавеющей стали, толщина которых достигает 70 мм. Обычную сталь гидроабразивная струя режет еще легче.

Наблюдая своими глазами этот процесс, остается лишь удивляться, как струя воды внедряется в металлическую заготовку буквально как нож в масло – деликатно, без механического и термического воздействия.

Даже очень дорогие и ответственные заготовки из металла можно без опаски подвергать процессу гидроабразивной резки, без риска создания внутреннего напряжения в детали.

Источник: https://www.autowelding.ru/publ/1/tekhnologii_rezki_metallov/tekhnologija_gidroabrazivnoj_rezki/34-1-0-535

Гидроабразивная резка металла

Обязательным на любом машиностроительном и металлообрабатывающем предприятии является оборудование, позволяющее выполнять резку листового металла. Очень часто технических возможностей наиболее распространенных видов подобного оборудования бывает недостаточно для того, чтобы обеспечить высокое качество реза.

Процесс гидрообразивной резки

Сущность технологии

Гидроабразивная резка металла не является инновационной технологией, использовать ее начали еще в 1960-х годах. Первой станки для выполнения такой резки начала применять американская авиастроительная компания.

Именно руководство этой компании сделало официальное заявление о данном методе, описав его преимущества и рекомендовав применять его для резки металла и других материалов, обладающих высокой твердостью.

С этого момента абразивная резка металла с использованием воды стала активно применяться предприятиями и завоевывать все большую популярность.

Суть данной технологии заключается в том, что в зону реза под большим давлением подается вода, в состав которой включены абразивные вещества. Любая установка гидроабразивной резки работает по следующей схеме.

  1. В смеситель аппарата из специальной емкости подаются вода и абразивный материал, в качестве которого преимущественно используется мелкий песок.
  2. После смешивания вода с абразивом поступает в сопло установки.
  3. В сопле формируется тонкая струя гидроабразивной смеси, которая под большим давлением подается в зону резки.

Принцип действия гидрообразивной резки

Технология, реализуемая по подобной схеме, позволяет не только выполнять резку быстро и с высоким качеством, но и значительно экономить на расходных материалах, самым дорогим из которых является обычный песок. Следует отметить, что по скорости выполнения абразивная резка с помощью воды сопоставима с плазменной технологией, а по качеству получаемого реза – с лазерной.

Сферы применения

Данная технология имеет серьезные отличия от всех остальных методов разделения листового металла.

При использовании такого метода поверхность обрабатываемого металла не испытывает давления и механического воздействия другого типа.

Благодаря этому в зоне резки отсутствует трение, соответственно, исключен нагрев инструмента и поверхности детали, что положительно сказывается на качестве обработки и значительно расширяет область применения такой технологии.

Чаще всего абразивная резка с участием воды применяется для разделения листового металла, но в последнее время такой метод все активнее используют для обработки других материалов, к которым относятся:

  • природные камни (гранит, мрамор и др.);
  • керамическая плитка, листовое стекло;
  • углеродистая и нержавеющая сталь, титан и другие металлы;
  • железобетонные конструкции;
  • различные полимерные материалы и резина.

Использование технологии гидроабразивной резки позволяет минимизировать расход материалов, что является ее весомым преимуществом. Кроме того, резка с использованием абразива и воды – это единственно возможный способ разделения металла на предприятиях с высокой пожаро- и взрывоопасностью.

Оборудование для гидроабразивной резки

По сути, в аппаратах для гидроабразивной резки использована способность воды разрушать различные материалы, замеченная еще в древности.

Для того чтобы такое разрушение было более точным, быстрым и эффективным, необходимо увеличить давление, с помощью которого вода с абразивом воздействует на материал, а также придать полученной струе требуемую направленность.

В современных станках для гидроабразивной резки такие задачи решаются при помощи следующих элементов и способов.

Гидрообразивная резка позволяет разрезать материалы значительной толшины

Насос высокого давления

Насос в таких аппаратах аккумулирует жидкость с абразивом и подает эту смесь на поверхность обрабатываемой детали. Производительность таких станков и толщина детали, которую они могут разрезать, зависят от мощности используемого насоса.

Регулятор мощности

Гидроабразивные станки с таким регулятором могут резать с использованием рабочих смесей различного состава, подаваемых под регулируемым давлением, что дает возможность обрабатывать с их помощью материалы разной толщины и структуры. Так, для резки более твердых материалов используют трехкомпонентные гидроабразивные смеси, а для более вязких – состоящие из двух компонентов.

Смена сопла аппарата

Такая методика предполагает подбор для материалов разной толщины, состава и плотности сопла определенной конструкции.

Использование смесителей

Именно данный элемент, которым оснащен каждый современный гидроабразивный станок, отвечает за качество и равномерный состав рабочей смести и, соответственно, за точность и скорость резки, а также за возможность устройства обрабатывать детали большой толщины.

Автоматизация процесса резки

При резке металла из-за инерционности струи рабочей жидкости обязательно формируется конусность кромки, которая прямо пропорциональна скорости процесса обработки.

Чтобы минимизировать этот нежелательный эффект, на современных гидроабразивных аппаратах используются автоматические системы, которые в зависимости от плотности обрабатываемого материала корректируют угол наклона сопла.

Подготовка воды перед ее использованием для резки

Качество используемой воды может оказывать серьезное влияние на результаты и скорость выполнения резки. Именно поэтому на всех современных станках используются системы для предварительной очистки воды от посторонних примесей.

Кроме основных систем и комплектующих, аппараты для гидроабразивной резки могут оснащаться дополнительным оборудованием, которое значительно расширяет их функционал (речь идет, в частности, о выполнение фигурных резов).

Современное оборудование, выполняющее резку материалов гидроабразивным способом, позволяет:

  • выполнять точную и качественную резку под различными углами;
  • резать даже самые сложные детали без участия человека – при помощи программного управления;
  • работать с металлическими деталями даже значительной толщины (сталь – до 20 мм, титан – до 17 мм, высокопрочные сплавы – до 12 мм, медь и ее сплавы – до 5 мм);
  • получать фигурные резы, что очень актуально при производстве изделий декоративного назначения;
  • выполнять резку труб (это возможно на отдельных моделях гидроабразивных аппаратов).

Станок для гидрообразивной резки труб

Станки для гидроабразивной резки с числовым программным управлением

Станок для гидроабразивной резки, оснащенный числовым программным управлением (ЧПУ), позволяет эффективно решать задачи по резке различной степени сложности.

Высокая точность, с которой выполняет резку такой станок, позволяет изготавливать даже самые сложные детали и значительно минимизировать расход материала.

Технологический процесс выполнения резки с помощью этого аппарата выглядит следующим образом.

  • Для каждой детали на станок устанавливается специальное ПО, которое контролирует все параметры резки: состав рабочей смеси, ее давление и др.
  • Станок для гидроабразивной резки с программным управлением обеспечивает постоянный контроль качества реза и корректирует режимы работы, если это необходимо. Именно такие опции подобного оборудования способствуют тому, что никакая дополнительная обработка готовых изделий, в том числе и шлифовка, после него не требуется.
  • Станки с ЧПУ могут высверливать отверстия, а также выполнять еще целый перечень специфических операций.

Станок гидроабразивной резки — OMAX 60120

Выполнение гидроабразивной резки ручным способом

Ручные станки для гидроабразивной резки отличаются от автоматизированных тем, что все параметры обработки в них выставляются, контролируются и корректируются оператором. Несмотря на некоторые неудобства эксплуатации, по сравнению с оборудованием с ЧПУ, такие станки обладают целым рядом преимуществ.

  • Для обслуживания таких станков, отличающихся простотой в управлении и минимумом функциональных возможностей, не требуется профильное образование.
  • Функциональные возможности, которыми обладают ручные установки гидроабразивной резки, позволяют изготавливать качественные и точные детали простых геометрических форм.
  • Ручной станок для гидроабразивной резки отличается доступной стоимостью (в среднем в 1,5 раза дешевле аппаратов с ЧПУ).

Резка сложных форм

Необходимые материалы

При гидроабразивной резке расходуются два основных материала, за восполнением которых необходимо постоянно следить:

  • мелкофракционный абразивный материал, в качестве которого чаще всего используется гранатовый песок,отличающийся особо высокой твердостью (размер крупинок такого песка не должен превышать 600 микрон);
  • вода, прошедшая предварительную очистку от посторонних примесей.

Естественно, что это не единственные материалы, требуемые для осуществления резки с использованием воды и абразива. Для любого гидроабразивного станка необходимы электропитание, подача сжатого воздуха и замена изношенных элементов, к которым, в частности, относятся:

  • элементы системы, отвечающей за подачу абразивной смеси: сопло, подающие трубки и др. (если своевременно не заменять изношенное сопло, то отверстие в нем может значительно увеличиться в диаметре, что приведет к снижению точности размеров формируемого реза).
  • уплотнительные элементы насосной станции, которые отвечают за поддержание требуемого давления рабочей смеси.
Читайте также:  Бензиновая паяльная лампа: характеристики и принцип работы

Следует иметь в виду, что использование некачественных расходных материалов, в частности абразивного песка, приводит не только к снижению качества готовых изделий, но и к ускоренному износу аппаратов для резки.

Преимущества и недостатки резки с использованием абразива и воды

Оценить эффективность, производительность и точность гидроабразивной резки можно даже по видео такого процесса. Между тем существуют не только визуально оцениваемые преимущества данной технологии, к которым относятся:

  • исключение нагрева обрабатываемой детали (отсюда невозможность ее деформации и, соответственно, высокая точность резки);
  • широкий функционал оборудования, с помощью которого можно решать задачи даже самой высокой сложности;
  • отсутствие необходимости в дополнительных работах по доработке полученных изделий;
  • универсальность, которой обладает любой станок для гидроабразивной резки (с его помощью можно как резать резину, пластик, камень или металл, так и сверлить отверстия в различных материалах);
  • Гидрообразивная резка мрамора

  • высокая скорость, точность и экономичность процесса;
  • исключительная безопасность процесса, в том числе его взрыво- и пожаробезопасность;
  • возможность резки деталей большой толщины, в том числе и трубчатого сечения.

Насколько бы эффективным и эффектным ни был процесс гидроабразивной резки (см. видео в конце статьи), есть у этой технологии и недостатки. В частности, к ним можно отнести следующие.

  • При резке образуется конусность кромки отрезаемой детали. Особенно такой недостаток заметен при резке деталей большой толщины. Чтобы не допустить появления этого дефекта, необходимо использовать специальные автоматизированные устройства, корректирующие угол наклона сопла в процессе обработки.
  • На гидроабразивных станках обрабатывают как толстостенные, так и тонкостенные детали с одной скоростью, что несколько снижает рентабельность применения такой технологии. Чтобы увеличить рентабельность, тонкие детали разрезают сразу по несколько штук, складывая их в пачку.

Использование гидроабразивной резки особенно целесообразно в тех ситуациях, когда необходимо разрезать сложные детали с особо высокой точностью, затрачивая при этом минимальное количество времени.

Источник: http://met-all.org/obrabotka/rezka/gidroabrazivnaya-rezka-metalla.html

Гидроабразивная резка – как происходит, и где применяется

При раскрое твердых и прочных материалов важное значение имеет способ резки. Традиционные способы (дисковая либо ленточная пила) обеспечивают высокое качество и скорость работы, но подходят лишь для линейного раскроя.

При изготовлении заготовок сложной геометрической формы применяются иные способы:

  • Фреза позволяет резать материал с кромкой, не нуждающейся в последующей обработке, но диаметр фрезы влияет на потери материала (слишком широкий рез). К тому же, от этого диаметра зависит размер заготовок, мелкие детали получить не удастся. Фреза быстро изнашивается, возрастает стоимость работ (необходимо регулярно менять расходники).
  • Резка кислородом (автоген) относится к недорогим и эффективным методам, но оплавленные края реза требуют последующей обработка. Годится лишь для грубого раскроя.
  • Плазморез лишен перечисленных недостатков, но стоимость оборудования слишком высока, да и энергозатраты немалые. К тому же, плазмой обрабатываются только проводники. Камень или стекло разрезать не получится.
  • Наиболее сбалансированный способ — гидроабразивная резка. Высокая скорость работ, точность раскроя, недорогое оборудование. Кроме того, тонкая струя позволяет обрабатывать изделия небольшой площади с высокой точностью.

Пример работы гидрообразивной резки по металлу — видео

На последнем способе остановимся подробнее.

Принцип действия гидроабразива

Попытки использовать давление воды для дробления материала осуществлялись столетия назад. На угольных шахтах впервые был применен водяной аппарат для добычи угля.

Затем инженеры догадались добавить в струю воды абразивные вкрапления, и «водяной нож» превратился в точный инструмент для обработки любой прочной заготовки.

Как работает гидроабразивная резка? Основа гидроабразивного резака – сопло, или форсунка. Именно этот элемент формирует режущую струю, способную разрушать даже сверхпрочные материалы.

Конструктивно форсунка состоит из следующих элементов:

  1. Входной штуцер для воды, объединенный с первичной камерой создания сверхдавления. Мощный насос подает воду в камеру, затем происходит переход воды из отверстия большого диаметра в меньшее. При неизменном давлении воды, скорость потока увеличивается пропорционально разнице в диаметрах отверстий. Давление на входе составляет 2000-5000 атмосфер.
  2. Штуцер для подачи абразивного материала. В качестве рабочего элемента применяются мелкие фракции песка. Он может быть обычным, силикатным, либо состоять из дробленых твердых минералов: например, граната.
  3. Узел смешивания. В этой камере, поток воды увлекает за собой частицы абразива, формируя основу гидроабразивной резки: водно-песчаную взвесь. Регулируя давление воды и скорость подачи абразива, можно устанавливать различную мощность резака. Принцип работы камеры смешивания напоминает пескоструйную машину, только параметры намного мощнее, и в качестве носителя абразива выступает не воздух, а вода.

Популярное:  Маленький самодельный ткацкий станок

Гидроабразивная резка автомобильных дисков сложной формы — видео

Далее взвесь попадает в твердотельное сопло, диаметр которого определяет ширину реза. Это достаточно сложный и дорогой узел, поскольку от его конфигурации зависит форма пятна контакта с заготовкой.

Если сопло изготовлено неправильно, интенсивность струи снижается, и станок будет работать с меньшим КПД. Материал выходного сопла не обязательно должен быть прочнее обрабатываемой заготовки.

Гидроабразивный поток проходит по касательной, не нанося критических разрушений. Тем не менее этот узел подвержен износу, и нуждается в периодической замене.

Кроме того, большинство станков комплектуются набором форсунок с различными параметрами: размером камеры смешивания, диаметром сопла, соотношением входных и выходных отверстий первичной камеры. Резка металла отличается от обработки пластика или камня, для каждого материала предусмотрены разные форсунки.

Элементы станка для гидроабразивной резки

Основным элементом является станина. На ней жестко закреплена ванна для заготовки. Она заполняется водой, для эффективного гашения скорости струи после сквозного прохождения через обрабатываемый материал.

Если при резке, гидроабразивная струя будет свободно продолжать движение, несущие элементы быстро разрушатся, и станок выйдет из строя. Попадая в воду, поток моментально теряет энергию, абразив выпадает в осадок на дно ванны.

Поскольку материал используется недешевый, песок откачивается из ванны, просушивается, затем используется повторно. Оборудование для восстановления абразивного материала, как правило, располагается отдельно от основного станка.

На дне ванны расположены направляющие опоры для заготовки. Это могут быть металлические ребра, сетка, либо вертикально расположенные штыри. Главное, чтобы контакт с гидроабразивной струей был минимален.

Еще одна задача ванны с направляющими – жесткая фиксация заготовки. При воздействии гидроабразивным потоком, даже тяжелая заготовка может сместиться.

Популярное:  Аппарат для сварки полипропиленовых труб: особенности выбора

После установки нулевых координат, режущая головка перемещается автоматически, и любой сдвиг заготовки приведет к ее порче. Резка металла может выполняться с помощью электромагнитной фиксации, в остальных случаях станок предусматривает иные способы закрепления.

В программу управления закладывается так называемый алгоритм непрерывности. Суть его заключается в минимизации количества включений/выключений струи во время обработки одного изделия.

Каждый старт системы, это дополнительный гидроудар по заготовке и ускорение износа сопла форсунки. Да и края у разреза получаются ровнее, если обработка непрерывная.

Современные резаки позволяют не просто позиционирование головки в плоской системе координат «X» и «Y».

Оснащение форсунки поворотным механизмом позволяет изготавливать детали сложной формы, и выполнять резку под различными углами к плоскости заготовки.

Можно выполнять настолько сложные формы, что резка металла гидроабразивом в ряде случаев заменяет литье.

Вспомогательные элементы

Насос высокого давления с фильтром для воды. Как уже говорилось, давление на входе составляет тысячи атмосфер. Такие параметры требуют непрерывной подачи жидкости в соответствующих объемах.

Для минимизации затрат, вода и абразивный гранатовый песок используются повторно. Проходя через систему фильтров, жидкость очищается от грязи и масляных образований. Часто станки оснащаются отдельным резервуаром для воды.

Гранатовый песок для гидрообразивной резки — видео

Абразив просушивается и отделяется от кусочков материала, особенно если это пластик или металл. Для отделения металла используются магнитные сепараторы. Так же, как и вода, песок хранится в отдельных емкостях.

Физика процесса

Разберем, что такое гидроабразивная резка с точки зрения механики. Это локальная шлифовка материала более твердыми частицами. При столкновении на высокой скорости, абразивный песок выбивает и увлекает за собой частицы материала заготовки.

Популярное:  Как выбрать лазерный станок, на что обратить внимание?

За счет минимального размера абразива, разрез получается точным и аккуратным, нагрев практически не происходит, вся энергия остается механической.

Резка металла в этом случае не сопровождается оплавлением и так называемым «отпускание» в зоне контакта. Это позволяет обрабатывать высоколегированные стали без нарушения прочностных характеристик.

Где применяется гидроабразивная резка:

  • точное машиностроение;
  • авиация, космическая промышленность;
  • судостроение;
  • оборонные предприятия;
  • обработка камней, минералов;
  • производство инструмента.

Какие материалы обрабатываются гидроабразивом:

  1. металл (в том числе твердые сплавы)
  2. пластик
  3. стекло (в том числе закаленное и триплекс)
  4. керамика
  5. бетон
  6. природный камень

Технология позволяет применять станки даже в пищевой и легкой промышленности. В этом случае абразив не применяется, резка происходит только водой под давлением.

Итог

Применение гидроабразивной резки не имеет ограничений. Единственная сложность – это дорогое оборудование, требующее соответствующего периферийного обеспечения. В домашних мастерских использование маловероятно.

Что можно резать на станке гидрообразивной резки — видео

К тому-же, изготовить такое оборудование самостоятельно не представляется возможным. Но если в вашем распоряжении есть гидроабразивный станок – возможности мастерской расширяются на порядок.

Гидроабразивная резка – как происходит, и где применяется Ссылка на основную публикацию

Источник: http://obinstrumente.ru/stanki/gidroabrazivnaya-rezka.html

Технология гидроабразивной резки: плюсы и минусы

Уникальность технологии гидроабразивной резки заключается в том, что с ее помощью можно раскроить практически любые виды материалов. Важно отметить, что гидроабразивная резка является альтернативой не только механической, но и лазерной, плазменной, а также ультразвуковой резке, и в некоторых случаях является единственно возможной.

При гидроабразивной резке материал обрабатывается тонкой сверхскоростной струей воды. Для увеличения разрушительной силы водяной струи в нее добавляются частицы высокотвердого материала – абразива.

Иногда гидроабразивное оборудование называют «гидрорезка», «водоструйная резка», «водорезка», «ГАР» или «waterjet».

В промышленности такие станки используются с 1982 года, а их прототипы, появились еще в 1970 году.

В чем же суть процесса гидроабразивной резки? 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.

Читайте также:  Принцип действия ручного профилегибочного станка

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 околозвуковой 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.

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.

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 (dс.т.– dв.с.)/2, где dс.т.– внутренний диаметр смесительной трубки, dв.с.– внутренний диаметр водяного сопла.

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

 

Типичная область применения некоторых абразивных материалов при резке

Наименование Характерная область применения
Гранатовый песок (состоит из корунда Al2O3, кварцевого песка SiO2, оксида железа Fe2O3 и других компонентов) Широко распространен для резки различных материалов, в особенности высоколегированных сталей и титановых сплавов
Зерна электрокорунда (состоит преимущественно из корунда Al2O3, 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 (SiO2) Резка стекла
Частицы силикатного шлака Резка пластика, армированного стекло- либо углеродными волокнами

 

Преимущества, недостатки и сравнительная характеристика

С помощью гидроабразивной 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.

Гидроабразивная струя способна разрезать материалы толщиной до 300 мм и больше. 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).

Почему не все пользуются станками ГАР?

Если у станков ГАР столько очевидных преимуществ, почему далеко не все применяют их на своем предприятии? Ответ скрывается не в самом процессе резки струёй воды с абразивным материалом, а в возможности контролировать этот процесс. До сих пор применение установок требовало от пользователя одновременно умения программировать и навыков опытного оператора.

Линейная скорость сопла станка ГАР должна изменяться в зависимости от изменений формы деталей. Слишком высокая скорость или ее резкое изменение может привести к снижению качества обработки. В прошлом применение гидроабразивной обработки требовало ручной установки программ для того, чтобы контролировать скорость передвижения режущей головки.

Однако даже самая лучшая программа требовала для обслуживания установок опытных операторов, которые могли бы контролировать их скорость. Когда струя абразивного материала продвигалась вдоль линии реза, оператор подбирал скорость движения сопла и таким образом оптимизировал процесс.

Слишком высокая скорость отрицательно сказывалась на качестве кромок и точности. При слишком низкой снижалась точность и повышались затраты времени. Если сопло установки ГАР проходило угол слишком быстро, это могло плохо повлиять на форму и качество резки.

В результате станки гидроабразивной резки применялись в массовом производстве, не требующем высокой точности обработки, например, для изготовления сотней деталей с помощью хорошо проверенной программы либо для резки материалов, не поддающихся обработке с помощью иных технологий. Появившиеся станки компании «WaterJet Corp.» (Италия) значительно упростили этот процесс. Гидроабразивная обработка стала гораздо более доступной, а оборудование – простым в эксплуатации.

Water Jet (Италия) является европейским лидером по производству высокотехнологичных прецизионных установок гидроабразивной/водной резки. Специалисты компании имеют более чем 30-летний опыт в проектировании и производстве таких станков с применением ЧПУ.

Чрезвычайно высокая механическая точность приводов, использующих прецизионные шарико-винтовые пары BOSCH или линейные двигатели, собственный всемирно известный патент на встроенную систему направляющих, а также совместная работа с ведущим поставщиком систем управления, позволила компании Water Jet производить установки гидроабразивной резки с крупногабаритной поперечной балкой, которая быстро и легко перемещается и работает с максимальной точностью.

Для своих машин компания Water Jet использует только высококачественные комплектующие, увеличивающие срок службы установок гидроабразивной резки. Компания заявляет, что номинальный срок службы машины Water Jet составляет не менее 20 лет.

Для повышения производительности установки гидроабразивной резки Water Jet могут быть оборудованы несколькими режущими головками (рисунок №2), расположенными либо независимо друг от друга на одном портале либо на одном широком суппорте.

CNC-управляемые оси X, Y, Z — стандарт для всех установок гидроабразивной резки Water Jet.

Кроме того, компания выпускает установки с 4-мя и 5-тью управляемыми осями (рисунок №1), позволяющими осуществлять сложную резку деталей из листового материала. Например: вырезку деталей с внутренними и наружными фасками по любым криволинейным поверхностям, вырезку наклонных отверстий любого профиля с прямолинейной образующей и обработку сложных криволинейных пазов.

Помимо 4-х и 5-ти координатной резки деталей из листового материала, реализуемых с помощью режущей головки, Water Jet выпускает станки для объёмной 5-ти координатной гидроабразивной резки, имеющей возможность направлять гидроабразивную струю под любым углом к поверхности стола, в том числе горизонтально.

Рис. №1 Рис. №2

 

Примеры обработки

 

7 основных причин, по которым стоит выбрать установку гидроабразивной резки:

Установки гидроабразивной резки – долгое время считались оборудованием, предназначенным лишь для высококвалифицированных специалистов. Однако за несколько последних лет это оборудование сильно изменилось.

Благодаря новым технологиям практически каждая механическая мастерская или производственное предприятие может позволить себе приобрести и эффективно использовать высокоточную систему гидроабразивной резки, даже обладая небольшим опытом или вообще не имея такой практики. Компания «WaterJet Corp.

» совершила переворот в промышленности, предложив первую действительно доступную систему, сочетающую в себе возможности струи абразивного материала и высокоточной обработки.

  • 1. Широкий спектр обрабатываемых материалов

Гидроабразивная резка подходит для различных материалов, в том числе металлов, керамики, композита, стекла, мрамора и гранита.

  • 2. Высокое качество обработки краёв

После резки на установках гидроабразивной резки «WaterJet Corp.» края материала получаются такие же гладкие, как при пескоструйной обработке. Нет острых кромок, заусенцев, неровных краёв.

  • 3. Отсутствие нагревания в процессе обработки

В связи с тем, что станки гидроабразивной резки используют воду и абразив, в процессе резки обрабатываемый материал почти не нагревается. Поэтому она идеальна для материалов, которые под влиянием высокой температуры деформируются или реагируют на тепло каким-либо иным образом (например, титан).

  • 4. Безопасность для окружающей среды

Гидроабразивные станки «WaterJet Corp.» используют для резки воду и гранатовый песок. Гранат — это нейтральный химически неактивный минерал, который можно спустить в городскую канализацию. В процессе обработки не образуются ядовитые испарения.

  • 5. Резка без дополнительных инструментов.

Во время работы на станках гидроабразивной резки «WaterJet Corp.» нет необходимости менять рабочие насадки. Одно сопло применяется для обработки самых разнообразных материалов и форм. Это позволяет сэкономить время и деньги, потраченные на приобретение многочисленных инструментов для обработки.

  • 6. Минимальное количество заусенцев

При использовании станков ГАР на большинстве материалов образуется минимальное количество заусенцев либо они полностью отсутствуют.

  • 7. Быстрое программирование

Установки гидроабразивной резки WaterJet (Италия) оснащены комплексным программным обеспечением Taglio — Igems. В программе можно рисовать чертить детали самостоятельно или импортировать стандартные файлы DXF, созданные в других программах.

Можно даже копировать фотографии или изображения в формате bitmap.

Кроме того, станки WaterJet (Италия) могут взаимодействовать с различным программным обеспечением других производителей, таким как CAD/CAM, а также программами оптимизации размещения («nesting») и сканирования.

Для выбора гидроабразивной установки обращайтесь к специалистам «КАМИ-Металл»!

Источник: https://news.stanki.ru/tehnologiya-gidroabrazivnoy-rezki-plyusyi-i-minusyi/

Ссылка на основную публикацию