Гидроабразивная резка металла: как резать водяной струей под давлением

Главная » Обработка металла » Резка

Автор perminoviv На чтение 5 мин Просмотров 145 Опубликовано 01.07.2021

Водно-абразивная резка металла – это самая современная и прогрессивная технология обработки. Сердце системы водоструйного резания — насос высокого давления. На сегодня уже разработаны экспериментальные станки с давлением воды 6000 атмосфер.

Проходя сквозь сопло (материалом может выступать: рубин, сапфир или алмаз) толщиной 0,1 мм, вода набирает скорость в три раза большей скорости звука и образует тонкий сфокусированный поток, который может резать практически все металлы.

При гидроабразивной резке металла, толщина металла может быть до 300 мм.

Главным преимуществом технологии резания водной струйного является отсутствие нагревания изделий, то есть термическое воздействие на материал — отсутствует, что исключает напряжение и изгиб обрабатываемой детали. В итоге появляются резы очень отличного качества, что делает не нужным последующую дорогостоящую обработку.

Некоторые металлы нельзя резать лазером из-за их отражения, а при плазменной резке – нельзя использовать токопроводящий материал. Тут и понадобится гидроабразивная резка, которая является прогрессивным способом резки. Но она предполагает намокание изделия, что может плохо отразится для металле, подверженному коррозии.

Принцип гидроабразивной резки металла имеет самое главное преимущество — тонкая, как нить, струйка, позволяет создавать значительно меньшие потери металла по сравнению с обычной резкой.

Большим недостатком гидроабразивной резки металла является очень высокие затраты на резку: 1 час работы выйдет в 1500 руб. К тому же все детали очень скоро вырабатывают свой ресурс из-за большого давления. Так же недостатком является то что все детали требуют ежедневного осмотра и даже ремонта ремонта. В общем, если есть решение купить станок гидроабразивной резки, то такая резка металла водой своими руками, приводит к постоянным высоким затратам.

Сущность технологии

Заготовка из металлического листа кладется на рабочую поверхность. Она раскраивается по нужному формату. Места кроя подвергаются водному воздействию с добавлением абразивных частиц. Эти вещества взаимодействуют с поверхностью, разрушая ее. При этом необходимо поддерживать определенное давление, напор, который обеспечивает скорость подачи жидкости и твердых частичек. Задача оборудования по этой технологии – отделить часть от целого. Мощность аппарата велика, но способности ограничиваются плотностью сплава и его толщиной.

Принцип работы гидроабразивной резки металла и стали

Во время раскроя металлопроката происходят следующие процессы:

• Двигатель приводит в движение насос, который создает водяную струю – она подается в смеситель из резервуара.
• С другой стороны, одновременно с этим направляется абразив нужного количества и диаметра частиц.
• Два элемента смешиваются до относительно однородной жидкости.
• Смесь с высоким напором направляется на сопло, которое управляет наклоном и скоростью.
• Материал соприкасается с поверхностью заготовки, разрезая ее.

При этом происходит охлаждение.

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.

Область применения

Распространенность метода объясняется большими возможностями аппарата. Его можно использовать фактически для любых природных и синтетических материалов. Не распространяется это только на алмаз и каленое стекло. Особенность (а вместе с тем и востребованность) – можно проводить обработку таких вещества, которые нельзя нагревать – они теряют, меняют свои физико-химические свойства или подвержены легкому воспламенению. А резка струёй воды происходит без изменения температурного режима. Таким образом, значительно расширяется спектр возможных работ. Чаще всего металлообработке подвергают:

• нержавейку;
• инструментальную сталь;
• алюминий;
• титан;
• латунь.

Также разрезают указанным методом гранит, мрамор и прочие натуральные и искусственные камни. Применение станка возможно только в условиях цеха, налаженного производства. Видео покажет, где его применяют:

Сфера использования

Основным отличием, которое имеет гидрорезка металла от других методов обработки является то, что не оказывается механическое действие на поверхность материала. Отсутствие нагревания и трения инструментов влияет на возможные сферы использования и качество реза.

Оборудование используют для резки таких материалов, как:

• керамика, стекло;
• камень, гранит, мрамор;
• резина, паронитовые, эбонитовые и текстолитовые плиты, пластик;
• железобетон;
• металлы, в том числе: сталь, титан.

Оборудование для гидрорезки

Называют «непыльным». Действительно, стружки фактически нет, вернее, она сразу вымывается, получается очень ровный и чистый срез, который, в большинстве случаев, даже не требует шлифовки. Технологический процесс построен на природном явлении водоемов – эрозии, то есть способности размывать берега, при этом обтачивая камни, корни деревьев. Суть остается прежней, но чтобы многократно ускорить воздействие, в жидкость добавляют абразив.

Такая смесь выпускается струей очень высокого напора. Давление доходит до 6 тысяч атмосфер, при этом развивается скорость, которая в три раза превышает распространение звуковой волны в воздухе, – 800—1000 метров в секунду. Две основные задачи оборудования:

• отрыв и вымывание частиц материала заготовки;
• моментальное охлаждение и очищение.

Устройство станка, который режет водой

Классический аппарат имеет множество узлов:

• корпус – обычно состоит из металла, как наиболее износостойкого и долговечного материала, благодаря чему он достаточно массивный;
• емкость – крупная, обычно не меньше двух кубических литров, но может быть больше;
• мощный насос – он выполняет важную функцию, нагнетает высокое давление и направляет жидкость из резервуара в место объединения двух компонентов;
• прочные шланги – соединяют все узлы;
• отсек для хранения и подачи абразивных частиц;
• смеситель;
• инструмент – он регулирует мощность струи, ее ширину, направление;
• плоскость, на которой расположена заготовка и будет происходить работа;
• блок управления.

Большинство станков оснащены ЧПУ, инженер только руководит процессом с помощью пульта, но не занимается резкой вручную. Это удобно – нет негативного воздействия на обслуживающего машину человека и при этом достигается отличная точность. Еще одно достоинство ЧПУ – возможность использования программ для автоматизированного проектирования, на которых можно создавать проект в формате, совместимым с блоком управления.

Особенности устройства основных узлов

Уникальность установки заключается во многих отличиях начиная с рабочего стола. Вместо привычной плоскости здесь представлена ванна с неглубокими бортами. Она оснащена ребрами для захвата и фиксации заготовки, они быстро снимаются и накладываются. Также емкость набирается жидкостью, а затем сливается. Постоянное нахождение металла в водной среде позволяет избавить производство от шума и пыли. Емкость, которая содержит абразивные частицы, легко вынимается, имеет функцию пополнения даже в ходе работы, а также оснащена датчиками, контролирующими количество смеси.

Очень важна система перемещения инструмента. Она поставлена на ремни, которые двигают резак по линейным плоскостям. Используются именно ремешки, а не цепи, так как они более невосприимчивы к влаге, а также к нечаянному попаданию абразива. Дополнительное преимущество – их легко менять при износе. Подробнее об устройства посмотрим на видео:

Об особенностях конструкции

Для достижения необходимого результата в промышленности используют станки исключительно с ЧПУ. Поэтому процессом практически полностью управляет электроника. В состав профессионального станка входят различные системы. К примеру, управление оптимальным зазором. Такая система обеспечивает лучшее расстояние между режущей головкой и обрабатываемым металлом для наибольшей точности в месте среза. Используется и датчик сканирования материала. Он нужен для того, чтобы просканировать металл на наличие неровностей. Показания передаются на ЧПУ, в результате чего изменяется зазор.

Для автоматизации процесса в систему внедряют датчик контроля подачи абразива. Он регулирует количество гранатового песка. Кроме того, такая система останавливает работу в случае попадания в насос высокого давления сторонних элементов (мешковина, крупная фракция). Все это должно работать как одно целое, и только при таком раскладе можно добиться оптимальных результатов. Современный промышленный станок стоит больших денег, поэтому требует регулярного обслуживания. Если его не выполнять, то он может полностью выйти из строя.

Возможности водной резки металла

Многие способы применяются только для прямой распиловки, в то время как гидрорезка позволяет:

• делать фигурный разрез;
• не подвергать обработке края;
• обрабатывать листы (металлозаготовки) толщиной до 120 – 200 мм, в зависимости от вида стали;
• подключить к автоматическому пульту управления трудный проект и фактически не участвовать в процессе, только контролировать;
• разрезать окружности, трубы.

Сейчас активно пользуются технологией в различных сферах:

• автомобилестроение и машиностроение в целом;
• изготовление заготовок, деталей, которые не поддаются штамповке;
• резка водой железа, утеплителей, стекловолокна, изоляторов, мрамора;
• художественная обработка.

Итог

Водоструйная технология выручает в ситуациях, когда лазерную резку использовать проблематично, невозможно или нежелательно. В частности, она незаменима при резке листового проката, ламинированного пластиком. Эта технология отлично подходит для обработки толстолистовых материалов, художественной и декоративной резки. К тому же, она выполняется без нагрева заготовки. Поэтому кроме металла водно-абразивной струей успешно режут резину, пластик, текстолит, неопрен, стекло, керамику, гранит и многие другие материалы.

Автор: Реклама INFPOL.RU

Управление

Для эффективной работы необходим труд нескольких инженеров и операционистов. Проектировщик обязан создать проект в специальной компьютерной среде. Затем файл помещается в память устройства. Машина сама распределяет функции на остальные узлы. Сотрудник отвечает за достаточное количество расходных материалов, за запуск программы, контроль за выполнением и своевременное оповещение о поломке. Специалист по оборудованию обязан проводить техническое обследование (профилактическое), а также устранять неполадки.

Гидроабразивные станки с ЧПУ

Числовое программное управление позволяет осуществлять наиболее трудные детали с погрешностью в половину миллиметра. Производственный процесс полностью автоматизирован, он не требует постоянных команд, ему необходимо только однажды задать программу (выбрать из списка или ввести в память) и поставить запуск. Такое оборудование дорогостоящее, но более эффективное. Нет человеческого фактора, то есть минимизирован риск ошибок.

Как режут металл водой вручную

Менее популярные на производстве, зато теоретически возможны для изготовления в домашних условиях. Задача оператора – выбор угла резки, давления, напора и ширины струи. Работать с ним труднее, но, однажды научившись, специалист сможет делать очень продуктивно простые формы. Точность остается высокой, но при этом набор функций относительно небольшой. Еще одно достоинство – цена значительно ниже, чем у оборудования с ЧПУ.

Расходные материалы

Основное сырье – это чистая, прошедшая многоступенчатую фильтрацию, чтобы там не находилось примесей, которые могут вступить в реакцию с заготовкой, вода и абразивные частицы. Расход достаточно большой, при этом чем толще сплав, тем больше расходников используется в секунду. Самое недорогой абразив – мелкий песок. Песчинки размером около 650 микрон эффективно справляются даже с тугоплавкими, высокопрочными сплавами. При этом имеют доступную стоимость. Также регулярно требуется проводить замену запчастей – трубок и шлангов, уплотнителей. Реже – мотора, резервуаров, сопел.

Какое давление нужно для резки металла водой

Минимальный напор – 1500 атмосфер, максимальный – 6000. Показатель настраивается в зависимости от плотности стали, от необходимой скорости работы. Делать это можно вручную или довериться умному блоку управления.

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.

Читать также: Регулятор мощности на симисторе bta41

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

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)

Таблица. Зависимость скорости прямолинейной разделительной (черновой) резки от толщины материала при давлении насоса P = 6000 бар (около 5922 атм)

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 гидроабразивной установки

Сейчас это один из наиболее эффективных и востребованных методов, благодаря своим достоинствам:

• это самый «холодный» способ металлообработки, что позволяет работать даже с веществами, чьи физические и химические свойства меняются от жара;
• малые потери материала – стружки фактически нет, срез ровный и узкий;
• хорошо для тонких листов, но можно и с более плотными – до 3 см;
• нет необходимости финальной шлифовки, края очень ровные;
• самая большая точность – 0,5 мм;
• можно вырезать любые трудные детали;
• есть возможность резать «пакетом», то есть в несколько слоев сразу, если заготовки достаточно тонкие;
• очень высокая чистота работы – нет пыли, шума, газов;
• пожарная безопасность полная;
• отсутствие острого режущего инструмента, то есть его не нужно менять, точить.

Цена гидрорезки

Стоимость такого оборудования, а также его обслуживания, высока. Именно по этой причине метод используют в основном на крупных производствах – там все затраты компенсируются высококачественным итоговым продуктом. Ценник складывается:

• из мощного насоса;
• дорогостоящей системы ЧПУ;
• сопла из искусственного алмаза.

В статье мы рассказали, как водой разрезать металл, а также показали примеры станков, режущих с помощью водяной струи. В качестве завершения советуюм посмотреть несколько видео:

Обращайтесь в ООО «Роста», если вы решили купить приспособления для промышленного пользования. У нас в наличии и на заказ имеются ручные и полуавтоматические ленточнопильные, а также маятниковые, вертикальные и двухстоечные агрегаты. Цена на товары снижена в 1.5 — 2 раза по сравнению с зарубежными аналогами. Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с менеджерами, мы с радостью поможем в выборе оборудования.

Техника безопасности

Процесс гидроабразивной резки не представляет особой опасности. Расстояние от трубки, из которой выходит струя, до обрабатываемой поверхности – всего 2,5 мм. Это исключает воздействие струи на руку. При превышении давления воды выше допустимого открывается сбросной клапан, который снижает давление до рабочего. Тем не менее при работе на станках следует соблюдать определенные меры безопасности.

• Ни в коем случае не допускайте воздействия струи на тело. Такая струя способна разрезать металл толщиной 150 мм, что уж говорить про руку. Во время работы руки держите на максимально возможном расстоянии от зоны резки. Перед включением станка убедитесь в отсутствии посторонних предметов на пути резки.
• Защищайте глаза и органы слуха. Обязательно используйте защитные очки и беруши (или наушники).
• Не кладите руки на рабочий стол.

Обработка металлических изделий с помощью струи воды и абразива все больше применяется в современной промышленности (в основном, в машиностроении и металлургии). Технология и оборудование постоянно совершенствуются, чтобы избежать существующих недостатков или минимизировать их.

Лидерами в производстве аппаратов для гидроабразивной резки являются американские компании Jet Edge, Flow, OMAX, итальянские WaterJet Corp Inc. и Caretta Technology, голландская Resato, чешская PTV, шведская Waterjet Sweden, финская ALICO, швейцарская Bystronic.

Republished by Blog Post Promoter