Гидроабразивная резка металла своими руками

Чипгуру

Самодельная установка гидроабразивной резки (ГАР)

Самодельная установка гидроабразивной резки (ГАР)

Сообщение #1 Денис# » 24 янв 2016, 02:48

И снова всем привет!
Эта идея с виду наверно не менее бредовая чем самодельный лазер, однако их производят, а значит повторение возможно.
Мне некоторое время не дают покоя станки ЧПУ и установки раскроя, т.к. им у меня есть некоторое кол-во работы, да и интересно ведь!
Для будущих прихожан сразу настоятельно прошу не “советовать” купить и зарабатывать. Такой цели нет, форум технический посему интересно создать. Даст Бог подрастем – будете нашими торговать

Итак, что мне известно (а известно совсем чуть-чуть): в установках гидроабразивной резки (далее ГАР) в качестве режущего вещества используется струя воды, как правило с добавлением абразива. Абразив это как я понимаю гранатовый песок.
Минимальное рабочее давление с каким я сталкивался в описаниях в тырнете это 50МПа, это устаревшие установки. Современные установки качают 500-600 МПа если я все правильно понимаю. реально работать вроде можно со 100МПа.

Я лично человек небогатый, посему приходится марамойничать периодически. Соответственно и тут не буду пока рассматривать покупку готовых насосов брендовых, а буду думать как по максимуму создать самому.
Какой вариант повышения давления я рассматриваю за основной? Мультипликатор.
Мысль такая: берем гидроцилиндр обычный с поршнем допустим 160мм в диаметре и со штоком скажем 30мм в диаметре. Соответственно площадь поршня ГЦ = 20106 кв.мм, площадь штока = 707, соответственно отношение будет 20106/707=28,44 раза. Т.е. если мы будем давить на поршень ГЦ 16МПА, то шток 30мм будет давить уже 16МПА х 28,44 = 455 Мпа Верно я понимаю? Вполне себе давленице получается.
Что нам нужно, что бы шток 30мм давил в некую емкость закрытую наполненную водой, вытесняя эту воду через клапан в транспортную трубку. Клапан должен настраиваться на открытие не ниже определенного давления.
Далее для устранения пульсаций мы можем сделать наш ГЦ двухсторонним, с двумя выходами ведущими на гидроаккумулятор (если необходимо), в качестве которого в принципе может работать бухта транспортной магистрали. Ну и голова непосредственно.
Понятно что это общая схема и черт кроется в деталях, но давайте сначала проверим общую концепцию, правильно ли я мыслю, верно ли считаю и пр.

От этого попробуем плясать дальше.
nikirk2 , neon , T-Duke , и ВСЕ ВСЕ ВСЕ . присоединяйтесь, только чур не ругаться тут

Самодельная установка гидроабразивной резки (ГАР)

Сообщение #2 neon » 24 янв 2016, 04:48

жили были Ох и Ах. Даже не знаю с чего начать. Не хочется говорить, что невозможно, это возможно, но затраты превысят все разумные пределы, особенно если необходимо обеспечить приемлемый срок службы до замены основных элементов и уплотнителей. Один цилиндр с гильзой чего стоят. В современных вариантах керамический цилиндр стоит около 140000 рублей, а китайские варианты около 35000. На одних уплотнениях можно разориться в самодельной установке. Про цилиндр (технологию изготовления) вообще молчу. Это ещё до расходных материалов не дошли (песок, сопла, смесительная трубка). РВД (рукава высокого давления) сложно достать и стоят они не мало.

В общем поговорим, поговорим и разойдёмся, такой прогноз данной темы на 99 %. Факты есть в сети. Даже по готовым чертежам изготовить выльется в приличные расходы. Дешевле будет китайский б/у насос купить и другие готовые компоненты. При этом довести дело до конца удавалось из большого количества желающих буквально единицам.

Ещё вспомнил про гидроаккумулятор, это ещё один финиш. Там специальные марки стали (дорогие, защита, предварительная обработка очень высоким давлением и т. д.), обычно труба в трубе. Посмотрите на толщину стенки и длину. Как делать будете такой простой со стороны компонент? Даже не этом можно встать и не подняться. Извините за пессимизм в тексте, хотя я и оптимист в квадрате, но и реалист одновременно. Самостоятельно изготовить можно имея много денег или запасную жизнь.

Самодельная установка гидроабразивной резки (ГАР)

Сообщение #3 Денис# » 24 янв 2016, 05:00

Ну про дешевле и купить это как я говорил не интересно, так что упустим.
Про “поговорим и разойдемся” – возможно, однако не вижу чего то плохого в таком разговоре, по крайней мере на фоне многих других тем.

А вот если Вы расскажете про особенности цилиндров, гильз, уплотнителей то будет интересно. Чем таким они заслужили ценник в 140 тыр, почему керамика и какие характеристики там требуются. Почему нельзя взять обычный ГЦ? У него как было 16МПа так и остается рабочих, чем он хуже керамики дорогой?
Так же и по уплотнениям. Какие требуются характеристики этих уплотнителей? Из чего они состоят и как изготовлены?
Народ по слухам спокойненько так вкорячивает в фирменные установки свой колхоз и трудится, чем мы хуже?

Что касаемо расходников вроде песка, сопел и пр. вообще непонятно. Их что на фирмовую установку покупать, что на такую. в чем разница?

Самодельная установка гидроабразивной резки (ГАР)

Сообщение #4 neon » 24 янв 2016, 05:16

по большому счёту это не так. Темы для развлечения это как жвачка для ума, пока там что-то пишешь, мозг вроде как занят, но не загружен сильно, вот в профильных темах просто так языки точить можно, зная что по сути ничего не выйдет, но при этом ум попадает в западню, со всеми вытекающими. Примерно так можно рассуждать о политике каждый день, зная, что каждый в частности на неё не может повлиять ни на один процент.

вы сперва обзор сделайте, для вас полезней и лучше будет, чтобы общаться хоть на пальцах. Не сочтите за мою наглость.

твёрдость, износостойкость, заданный ТКЛР, инертность к воде при таких давлениях.

я говорил о рабочем поршне высокого давления.

до них ещё дойти надо.

некоторые простые вещи вполне изготовить самостоятельно, но ключевые компоненты осилили единицы и там говорить о большом сроке службы (может исчисляться часами) не приходится.

В чем заключается принцип действия и технология резки металла водой?

Давайте рассмотрим технологию резки металла водой и принцип ее действия. Во время различных работ (как в промышленности, так и в быту) часто приходится разрезать металлические конструкции. Для этой цели применяется механическая, лазерная, кислородная, плазменная резки. То есть, для разрезания металлов используется в основном механическое воздействие или высокая температура.

Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. Например, при механической резке происходит деформация металла, а при газокислородной или плазменной – к его окислению.

Преимущества и недостатки гидроабразивной резки

В современной промышленности активно используется новый вид резки металла с помощью воды. Такая резка называется водно-абразивной или гидроабразивной. Впервые этот метод был использован в авиастроительной промышленности.

У данной технологии отсутствуют недостатки, которые присущи разрезанию металла механическим воздействием или высокой температурой. Впервые такая технология была применена в 70-х годах прошлого века. В промышленности ее активно стали использовать в конце XX века.

Разрезание металла посредством воздействия воды и абразива имеет ряд преимуществ.

1. Обрабатываемое изделие не нагревается и не деформируется.
2. Высококачественный рез, поэтому нет необходимости в последующей обработке изделия.
3. Потери металла – минимальны.
4. Обрабатывать детали можно любого размера и в любом режиме – ручном или автоматическом (без участия человека).

Применяя водно-абразивную резку, можно получить детали различной формы – нужно только задать определенные параметры с помощью числового программного управления. Этот фактор позволяет активно применять данный метод для получения различных предметов, предназначенных для украшения интерьера, зданий и т. п.

Есть у водно-абразивной резки и недостатки. Во-первых, для металлов, подверженных коррозии, могут быть негативные последствия. И, во-вторых, этот вид резки требует больших финансовых затрат. Весь механизм нужно постоянно осматривать. Оборудование часто выходит из строя и требуют ремонта или замены.

Оборудование

Станок для гидроабразивной резки состоит из:

• насоса высокого давления;
• инструментальной головки;
• рабочего стола;
• системы перемещения, оснащенную ременным приводом или устройства управления с ЧПУ;
• рабочей ванны (из нержавеющей стали);
• емкости для подаваемой воды;
• бака для абразивного материала;
• компрессора для подачи абразивного материала;
• датчика, предназначенного для контроля абразива;
• смесительной камеры;
• выносного пульта с маховиком, предназначенного для упрощения процедуры управления;
• устройства, предназначенного для удаления останков обрабатываемого материала;
• устройства, предназначенного для подачи обрабатываемых деталей.

Технология

Режущим инструментом при гидроабразивной резке является струя воды совместно с абразивным материалом. Струя воды подается на высокой скорости под большим давлением – от 2000 до 5000 атмосфер. В некоторых устройствах давление может достигать 6000 атмосфер.

Вода проходит через сопло, толщина которого составляет 0,1 мм. Скорость воды при этом увеличивается, и может достигать значения 1200 м/с и даже выше. Поток воды фокусируется, он может разрезать почти все металлы. Расход воды составляет до 4 л/мин.

После сопла вода попадает в смеситель. Сюда же подаются частицы абразивного материала. В этом месте происходит смешивание воды и абразивного материала. Абразив подается тангенциально. На заготовку попадает смесь воды и абразива. Под воздействием сфокусированного скоростного потока происходит отрыв частиц обрабатываемого материала из реза.

Принцип действия установки для гидроабразивной резки

Во время процесса резки важно придерживаться определенных параметров и соблюдать правила пользования станком. Здесь важно, какое давление воды используется, какой расход, скорость струи, количество подаваемого абразивного материала.

На схеме цифрами показаны:

• 1 – подача воды;
• 2 – сопло;
• 3 – абразивный материал;
• 4 – смесительное устройство;
• 5 – кожух;
• 6 – струя воды и абразива;
• 7 – обрабатываемый материал.

Процесс гидроабразивной резки металла включает в себя 4 этапа:

1. Заготовка помещается в ванну с водой и закрепляется. На неавтоматизированном устройстве это нужно делать своими руками, на станке с ЧПУ – с помощью программы.
2. В ванну помещается инструментальная головка, в которую подаются вода и абразив. При этом устанавливаются необходимые рабочие параметры (давление воды, расход и т. д.).
3. Инструментальная головка направляется на обрабатываемый материал.
4. Струя воды и абразива разрезает заготовку.
5. Абразивный материал после резки фильтруется и сушится.

Перечисленные этапы при работе устройства постоянно повторяются. Металл разрезается из-за удара частиц абразива. Вода, при этом выступает в качестве носителя режущих частиц (то есть, абразива). В качестве абразива используются:

• кварцевый песок;
• карбид кремния;
• гранатовый абразив;
• электрокорунд;
• оливин.

Активно данный вид резки применяется для обработки заготовок из легированной стали. Это обусловлено тем, что струя воды и абразива не нарушает состав такой стали. Кроме металлов, можно обрабатывать стекло, камень (природный и искусственный), бетон и железобетон. Но, для каждого материала есть свои пределы по толщине:

1. Цветные металлы, сплавы и нержавеющая сталь – максимум 150 мм.
2. Композитные материалы, углепластики – максимум 200 мм.
3. Природный и искусственный камень – максимум 300 мм.

Видео: резка металла водой.

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.

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.

Гидроабразивная резка – любой материал поддастся!

Гидроабразивная резка металла и алюминия представляет собой такой способ их обработки, при котором рабочим инструментом является смесь абразива и воды, подаваемая под высоким давлением с высокой скоростью.

1 Суть и технология гидроабразивной резки

Базируется данная технология на принципе влияния эрозионного плана абразивных твердых элементов и водяного направленного высокоскоростного потока на материал, подвергаемый резке. С точки зрения физики процесс обработки заключается в отрыве частиц материала из полости реза скоростной струей частиц, находящихся в твердой фазе.
Эффективность данной операции, а также стабильность ее протекания зависят от грамотного подобранных значений:

• размера и расхода абразивных элементов;
• расхода и давления воды.

При сжатии обычной воды под нагрузкой примерно 4 тысячи атмосфер и последующем ее пропускании через малое по сечению сопло (до 1 миллиметра), ее скорость в 3–4 раза превысит скорость звука. Если направить такой поток сжатой воды на какую-либо поверхность, он будет представлять собой мощнейшее режущее приспособление. А если еще дополнительно добавить в поток специально подобранные абразивы, он сможет без труда разрезать изделия из прочного металла толщиной от 10 и выше сантиметров.

Гидроабразивная резка своими руками ничем не отличается от процесса, предлагаемого в наши дни многими фирмами и предприятиями. Для обработки материала нужно приобрести специальное оборудование, которое функционирует по следующему принципу:

• в режущую головку агрегата при помощи нагнетательного механизма подается вода под давлением от 1000 до 1600 атмосфер;
• через дюзу малого сечения (от 0,08 до 0,5 мм) вода на сверхзвуковой либо близкой к ней скорости (около 1200 м/с) идет в устройство, где происходит ее смешивание с карбидами кремния, частицами электрокорунда или песка, иного материала с высокой твердостью;
• из смесительного отсека, который имеет диаметр (внутренний) сопла, полученная смесь подается на материал и разрезает его.

Остаточная энергия режущего потока гасится 70–100-сантиметровым слоем воды. Стоит отметить, что в некоторых агрегатах для резки абразивный материал смешивается с водой не в отдельной камере, а непосредственно в трубке, откуда он поступает на обрабатываемое изделие. При обычной гидрорезке абразивных частичек нет, и вода сразу направляется на поверхность, которую планируется разрезать.

2 Особенности резки изделий водой с абразивами

Струя при описываемой технологии обретает свой разрушительный потенциал в основном за счет абразивных составляющих потока. А уже сугубо транспортная функция ложится на воду. Частицы абразива при этом по размеру подбираются таким образом, чтобы быть не более 10–30 процентов от показателя сечения струи. Именно при таких условиях гарантируется стабильный поток и высокий эффект обработки.

В тех случаях, когда требуется получить малую шероховатость поверхности реза, используют частицы размером от 75 до 100 мкм, в остальных – от 150 до 250 мкм. В целом же, “идеальный” показатель абразива высчитывают как разницу между внутренними сечениями трубки для смешивания агрегата и водяного сопла, разделенную на два.

Выбор твердости абразивных элементов производят с учетом твердости детали, которая подвергается обработке, и вида материала, из которого она сделана. Не рекомендуется применять абразивы твердостью менее 6,5 единиц по шкале Мооса. При этом следует помнить, что режущая головка и ее отдельные компоненты изнашиваются намного быстрее, если используется очень твердый абразив.

Интересующий нас вид резки дает возможность обрабатывать:

• гранит, прочный камень, мрамор и аналогичные материалы;
• металлические, стальные, алюминиевые листы;
• армированные пластики;
• используемые в космической и авиационной сфере титановые, композитные и алюминиевые сплавы, пластмассы с особо толстыми стенками;
• деревянные изделия;
• керамические конструкции;
• любые стройматериалы, включая высокотвердую дорожную брусчатку, железобетон и бетон, блоки из гипсовых композиций;
• изделия со специальными покрытиями;
• бронированное и обычное стекло;
• шестерни и аналогичные детали из металла.

Как правило, разные материалы режутся струей, содержащей определенные виды абразива:

• армированный углеродными либо стеклянными волокнами пластик обрабатывают потоком с силикатным шлаком;
• гранит, железобетон, стальные поверхности и прочие высокотвердые материалы – черным либо зеленым кремниевым карбидом, а также частицами электрокорунда;
• сплавы на основе титана и высоколегированные стали – гранатовым песком.

Большую часть трубок для смешения воды и абразива выпускают из специальных сплавов, которые характеризуются высоким уровнем прочности. Эксплуатироваться без замены они могут до 200 часов непрерывной работы. А сопла производят, как правило, из драгоценных камней – рубина, сапфира, алмаза. Алмазные конструкции без проблем выдерживают до 1,5–2 тысяч часов использования, остальные рассчитаны на 150–200 часов.

3 Гидроабразивная резка металла и других материалов – плюсы и минусы технологии

К самым важным достоинствам процесса резки с применением струи воды и абразива относят:

• отличное качество реза, обеспечивающее показатель 1,6 Ra (средняя величина шероховатости обработанной кромки материала);
• абсолютная взрыво- и пожаробезопасность операции;
• малые потери материалов при обработке;
• отсутствие в легированных и высоколегированных сталях и сплавах на их основе явления выгорания легирующих добавок;
• отсутствие выделений газов при резке, как следствие, экологическая “безупречность” процесса;
• в зоне обработки нет термовоздействия (материал в данной области нагревается максимум до 90 градусов по Цельсию);
• большой спектр толщин материалов, которые можно разрезать (до 30 сантиметров включительно);
• высокая производительность (допускается упаковывать материалы небольшой толщины в общую связку и производить их разрезание за один проход потока);
• нет пригорания и плавления металлов в прилегающей к зоне реза областях, как, впрочем, и непосредственно в месте обработки;
• режущая головка делает минимум холостых ходов, что увеличивает общую эффективность применения технологии.

Описываемая резка признается оптимальной для изделий из меди, алюминия, латунных сплавов, которые имеют высокую теплопроводность. При других вариантах их обработки необходимо применять мощные нагревающие источники, что влечет за собой повышение стоимости работ. Даже лазерная резка медных и алюминиевых конструкций не так эффективна, как гидроабразивная.

Кроме того, такая обработка подходит для:

• выполнения скосов на обрабатываемых изделиях;
• резки объемных конструкций и высокоточного разрезания деталей по сложному контуру.

К недостаткам использования гидроабразивного оборудования относят:

• обусловленный огромной скоростью высокий уровень шума во время работы агрегата;
• малая (по сравнению с лазерной и плазменной технологиями) скорость резки тонколистовой стали;
• недолговечность головки для резания и иных компонентов оборудования;
• высокие затраты на эксплуатацию установки.

Резка металла водой

Известная поговорка о том, что вода камень точит, умалчивает о том факте, что она ещё и металл режет, да не за сотни лет, а моментально. Много сказано о резке металла своими руками при помощи плазматронов – водой, превращающейся под воздействием электричества в дугу плазмы. Но существует ещё один способ, дающий более чистый срез, не нуждающийся в финишной обработке – это гидроабразивная резка металла. Разделение детали водой без специальной подготовки жидкости, даст менее гладкие края заготовок, тогда придётся их обрабатывать дополнительно своими руками при помощи инструментов с применением силы. При условии, что водно-песчаная смесь, подаваемая под давлением, применяется для резки металла толщиной до 20 см, лучше чтобы края заготовок обрабатывать дополнительно не приходилось. А всего-то подготовительный процесс заключается в фильтрации воды.

Приятным моментом при проведении работ своими руками состоит в том, что никаких сильных запахов, дыма и пыли оборудование не производит. Держать под рукой запасные режущие инструменты так же нет необходимости, это оборудование работает без твёрдых резцов – только очень мелкий песок с водой. Скальпелем, отделяющим толстенные куски металла с хирургической точностью, выступает вода, поступающая в сопло под давлением, на выходе из сопла она насыщается абразивными микрочастицами, при мгновенном смешивании получается мощная режущая смесь.

Пример резки металла на установке ГАР

Весь цикл резки как на заводском оборудование с ЧПУ, так и своими руками на обычном станке проводится в один этап. Тонкие и толстые, тугоплавкие и тягучие материалы режутся на одной и той же скорости, без каких-либо ограничений. Станки с возможностью обрабатывать насколько деталей одновременно – это возможность в кратчайшие сроки провести необходимую обработку металла и стекла, пластика и резины, благодаря тому, что нет необходимости перенастраивать оборудование. Детали из материалов разной твёрдости при необходимости будут обработаны за один рабочий цикл.

При обработке материалов своими руками, обрабатывать их поочерёдно выгоднее в плане экономии времени, которое ушло бы на закреплении материалов на рабочей поверхности, а комбинированная деталь, состоящая из нескольких совершенно разных материалов, легко и точно будет разрезана при помощи гидроабразивной смеси подаваемой под высоким давлением.

Применение станков гидроабразивной резки

Оборудование, работающее на гидроабразивной взвеси применяется для:

1. Художественной резки металла водой, и прочих материалов с различными техническими характеристиками. Тонки е и широкие детали можно резать не только под прямым углом. Изменение наклона режущей субстанции не скажется на чистоте краёв среза. Ни один из материалов, которые режет это оборудование, не требует последующей обработки, деталь из-под гидрорезца выходит готовой на 100%.
2. Самые сложные элементы, повторяющиеся в нескольких фрагментах и детали, требующие повышенной точности, лучше выполнять на программируемом станке резки водой. Компьютерная программа лучше человека управится с точными задачами по обработке деталей, не терпящих отклонений. Для творчества и изготовления предметов, не задействованных в сложных механических агрегатах, вполне подойдёт оборудование на ручном управлении.
3. Максимальная толщина металла для резки водой, как уже было сказано ранее, составляет 200 мм, но есть и исключения. Гидроабразивной взвесью можно резать медь толщиной всего 5 мм, тугоплавкие сплавы до 12 мм, титан толщиной до 17 мм. Если посмотреть на сферу применения этих металлов и их стоимость, то не так уж велика потеря.
4. При необходимости сделать своими руками украшение из меди или латуни, то верхний слой убирается поэтапно. Так что углубление в 1 см можно сделать за 2 прохода вместо одного. Как говорят скульпторы, работающие над шедевром с резцом – отсечь всё ненужное. Тот же принцип работы и с гидроабразивным режущим элементом. Для точного воспроизведения детали лучше воспользоваться станком на компьютерном управлении.

Станки без ЧПУ работают на ручном управлении, настройка станка для резки целиком производится оператором, что может дать некоторые неточности, если угол резки выставлен неверно. Но такой станок не требует никаких специфических знаний. Он значительно дешевле своего управляемого компьютером собрата. Мало функциональное оборудование, разобраться в его настройках можно достаточно быстро. Простые и сложные линии, а так же стандартные геометрические фигуры на этом станке может выполнить своими руками каждый, после краткого ознакомления с устройством станка, техникой безопасности, способом заправки его водой с песчаным абразивом, способом изменения угла резки.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.