Технология гидроабразивной резки металла

Технология гидроабразивной резки

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек – в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки – в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

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.

Технология гидроабразивной резки

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.

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).

Читать еще:  Какие бывают фрезы по металлу

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.

Гидроабразивная резка

Технология гидроабразивной резки материалов

Столь широко распространённые процессы плазменно-дугового разделения материалов имеют свои ограничения. Например, электрическая дуга весьма нестабильна: при работе с металлами повышенной электропроводности (меди, латуни) операция во многих случаях характеризуется оплавлением боковых краёв. Наличие газов – побочных продуктов плазменной резки – вынуждает проводить дополнительные мероприятия по экологической защите участка такой резки. Плазменный раскрой материалов – диэлектриков (стекла, камня и т.д.) вообще невозможен. В подобных ситуациях нет альтернативы процессам гидрорезки. Наибольшую популярность среди такой группы методов получила гидроабразивная резка.

Далее инструментальная головка погружается в ванну, после чего включается интенсивная подача воды соответственных значений скорости и давления. Жидкость, проходя через сопло резака, смешивается там с тангенциально подаваемым потоком абразива. Обе струи смешиваются, и через отверстие в нижнем торце сопла направляются на поверхность разъединяемого материала. Вручную или программно происходит сближение сопла, в результате чего результирующее давление струи резко увеличивается, производя размерное разрушение краёв.

Частицы материала увлекаются в образовавшийся зазор, после чего, теряя свою скорость, попадают на дно ванны, откуда откачиваются специальным насосом, предусмотренным конструкцией рабочей установки. В процессе откачки происходит отделение фракций абразива от воды, с последующей его фильтрацией и сушкой. Ввиду достаточной ёмкости баков для воды гидроабразивная резка может производиться непрерывно, и с увеличенными скоростями струи.

Пример резки металла на установке ГАР

Ванна оборудования, в которой производится гидроабразивная обработка, выполняет две функции:

  • Снижает уровень шума при разрезании (до 78…80 дБ против 130…140 дБ в случае обработки вне водяной среды);
  • Гасит энергию и скорость струи воды.

Технологические возможности способа

Рассматриваемая технология наиболее эффективна в следующих случаях:

  1. Для материалов-диэлектриков, а также токопроводящих изделий, изготовленных из цветных металлов и сплавов на основе меди. Это объясняется тем, что параметры электропроводности медных сплавов не позволяют применять для резки электрическую дугу или лазер.
  2. При необходимости разъединения деталей весьма большой толщины – до 250…300 мм: в этом случае при плазменно-дуговой резке всегда происходит оплавление края.
  3. Для обеспечения должной точности поверхности раздела: при правильном подборе режима шероховатость кромки находится в пределах Ra 0,5…Ra 1,25, что заметно превышает возможности любого другого высокоэнергетического метода.
  4. При недопустимости коробления готового изделия, что неизбежно при любом из вариантов технологии термической резки.

Гидроабразивная резка металла имеет свои ограничения, поэтому технология разрабатывается с учётом следующих возможностей, в частности, по толщине:

  • Для цветных металлов и сплавов, а также нержавеющей стали – не более 120…150 мм;
  • Для углепластиков, композитных материалов – не более 150…200 мм;
  • Для искусственного и природного камня (мрамора, гранита, базальта и т.п.) – не более 270…300 мм.

При разработке технологии следует учитывать, что токопроводящие материалы относительно небольшой толщины (до 5…10 мм) струя, вырабатываемая рабочей установкой, режет плохо: сказывается заметная энергоёмкость, при производительности, сравнимой с плазменно-дуговой или лазерной обработкой. Однако это не означает, что рассматриваемая технология неприменима для разделения тонких пластин или листов: в этом случае абразивный поток отключается, и отделение выполняется непосредственно водяной струёй. В результате поверхность не нагревается, что исключает окалинообразование, высокотемпературное оплавление лини раздела и прочие недостатки, характерные для всех технологий термического разделения материалов.

Читать еще:  Как затачивать сверла по металлу

Оборудование гидроабразивной резки

Станок гидроабразивной резки – сложное и энергоёмкое оборудование, содержащее следующие узлы:

  1. Инструментальную головку, оснащаемую функцией поворота резака под определённым углом, что позволяет обрабатывать с заданной скоростью поверхности сложной конфигурации.
  2. Насосную установку для прокачки воды с системой её фильтрации.
  3. Компрессорную станцию подачи абразивных фракций под давлением.
  4. Рабочий стол с устройством трёхкоординатного позиционирования (для небольшого оборудования эту работу выполняет своими руками оператор установки).
  5. Ванну с водой, которая конструктивно связана со станиной оборудования.
  6. Рабочие ёмкости для воды и абразива.
  7. Управляющее устройство ЧПУ, или пульт для ручного позиционирования заготовки своими руками.

Пример продукции, которую изготавливают на оборудовании ГАР

Наибольшей популярностью пользуются аппараты гидроабразивной резки итальянской фирмы WaterJet Cоrp. Inc., которая выпускает оборудование консольного и портального типов. Первое предназначено для резки относительно небольшой по размерам продукции, второе, отличающееся повышенными точностью и жёсткостью, подходит для обрабатываемых изделий большей толщины.

WaterJet Cоrp. Inc производит не только сами силовые установки, но и насосное оборудование к ним. Ходовой портал аппаратов фирмы оснащается автоматизированным позиционированием, и позволяет одновременно выполнять разделение материалов, разных не только по своему химическому составу, но и по толщине – качество, невозможное в принципе для оборудования термической резки.

Гидроабразивная резка во многих случаях считается единственным способом получения пространственных деталей. Например, только рассмотренной технологией возможно производить разделение практически без нагрева заготовки (максимальное повышение температуры кромки составляет 600 °С, а при обработке в водяном баке – и того меньше). Подобным оборудованием можно выполнить разделение толстолистового стекла, керамики, твёрдых сплавов – материалов, которые весьма чувствительны к повышенным температурам. Хорошее качество конечного результата исключает потребность в последующих переходах, а весьма малая толщина струи – до 0,8 мм – минимизирует потери материала. Высокие давления, создаваемые в зоне разъединения, не вызывают появление остаточных напряжений в заготовке, и способствуют последующему повышению её эксплуатационной долговечности.

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

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.

Читать еще:  Как правильно гнуть листовой металл

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.

Технология гидроабразивной резки

Гидроабразивная резка – это вид обработки материала резанием, где в качестве режущего инструмента выступает струя воды с частицами абразива, подающаяся под высоким давлением со сверхзвуковой скоростью. Физическая суть процесса гидроабразивной резки состоит в отрыве и уносе из полости реза частиц материала скоростным потоком твердофазных частиц.

Любая установка гидроабразивной резки работает по следующей схеме:
1. Насосы высокой мощности создают давление воды от 3800 до 6200 бар внутри самоцентрирующейся режущей головки.
2. В сопле формируется тонкая струя воды, которая под большим давлением, со скоростью выше скорости звука, подается в смеситель.
3. В смеситель аппарата из сопла подается вода, а абразивный материал – из специального бункера для абразива.
4. После смешивания вода с абразивом образуют режущую струю, которая подается на разрезаемый материал.

Рисунок 1- Схема головки для гидроабразивной резки

Стол для раскроя имеет консольное или портальное исполнение и специально разработанный корпус, позволяющий добиться оптимальной стабильности, а также отсутствия искажений и вибраций в условиях работы на больших скоростях.
Управление процессом резки осуществляется при помощи специализированного программного обеспечения, различные версии которого позволяют осуществлять рез любой формы в зависимости от возможностей режущей головки.

Основные достоинства гидроабразивной резки:

  • Холодный рез. Гидроабразивная резка – это «холодный» процесс, так как он не требует дополнительного тепловложения. В процессе резки задействуются вода и абразив, нагрев разрезаемого материала остается незначительным, отсутствуют термическая и механическая деформации. Также достоинством «холодного» реза является отсутствие грата, коробления, окалины, поэтому полученные изделия, благодаря высокому качеству реза, не требуют предварительной подготовки перед последующими операциями (например, окрашиванием или сваркой). Также процесс холодной резки в целом увеличивает производительность, так как при установке заготовок их не требуется фиксировать, и охлаждать перед последующим технологическим переделом.
  • Высокая точность реза (± 0,1 мм). Сочетание большого давления и малой площади реза позволяют добиться желаемого результата без дополнительных операций. Гидроабразивная резка активно применяется при необходимости получить высококачественный рез, например для получения точных геометрических форм. Также гидроабразивная резка может использоваться для самых разнообразных материалов и нестандартных видов поверхностей.
  • Высокая универсальность в применении. Гидроабразивная резка применяется в самых разнообразных сферах: от массового производства деталей из листового металла до объемной резьбы по мрамору, и является одной из самых универсальных систем резки на сегодняшний день. Допустимая толщина для разрезаемых сталей составляет 300 мм. Внедрение 5-осевых режущих головок привело к бурному росту гидроабразивной резки: при вырезке плоских деталей головка может производить непрерывную резку, двигаться вокруг заготовки, а также производить наклонную резку в диапазоне ±55 о .
  • Минимальные отходы разрезаемого материала.
  • Полная пожаро- и взрывобезопасность процесса (исключена вероятность горения или плавления материалов.
  • Экологичность процесса (полное отсутствие вредных испарений, экологичность используемых абразива и воды).

Сравнение гидроабразивной резки с другими технологиями резки

Рисунок 2 – Область применения гидроабразивной резки

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector