Водяной резак по металлу своими руками

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.

Чипгуру

Самодельная установка гидроабразивной резки (ГАР)

Самодельная установка гидроабразивной резки (ГАР)

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

Читать еще:  Удаление ржавчины с металла перед покраской

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.

Читать еще:  Как намагнитить металл в домашних условиях

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

Резка металла водой: область применения

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.

Процесс гидроабразивной резки

Собственно процесс гидроабразивной резки состоит из четырех фаз.

  • Фаза № 1. Образования изогнутой фронтальной поверхности резания. Сфокусированный гидроабразивный струя прорезает в заготовке узкую щель – струя постепенно вводится в заготовку и с постоянной скоростью резания движется по ней.
  • Фаза № 2. Начало образования ступеньки (обрыва). Угол между струей и поверхностью резания постепенно увеличивается.
  • Фаза № 3. Завершение образования ступеньки (обрыва), смещение ее вниз. Снятие слоя материала происходит лишь на небольшом отрезке фронтальной поверхности резания.
  • Фаза № 4. Восстановление исходного состояния. Ступенька довольно быстро «вдавливается» в заготовку. По мере смещения ступеньки вниз снова образуется ровная поверхность резания – начальное состояние резки восстанавливается.

Описанный выше процесс имеет циклический характер.

В процессе резки гидроабразивной струей вода выполняет лишь функцию носителя. Резки обусловлено съемом (скалыванием) определенного количества слоев материала, которое вызвано ударами твердых частиц абразива. Наличие абразива в струе увеличивает его технологические возможности, позволяет резать металл.

Наиболее распространенными абразивами являются кварцевый песок, гранатовый абразив, оливин, карбид кремния и электрокорунд. Широкое применение указанных выше абразивных материалов объясняется их относительной дешевизной, твердостью и высокими режущими свойствами. Например, гранатовый абразив является твердым и тяжелым; благодаря этому он является фактически устойчивым в течение всего цикла использования. Это дает возможность получать высокое качество среза с определенной глубиной шероховатости, в зависимости от размера зерна и скорости резки. На основе высокой вязкости такой абразив неоднократно может быть использован повторно. Отечественные предприятия в основном используют кварцевый песок.

Как и при любом виде обработки материалов, наиболее благоприятные условия для освоения процесса гидроабразивной резки могут быть достигнуты за счет выбора его оптимальных технологических параметров: давления рабочей жидкости, формы и диаметра отверстия водяного и абразивного сопел, количества абразива, подаваемого расстоянии от сопла к разрезающей поверхности, скорости подачи, качества поверхности резки. Анализ этих параметров требует детального изучения и имеет существенное значение при исследовании данной технологии.

Какое давление воды нужно для резки металла

Вода, нагнетаемая насосом должна иметь давление порядка 1 500–6 000 атмосфер. Выходя через узкое сопло с околозуковой или сверхзвуковой скоростью (до 900–1200м/c и больше), водная струя направляется в смесительную камеру, где происходит смешивание с частицами абразива. Образованная струя выходит из смесительной трубки с диаметром внутри 0,5–1,5 мм и режет метал. Для гашения остаточного давления струи применяется слой воды толщиной 75–100 см.

Недостатки технологии

К недостаткам данной технологии относят:

  • конструктивные трудности, проявляющиеся при создании высокого давления жидкости;
  • незначительную стойкость водяного и абразивного сопел – быстрое стирание (ресурс отечественных сопел составляет 50 час., иностранных – 500-1000 час.);
  • сложность изготовления сопла;
  • образования косины до 1,5 по высоте заготовки.

  • а – при высокой скорости резания;
  • б – при очень низкой скорости резки — верхние кромки реза имеют незначительное закругление

При износе абразивного сопла или увеличении скорости резки ширина щели увеличивается – профиль щели имеет слабо выраженную V-образную форму. При очень маленькой скорости резки профиль щели имеет А-образную форму – турбулентность вызывает эрозию материала. Случай считается положительным, если нужны закругленные верхние кромки.

  • а – при расстоянии между соплом и заготовкой 2-4 мм;
  • б – при расстоянии между соплом и заготовкой больше 4 мм

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.

Гидроабразивная резка металла с применением воды обычно производится при следующих рабочих характеристиках:

  1. Давление — 2000…5000 ат (меньшие значения – для более мягких преимущественно тонколистовых материалов).
  2. Скорость водного потока – до 1000…1200 м/с.
  3. Расход абразива – до 50 г/с
  4. Средний размер абразивной частицы в плане – 100…600 мкм (с увеличением этого параметра точность разъединения материалов снижается).
  5. Расход воды – до 4 л/мин.
  6. Гидроабразивная обработка осуществляется в следующей последовательности. Разрезаемый материал укладывается в ванну, заполненную водой, и фиксируется по трём координатам относительно инструментальной головки. Это может выполняться своими руками на неавтоматизированной установке, а на оборудовании с ЧПУ – при помощи предварительно набранной программы разъединения материала.

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.

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector