Технология гидроабразивной резки металла

Технология гидроабразивной резки

Разработано две принципиальных технологии использования воды для раскроя материалов. Водная резка и водно-абразивная или гидроабразивная резка. Эти две технологии очень близки с той лишь разницей, что при водной резке подается только вода, а при гидроабразивной резке к воде подмешивается абразив.

Метод гидроабразивной резки металлов и материалов существует уже 20 лет. Суть метода гидроабразивной резки заключается в том, что песчинки (гранатовый песок с частицами размером около 0.4 мм ), разогнанные до огромной скорости струей воды, сжатой первым основным компонентом системы, насосом — мультипликатором, до давления более 4000 ат, отрывают фрагменты обрабатываемого материала. Затем разрушающая сила такого луча гасится водой, находящейся в ванной, расположенной на пути движения струи. Благодаря энергии, которой обладает такая струя, появляется возможность резать материалы большой толщины.

В комплект оборудования для гидроабразивной резки обычно входят фильтр и промежуточный резервуар для воды, насос высокого давления (100-400 МПа), блок режущей головки (смеситель-сопло), устройство для подачи абразива, гибкий шланг длиной до 100 м от насоса до блока режущей головки, рассчитанный на высокое давление, механизм перемещения головки и устройство, управляющее (программирующее) процессом резки.

Для создания давления используются специальные насосы, которые должны быть способны поддерживать высокое давление в рабочем режиме, но и работать при этом надежно. Без сомнения, насос — это один из главных составляющих любой гидроабразивной системы.

Существует два типа насосов сверхвысокого давления.

Насосы прямого действия.
Принцип работы насосов прямого действия заключается в том, что три поршня, приводимые в действие электродвигателем, поочередно выталкивают из цилиндров воду. Такие насосы популярны благодаря простоте своей конструкции. Они способны создавать рабочее давление около 3800 атмосфер, что на 10% — 25% ниже, чем насосы бустерного типа. В то же время, их преимущество заключается в том, что они позволяют постепенно повышать давление, а это иногда требуется, например, при врезании в хрупкие материалы. В промышленности используется большое число таких насосов, хотя в большинстве случаев применяются бустерные насосы.

Насосы плунжерного типа.
В отличие от насосов прямого действия, в насосах плунжерного типа (их также называют бустерными насосами) поршень приводится в действие не механически, а за счет давления масла. В камеру, в которой находится основание плунжера, подается масло с первичным давлением, составляющим около 207 атмосфер. Сам плунжер выталкивает воду из другой камеры, и, поскольку площадь его рабочей поверхности приблизительно в 20 раз меньше площади поверхности основания, создается давление в 20 раз выше. Фактически основание, приводимое в движение маслом то с одной, то с другой стороны движется попеременно то в одну, то в другую сторону, в результате чего плунжер выталкивает воду то из одной, то из другой камеры высокого давления. Пока вода выходит из одного цилиндра высокого давления, цилиндр на противоположной стороне заполняется водой, которая через большое отверстие заполняется водой под низким давлением.
Насосы бустерного типа позволяют поддерживать рабочее давление на уровне 4150 бар (приблизительно столько же атмосфер). Чем больше давление, тем с большей скоростью можно резать.

Режущая головка

Режущая струя выходит с очень высокой скоростью из наконечника. Для резки водой и с использованием абразива применяются разные наконечники. Как правило, они делаются из сапфира, рубина или алмаза. От того, какой наконечник используется, зависит его долговечность и дороговизна. Сапфирный наконечник может прослужить от 50 до 100 часов. Используется в большинстве случаев. В то же время при подмешивании абразива срок службы сапфирного наконечника сокращается вдвое. Рубиновый наконечник также служит 50-100 часов и применяется только при использовании абразива. Он непригоден для водной резки. Срок службы алмазного наконечника составляет 800 — 2000 часов, его можно использовать как для водной, так и абразивной резки. Недостаток же такого наконечника заключается в его дороговизне — он может быть в 10-20 раз дороже других. Стоимость сапфирных наконечников колеблется в пределах от 15 до 30 долларов.

Непрерывное расширение номенклатуры конструкционных металлических, неметаллических и композитных материалов в промышленности и строительстве обуславливает необходимость создания принципиально новых технологий разделительной резки и обработки таких материалов. Сегодня к таким технологиям по праву может быть отнесен процесс резки высокоскоростной струей воды под большим давлением (гидрорезка и гидроабразивная резка).

Гидроабразивная резка является интересной технологической альтернативой традиционным методам разделительной резки — газокислородной (автогенной), плазменно-дуговой и лазерной резки. Гидроабразивная резка струей воды высокого давления с добавкой мелкого абразивного порошка имеет ряд принципиальных отличий, которые обеспечивают высокую универсальность процесса и значительно расширяют области ее рационального применения: материал, прилегающий к зоне реза, не подвергается перегреву выше 100 °С и структурным изменениям, не возникают термические деформации заготовок; одним и тем же оборудованием могут быть разрезаны или обработаны любые материалы с высокой прочностью и отличными физико-химическими свойствами (стали, сплавы цветных металлов, керамика, стекло, мрамор, железобетон и др.), что определяет универсальность процесса; процесс отличается высокой экологической чистотой (исключая шумовое воздействие), полной пожаро- и взрывобезопасностью.

При гидроабразивной резке вода служит в первую очередь для транспортировки абразивных частиц, которые являются своеобразным режущим средством. Водяная суспензия с абразивом подается из специальной емкости в смесительную камеру режущей головки и затем вместе с напорной струей через сопло к месту резки. Основным элементом сопла, формирующего высокоскоростную водоабразивную струю заданного диаметра, является вставка из высокопрочного материала (керамика, сверхтвердые сплавы).

Ниже приведены значения производительности резки различных материалов в см2/мин для процесса гидроабразивной резки при давлении режущей струи 200-300 МПа, расходе воды 4,4 л/мин и абразива 0,3-0,7 кг/мин (скорость реза зависит от толщины обрабатываемого материала): Алюминий. 20-50, Свинец. 80-120, Медь. 15-30, Титан. 10-25, Стекло. 100-200, Оргстекло. 120-300, Армированная пластмасса. 120-300, Керамика. 100-200, Природный гранит. 50-150

Физическая суть механизма гидроабразивной резки состоит в отрыве и уносе из полости реза частиц основного (разрезаемого) материала скоростным потоком ударяющихся и скользящих по поверхности реза твердофазных частиц. Устойчивость истечения и эффективность воздействия двухфазной струи обеспечиваются оптимальным размером частиц, равным 10-30% диаметра режущей струи. В качестве абразива обычно используют порошки твердосплавных сплавов, карбидов, окислов. Выбор абразива зависит от вида и твердости разрезаемого материала. Так, для высоколегированных сталей и сплавов титана применяют особо твердые частицы граната, для стекла — соответствующие фракции обычного песка, для пластмасс, армированных стекло- или углеродными волокнами, — частицы силикатного шлака. Благодаря особенностям процесса гидроабразивной резки обеспечивается очень малая ширина реза и незначительное количество материала, идущего в отходы, а также высокое качество поверхности реза, приближающееся к качеству грубого фрезерования.

Номенклатура материалов, для резки и обработки которых применима современная технология гидроабразивной резки, почти не ограничена. Эффективность гидроабразивной резки различных классов легированных сталей и сплавов значительно выше в сравнении с процессами лазерной и плазменной резки и практически сопоставима с газокислородной резкой низкоуглеродистых конструкционных сталей. Гидроабразивная струя успешно режет стали с упрочняющими покрытиями; при резке мягких металлов и композитов иногда требуется последующая очистка поверхности реза от застрявших частиц абразива.

Кроме резки, применение высоконапорных гидроабразивных струй в отдельных случаях целесообразно для снятия фасок на крупных машиностроительных деталях, для подготовки кромок под сварку и удаления дефектных участков швов под их последующую заварку. Прогрессивная технология гидроабразивной резки имеет несомненную перспективу применения в современном заготовительном и металлообрабатывающем производствах. Учитывая определенную сложность оборудования для гидроабразивной резки и условий его эксплуатации, данная технология в настоящее время получает растущее применение в основном, в таких отраслях, как авиастроение, судостроение, специальное машиностроение и производство листового стекла. Одновременно на базе данной технологии создают специализированные предприятия — своеобразные «центрорезы». Так, в конце 1999 г . в Ризе (Германия) открыт центр гидроабразивной резки, который обеспечивает выполнение заказов близлежащих предприятий на резку и вырезку заготовок из самых различных материалов. Центр оснащен двумя двухкоординатными установками ABB1-R для гидроабразивной резки фирмы «Natezjet System AB». Установки имеют рабочий стол размером 3×4 м и обеспечены компьютерным управлением профильной резки. Без абразива (водоструйная резка) производят резку таких мягких материалов, как пластмассовая пленка, кожа и текстильные ткани. С присадкой абразивов вырезают заготовки из твердых и хрупких материалов типа высоколегированных сталей, алюминия, керамики и стекла.

Добавлено: 20.01.2015 11:37:41

Еще статьи в рубрике Покупаем оборудование и инструмент:

• Области применения гидрорезки

Технология водно-абразивной резки распространяется в большинстве стран самыми высокими темпами благодаря богатым возможностям и легкости управления. Производители осознают, что станки для .

Гидроабразивная резка –что это такое

В СССР в 1947 году один российский инженер получил авторское свидетельство на новый способ резки твердых материалов — струей воды. Идея .

Алмазный инструмент

Алмазные инструменты имеют, в качестве режущего покрытия сегменты, которые содержат синтетические алмазы в металлической связке. Выглядывающие из связки грани алмазы режут .

Инструменты для разборки и ремонта каменной кладки

Каменную кладку разбивают, если здание (сооружение) сносят, реконструируют или ремонтируют каменные конструкции. Чтобы разобрать кладку, в ней пробивают сквозные и несквозные .

Паяльники – общий обзор

Паяльник — инструмент, предназначеный для соединения, как правило, металлических деталей посредством пайки, то есть операции соединения деталей с помощью специального сплава .

Листогибы – инструменты для резки и сгибания материалов

Листогибы предназначены для выполнения работ по резке, изгибу и формовке листовых металлов для производства различных видов профилей, доборных элементов кровли, наружной .

Резка водой металла (гидроабразивная резка) под давлением: технология и принципы работы

Гидроабразивная резка – это технология обработки металла, которая проводится с использованием воды и смеси абразива в роли рабочего инструмента. Причем жидкость подается под огромным давлением и с большой скоростью.

Сущность технологии

Заготовка из металлического листа кладется на рабочую поверхность. Она раскраивается по нужному формату. Места кроя подвергаются воздействию воды с добавлением абразивных частиц. Эти вещества взаимодействуют c поверхностью, разрушая ее. При этом необходимо поддерживать определенное давление, напор, который обеспечивает нужную 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

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 происходит подача абразива нужного количество и диаметра частиц.
• Два элемента смешиваются до относительно однородной жидкости.
• Смесь с высоким напором направляется на сопло, которое управляет наклоном и скоростью процесса.
• Материал соприкасается с поверхностью заготовки, разрезая ее.

При этом происходит охлаждение металла.

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 свойств 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:

Оборудование для гидрорезки

Называют «непыльным». Действительно, стружки фактически нет, вернее, они сразу вымывается водой, 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 нему, он достаточно массивный;
• емкость для воды – 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 быстро 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 у нечаянному попаданию абразива. Дополнительное преимущество – их легко менять при износе. Подробнее об устройства посмотрим на видео:

Возможности водной резки металла

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

• делать фигурный разрез;
• не обрабатывать края;
• обрабатывать листы (металлозаготовки) толщиной до 120 – 200 мм, в зависимости от типа 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 из материалов, которые не поддаются штамповке;
• резка водой железа, утеплителей, стекловолокна, изоляторов, мрамора и прочих материалов;
• художественная обработка.

Управление

Для эффективной работы станка 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 процес полность 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 эффективные 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 вода (чистая, прошедшая многоступенчатую фильтрацию, чтобы там не находилось примесей, которые могут вступить в реакцию с заготовкой) и абразивные частицы. Расход достаточно большой, при этом чем толще металл, 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 под давлением

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.

Преимущества гидроабразивной установки

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

• вода быстро нормализует температуру, 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.

Недостатки гидроабразивной установки

Есть и некоторые сложности, связанные со станком:

• необходимо часто пополнять уровень абразива, которое имеет достаточно высокую стоимость;
• при резке тонколистового металла скорость остается невысокой;
• при воздействии воды и кислорода заготовка автоматически приобретает склонность к коррозии, то есть если не нанести слой защитного покрытия, то может вскоре появиться ржавчина.

Цена гидрорезки

Стоимость такого оборудования, а также его обслуживания, достаточно 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. В качестве завершения покажем несколько видео:

Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.

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.

Сущность способа и варианты его практической реализации

Разъединение материалов при гидравлической резке происходит вследствие воздействия на поверхность раздела узконаправленного потока жидкости — воды — высокого давления. При этом для интенсификации процесса в технологическую зону может одновременно подаваться мелкодисперсная абразивная среда (чаще всего с этой целью применяют различные виды песка). Соединяясь, эти два потока образуют чрезвычайно жёсткую струю, давление в которой (благодаря повышенной скорости движения) локально превышает предел прочности разрезаемого материала. Если перемещать инструментальную головку, в которой происходят все вышеописанные механические процессы, по определённой траектории, то можно с требуемым качеством и точностью получать весьма сложные конфигурации контура.

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.

Массовая резка деталей на станке ГАР

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.

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).

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

Сегодняшняя жизнь кардинально отличается от той, которой жили всего 10 лет назад. Прогресс уверенно движется вперед, и сегодня просто невоз­можно представить себя без новейших технологий. Изо дня в день мы встречаемся с инновациями (нанотехнологии, машины и роботы, фигурная резка металла, плитки, камня, зеркал).
В современной жизни инновации – это первый помощник любого дизай­нера, технолога, инженера. Чтобы жить со скоростью XXI века, необходимо часто обращаться к новейшим разработкам. Непрерывное расширение но­менклатуры конструкционных металлических, неметаллических и композит­ных материалов в промышленности и строительстве обуславливает необхо­димость создания принципиально новых технологий разделительной резки и обработки таких материалов. В настоящее время после резки металла на современном оборудовании необходимо обрабатывать грубую кромку на полученных деталях. Если резку металла производить на станке гидроабра­зивной резки, можно сэкономить время на обработку материала. Новейшая технология гидроабразивной резки (водорезка) при фигурной резке позво­ляет получать готовую деталь без дополнительной обработки. Гидроабра­зивная резка является интересной технологической альтернативой традици­онным методам разделительной резки — газокислородной (автогенной), плазменно-дуговой и лазерной.

Данная технология основана на разрезке материалов водяной стру­ей под сильным давлением (поэтому часто вместо термина «гидрорезка» употребляют «водорезка»). Она под­ходит даже для очень хрупких, кро­шащихся материалов (например, стекла). Гидрорезка также применя­ется и для материалов плотных или большой толщины (резка гранита, камня, плитки и металла).
Водорезка — гидроабразивная ре­зка без применения абразива. Она применяется в электронной, пище­вой, автомобильной промышленно­сти и др.
Метод гидроабразивной резки металлов и материалов существует уже 20 лет. Суть метода проста. Ос­новой принципа гидроабразивной резки является способ разделения металлов и материалов с помощью водяной струи высокого давления.
Материал для резки (металл, ка­мень, стекло, резина, поролон и т.д.), как правило, располагается на координатном столе. Координатный стол является второй составной ча­стью установки гидроабразивной резки и позволяет перемещать режущую головку с высокой точностью в двух координатах. Над столом в направлении оси X движется портал, на котором, в свою очередь, устано­влена тележка, двигающаяся в на­правлении оси Y, а на этой тележке установлена рабочая головка с ре­жущим соплом, способная двигаться в направлении оси Z. В настоящее время разработано и находит широ­кое применение оборудование для резки водой в трех разных направ­лениях, так называемые 3D головки, которые позволяют выполнять реза­ние заготовок в трех координатах.
Технологию резки металла водой часто сравнивают с такими способа­ми резки металлов, как лазерная и плазменная резка. В этой связи не­обходимо сказать, что плазменная и лазерная резки и методика гидроаб­разивной резки различаются прин­ципиально, т.е. не только количест­венно, но в первую очередь качест­венно. Обеспечиваемые при резке водой точности реза в сочетании с холодным характером реза и пол­ным отсутствием как механического, так и термического влияния на зону резки (что особенно важно при рез­ке титана) дают уникальные возмож­ности по шаблонной резке материа­лов. Методом гидроабразивной резки можно обработать с высокой точ­ностью и производительностью са­мые твердые материалы, а также различные их комбинации.
Метод гидроабразивной резки в высшей степени универсален в том смысле, что позволяет обрабатывать с одинаковой точностью и большие и малые детали с различной непло­скостностью. Диапазон возможных скоростей гидроабразивной резки (т.е. фактически регулируемый диа­пазон скоростей передвижения ре­жущей головки над столом) колеб­лется от 1 до 10000 мм в минуту, что делает возможным качественную и точную резку на одной и той же ус­тановке деталей самых разных раз­меров и толщин.
Компьютерное обеспечение технологии резки водой позволяет про­граммировать резку любых конту­ров, задаваемых в системах AutoCAD.
Гидроабразивная резка является сегодня наиболее эффективным, гибким, экологически чистым и энергосберегающим методом. Благодаря своим качествам: простоте метода, точности, универсальности и дешевизне, прогрессивная техно­логия гидроабразивной резки нахо­дит все более широкое применение во всем мире, а в последние годы успешно зарекомендовала себя и в России.
Физическая суть механизма гидроабразивной резки состоит в отрывеве и уносе из полости реза частиц основного (разрезаемого) материала скоростным потоком ударяющихся и скользящих по поверхности реза твердофазных частиц. Устойчи­вость истечения и эффективность воздействия двухфазной струи обеспечиваются оптимальным размером частиц, равным 10-30% диаметра режущей струи. В качестве абразива обычно используют порошки твёрдосплавных сплавов, карбидов, окислов. Выбор абразива зависит от ви­да и твердости разрезаемого мате­риала. Так, для высоколегированных сталей и сплавов титана применяют особо твердые частицы граната, для стекла — соответствующие фракции обычного песка, для пластмасс, ар­мированных стекло- или углеродны­ми волокнами — частицы силикатно­го шлака. Благодаря особенностям процесса гидроабразивной резки обеспечивается очень малая ширина реза и незначительное количество материала, идущего в отходы, а так­же высокое качество поверхности реза, приближающееся к качеству грубого фрезерования.
Номенклатура материалов, для резки и обработки которых приме­нима современная технология гид­роабразивной резки, почти неогра­ниченна. Эффективность гидроабра­зивной резки различных классов ле­гированных сталей и сплавов значи­тельно выше по сравнению с про­цессами лазерной и плазменной ре­зки и практически сопоставима с га­зокислородной резкой низкоуглеро­дистых конструкционных сталей. Ги­дроабразивная струя успешно режет стали с упрочняющими покрытиями; при резке мягких металлов и компо­зитов иногда требуется последую­щая очистка поверхности реза от за­стрявших частиц абразива.
Кроме резки, применение высо­конапорных гидроабразивных струй в отдельных случаях целесообразно для снятия фасок на крупных маши­ностроительных деталях, для подго­товки кромок под сварку и удаления дефектных участков швов под их по­следующую заварку. Прогрессивная технология гидроабразивной резки имеет несомненную перспективу применения в современном загото­вительном и металлообрабатываю­щем производствах. Учитывая определенную сложность оборудования для гидроабразивной резки и усло­вий его эксплуатации, данная техно­логия в настоящее время получает растущее применение в основном в таких отраслях, как авиастроение, судостроение, специальное маши­ностроение и производство листового стекла.
Без абразива (водоструйная резка) производят резку таких мягких материалов, как пластмассовая плён­ка, кожа и текстильные ткани. С при­садкой абразивов вырезают заготов­ки из твердых и хрупких материалов типа высоколегированных сталей, алюминия, керамики и стекла.

СПРАВКА
Абразивный гранат — изделие, полученное в результате обработки высококачественных песков грана­та. На начальном этапе зерна под­вергаются механическому воздей­ствию, чтобы устранить слабые пункты в микроструктуре. Тем не менее, острые грани зерен обеспе­чивают высокое качество разреза.
Твердость абразивного граната связана с кристаллическим строе­нием и обеспечивает высокое со­противление к разрушению. Благо­даря этой способности гранатовый абразив является фактически ус­тойчивым в течение всего времени использования. Таким образом, по­лучается высокое качество реза со степенью шероховатости в зависи­мости от размера зерна и скорости резки.
Главные месторождения абра­зивного граната располагаются в Австралии и Индии, бывшей Чехо­словакии, Южной Африке. Самое большое в мире аллювиальное ме­сторождение гранатового абрази­ва, общий объем которого оцени­вается в более чем 8 миллионов тонн, находится в Западной Авст­ралии.
Самый распространенный из гранатов — альмандин — обычно встречается в виде изометричных кристаллов. Цвет красный, красно-бурый, фиолетово-красный, редко черный; окраска обусловлена нали­чием железа, замещающего алю­миний: при наличии хрома наблю­дается александритовый световой эффект. Альмандин похож на дру­гие красные минералы, от рубина и шпинели отличается меньшей твердостью. Ювелирные образцы иногда встречаются в породах и гранитных пегматитах, но извлека­ются они в основном из россыпей.
Технические достижения, сде­ланные за последние годы, позво­ляют использовать свойства грана­та. Из-за высокой прочности грана­товый песок все более и более вос­требован, с одной стороны, как многократное неметаллическое аб­разивное вещество для шлифовки, и, с другой стороны, — как продукт для гидроабразивной резки разли­чного рода материалов под высоким давлением.
Гранатовый песок безопасен для здоровья человека. Его использо­вание не связано с опасностью за­болевания силикозом. Песок не яв­ляется канцерогенным и нетокси­чен. Абразивный гранат не загряз­няет ни окружающую среду, ни ра­бочее место.

НАДЕЖНОСТЬ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ, ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

Установки гидроабразивной резки производства Савеловского машиностроительного завода (СМЗ)

В настоящее время СМЗ выпускает четыре модели установок для гидро­абразивной резки: УГР-1, УГР-3, УГР-ЗД, УГР-ЗДС. Они предназначены для резки любых материалов как струей чистой воды, так и струей воды с абра­зивом с управлением от системы ЧПУ.
Такие установки используют в машиностроении в основном на заготови­тельных операциях при резке практически всех листовых заготовок. Кроме того, в последнее время они находят применение в области точного маши­ностроения. Как результат – эти установки приобрели ряд исключительных возможностей, к примеру: обработка «под размер» достаточно больших де­талей без необходимости последующей механообработки; обеспечение вы­сокого качества разрезаемой поверхности и высокой точности криволиней­ных резов; а также возможность резки слоистых композитов и сверхтвердых материалов.

Особенно часто водоструйная ре­зка применяется для осуществления следующих технологических опера­ций:

• Машиностроение и металлур­гия – раскрой листа, снятие фасок на крупных машиностроительных дета­лях для подготовки кромок под свар­ку и удаления дефектных участков швов под их последующую заварку, удаление окалины, наплывов, отеков.
• В оборонной промышленности – утилизация устаревших образцов вооружений (разрезание корпусов ракет, боевой техники, судов и подводных лодок), разрезание корпусов снарядов и вымывание взрывчатых веществ.
• В электронной промышленно­сти – разрезание электронных плат (применение водоструйной техноло­гии позволило достичь размера про­пила до 0,1 мм и обеспечить отсут­ствие пыли, а также решить пробле­му расслоения материала), снятие слоя с корпусов микросхем.
• В автомобильной промышлен­ности – резание фальш-потолков, ковриков, приборных досок, бампе­ров из пластика.
• В строительстве – резка бе­тонных и металлических конструк­ций для их последующего демонта­жа, расчистка швов, производство сложных контуров в мраморе и гра­ните (узкий пропил позволяет созда­вать инкрустации при изготовлении декора).
• В пищевой промышленности – резка продуктов глубокой замороз­ки, различных плотных пищевых продуктов, шоколада.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ

Вода, сжатая одним из основных компонентов системы, насосом-мультипликатором, до давления 4000 бар, проходит через водяное сопло, образующее струю диамет­ром около 0,2-0,35 мм, которая по­падает в смесительную камеру. В смесительной камере происходит смешивание воды с абразивом (гра­натовым песком) и далее проходит через второе, твердосплавное сопло с внутренним диаметром 0,6-1,2 мм. Из этого сопла струя воды с абрази­вом выходит со скоростью около 1000 м/с и попадает на поверхность разрезаемого материала. После раскроя, остаточная энергия струи гасится специальной водяной ло­вушкой.

КОНСТРУКЦИЯ УСТАНОВКИ ГИДРОАБРАЗИВН0Й РЕЗКИ

Насос высокого давления (НВД)
Предназначен для сжатия рабо­чей жидкости до требуемого давле­ния, которое обеспечивает создание сверхзвуковой струи жидкости как режущего инструмента. Разработана универсальная гидравлическая схе­ма, где в качестве усилителя давле­ния используется специальный мультипликатор двухстороннего действия.

Режущая (струйная) головка
Осуществляет окончательное формирование высоконапорной тонкой струи как режущего инструмен­та. Конструктивные особенности струйной головки (взаиморасполо­жение деталей, характер их соеди­нения и герметизация), оказывая влияние на гидродинамические ха­рактеристики и компактность фор­мируемой струи, определяют каче­ство и надежность ее работы. Формирование сверхзвуковой струи жидкости как режущего инструмента осуществляется с помощью сопла. Обычно сопла изготавливаются из искусственных камней – сапфира, алмаза, корунда. Их стойкость со­ставляет 250-2000 часов.

Читать еще:  Меднение нержавеющей стали