Гидроабразивная резка металла водой: как режут материал гидроабразивной струей под давлением, как работает гидроабразивная резка — rocta

Сущность технологии

На рабочую поверхность кладется металлическая заготовка. Его обрезают до нужного формата. Места срезов подвергаются воздействию воды с добавлением абразивных частиц. Эти вещества взаимодействуют с поверхностью и разрушают ее. При этом необходимо поддерживать определенное давление, напор, обеспечивающий расход жидкости и твердых частиц. Задача оборудования, использующего эту технологию, — отделить часть от целого. Мощность устройства велика, но возможности ограничены плотностью сплава и его толщиной.

Конструкция станка

рабочее головное устройство

Гидроабразивная резка – это обработка твердых материалов плотностью ок. 2,5 т/куб.м при использовании смеси твердых частиц и воды по принципу эрозии. Режущий состав наносится на материал под высоким давлением, струей воды небольшого диаметра через головку особой формы. Скорость обработки зависит от параметров материала.

Гидроабразивные станки с ЧПУ представляют собой совокупность нескольких модулей, в том числе в сборе:

• механизм подачи твердых частиц;
• купальный стол;
• водяной насос высокого давления;
• портал;
• подвижная голова;
• механизм распределения давления;
• емкость для абразивной смеси.

Кроме того, станок для гидроабразивной резки оснащен автоматическими системами измерения и контроля, повышающими точность.

Головки изготавливаются из искусственных минералов, они достаточно дороги и требуют периодической замены. Смесительные трубы из прочных металлов также подлежат замене.

Лечение проводится на специально разработанном столе.

Метод гидроабразивной резки имеет множество преимуществ:

• при работе специализированной машины отходы минимальны;
• поверхности камня не придается лишней шероховатости;
• металл не покрывается окалиной;
• обработка происходит при комнатной температуре, исключается перегрев материала;
• качество получаемых деталей самое высокое;
• возможны самые разнообразные виды гидроабразивной резки, в том числе имитирующие ручную резку;
• материал не деформируется;
• можно полностью снять лицевой слой с заготовки или фаски;
• не выделяются вредные пары, газы, копоть;
• можно обрабатывать плиты толщиной более 15 см.

Оборудование гидроабразивной резки с ЧПУ работает в автоматическом режиме, ручной труд не используется. Все обработанные материалы полностью сохраняют свои первичные качества.

Принцип работы гидроабразивной резки металла и стали

При резке металлопроката происходят следующие процессы:

• Мотор приводит в действие насос, который создает струю воды – она подается в смеситель из бака.
• С другой стороны, одновременно отправляется абразив с требуемым количеством и диаметром частиц.
• Два элемента смешиваются в относительно однородную жидкость.
• Смесь высокого давления направляется в сопло, которое регулирует наклон и скорость.
• Материал соприкасается с поверхностью заготовки и режет ее.

Здесь происходит охлаждение.

Принципы выбора

При выборе водометных машин учитывайте следующие критерии:

• площадь рабочего стола, точность позиционирования рабочего инструмента по поверхности;
• тип установленного водяного насоса, его система охлаждения;
• точность дозирования абразивного материала;
• наличие системы очистки воды;
• тип установленных рабочих инструментов;
• объем резервуара для воды;
• способ управления — ручной или автоматический;
• возможность расширения функционала;
• стоимость оборудования, наличие гарантии от производителя.

Преимущества и недостатки

Водоструйные машины имеют ряд преимуществ:

• резка заготовок разной толщины без деформации и термического воздействия;
• минимальные потери материала за счет небольшой толщины бруса;
• работа оборудования в непрерывном режиме;
• высокое качество шва: гладкая ровная поверхность с минимальной шероховатостью;
• формирование сложных контуров резки;
• пакетная обработка тонколистовых материалов;
• высокая точность резки;
• при обработке деталь не подвергается механическим воздействиям, поэтому сохраняет свои прочностные свойства и структуру;
• не требует использования традиционных рабочих инструментов для резки, требует аккуратности в работе, частого обслуживания, реставрации;
• простота эксплуатации, ремонта, обслуживания;
• возможна резка всех металлов или сплавов;
• при эксплуатации отсутствуют выбросы вредных химических соединений.

Есть у водометных машин и недостатки:

• высокая стоимость используемых абразивных смесей;
• низкая скорость резки тонких металлических листов;
• малый ресурс режущей головки, а также комплектующих;
• при контакте с водой железо и сплавы на его основе подвергаются коррозионным процессам.

Точность гидроабразивной резки

Производители и стоимость

Станок гидроабразивной резки производят такие известные компании: ALICO, Bystronic, Caretta Technology, OMAX, Resato. Практически для всех моделей доступны расходные материалы и комплектующие производства AccuStream, BHDT, Thueringer, UHDE.

Средние цены на оборудование следующие:

• стационарные станки с ЧПУ – от 90 тыс руб.;
• портальные промышленные установки с ЧПУ – от 2,5 млн руб.;
• спецтехника с тремя рабочими инструментами – от 250 тысяч евро.

Область применения

Распространение метода объясняется большой мощностью прибора. Его можно использовать практически со всеми натуральными и синтетическими материалами. Это касается не только алмаза и закаленного стекла. Функция (и одновременно востребованность) — можно обрабатывать такие вещества, которые нельзя нагревать — теряют, изменяют свои физико-химические свойства или склонны к легкому воспламенению. А резка струей воды происходит без изменения температурного режима. Это значительно расширяет спектр возможной работы. Чаще всего металлообработка подвергается:

• нержавеющая сталь;
• инструментальная сталь;
• алюминий;
• титан;
• латунь.

Этим методом также режут гранит, мрамор и другие природные и искусственные камни. Использование станка возможно только в условиях мастерской, налаженного производства. На видео будет показано, где он используется:

Специальная оснастка станков с ЧПУ

машина с подвижной рукой

Датчики высоты и предотвращения столкновений контролируют расстояние между поверхностью материала и соплом. Они предотвращают движение головы под давлением воды и столкновения с вертикальными поверхностями во время работы. Перед началом работы контроллер определяет толщину материала и необходимую рабочую глубину. Периодически в процессе работы датчик вносит коррективы в работу в зависимости от уже выполненных операций.

Лазерный целеуказатель позволяет точно «прицеливаться» при размещении детали на столешнице, быстро позиционируя сопло. Функция используется на малых и больших координатных таблицах. Стрелка надежно защищена от воды прочным водонепроницаемым чехлом.

Подложка используется для обработки мелких деталей и улучшения контакта водо-песчаной струи с материалом. Подложка имеет специальную структуру, которая легко пропускает воду и надежно удерживает деталь.

К каждой машине прилагается набор зажимов. С его помощью на столешнице прочно фиксируются детали разного размера и формы.

Система охлаждения насоса необходима для эффективной работы. Он может быть закрытым или плавающим. Закрытый более экономичен.

Дозатор абразива регулирует количество абразива для обработки материалов разной толщины. Исключает перебои с подачей абразива, что очень важно при резке ценных материалов, обработка которых чистой водой может их разрушить.

Система очистки воды предотвращает отложения минералов на клапанах, петлях и других элементах станка с ЧПУ. Вода очищается от кальция и железа. Разрешенное количество железа в 1 литре воды – не более 10 миллиграммов. Система очистки повышает производительность и срок службы станка с ЧПУ.

Видео показывают гидроабразивную резку в 3D и 2D:

 

• 
• 
• 

Оборудование для гидрорезки

Его называют «непыльным». На самом деле сколов практически нет, вернее они сразу вымываются, получается очень ровный и чистый срез, который в большинстве случаев даже не требует заточки. Технологический процесс основан на природном явлении водоемов — эрозии, то есть способности размывать берега, превращая при этом камни и корни деревьев. Суть остается той же, но для значительного ускорения воздействия в жидкость добавляют абразив.

Такая смесь производится струей очень высокого давления. Давление достигает 6 тысяч атмосфер, при этом он развивает скорость, в три раза превышающую скорость распространения звуковой волны в воздухе — 800-1000 метров в секунду. Две основные задачи для оборудования:

• разрыхление и вымывание частиц материала заготовки;
• мгновенное охлаждение и очищение.

Устройство станка, который режет водой

Классический аппарат имеет множество узлов:

• корпус – обычно состоит из металла, как наиболее прочного и долговечного материала, за счет чего достаточно массивен;
• вместимость – большая, обычно не менее двух кубических литров, но может быть и больше;
• мощный насос – он выполняет важную функцию, нагнетая высокое давление и направляя жидкость из бака к месту соединения двух компонентов;
• прочные шланги – соедините все узлы;
• помещение для хранения и подачи абразивных частиц;
• смеситель;
• инструмент – регулирует мощность струи, ее ширину, направление;
• плоскость, на которой расположена заготовка и будет происходить работа;
• блок управления.

Большинство станков оснащены ЧПУ, инженер только контролирует процесс с помощью пульта, а не режет вручную. Это удобно – нет негативного воздействия на человека, управляющего станком, и при этом достигается отличная точность. Еще одним преимуществом ЧПУ является возможность использования программ автоматизированного проектирования, где можно создать проект в формате, совместимом с блоком управления.

Читайте также: Стыки своими руками: как сделать из электрорубанка и из фрезера?

Особенности устройства основных узлов

Уникальность установки заключается в ее множестве отличий от настольной. Вместо обычной плоскости здесь представлена ​​ванна с неглубокими бортиками. Он оснащен ребрами для захвата и фиксации заготовки, они быстро снимаются и укладываются друг на друга. Также емкость наполняется жидкостью, а затем сливается. Постоянное присутствие металла в водной среде позволяет уберечь производство от шума и пыли. Контейнер, в котором находятся абразивные частицы, легко извлекается, имеет функцию пополнения даже во время работы, а также оснащен датчиками, контролирующими количество смеси.

Система перемещения инструмента очень важна. Он размещен на ремнях, перемещающих фрезу по линейным плоскостям. Используются именно ремешки, а не цепочки, так как они более невосприимчивы к влаге, а также к случайному попаданию абразива. Дополнительным преимуществом является то, что их легко менять во время использования. Для получения дополнительной информации об устройстве давайте посмотрим видео:

Разновидности

Гидроабразивные установки бывают следующих видов:

• промышленные управляемые ЧПУ – используются для изготовления сложных конструкций с высокой производительностью, ориентированных на серийное производство деталей;
• стационарный станок с ЧПУ – используется для изготовления деталей сложной конструкции и формы, отличается малой мощностью и компактными размерами;
• переносные – используются для обработки материалов в сложных условиях или при недостатке места для использования более производительного оборудования.

Возможности водной резки металла

Многие методы используются только для прямого пиления, тогда как гидроабразивная резка позволяет:

• сделать фигурный срез;
• не обрабатывать края;
• технологические плиты (металлоблоки) толщиной до 120 – 200 мм в зависимости от марки стали;
• подключить сложный проект к автоматическому пульту управления и фактически не участвовать в процессе, только контролировать;
• вырезать круги, труба.

Теперь активно используйте технологии в разных сферах:

• автомобилестроение и машиностроение в целом;
• изготовление заготовок, деталей, которые нельзя штамповать;
• водоразбавляемое железо, изоляция, стекловолокно, изоляторы, мрамор;
• художественная обработка.

Управление

Для эффективной работы требуется работа нескольких инженеров и операторов. Дизайнер обязан создать проект в специальной вычислительной среде. Затем файл помещается в память устройства. Сама машина распределяет функции на другие узлы.

Сотрудник отвечает за достаточное количество расходных материалов, запуск программы, контроль ее выполнения и своевременное оповещение о поломках. Специалист по оборудованию обязан проводить технические проверки (профилактические), а также устранение неисправностей.

Гидроабразивные станки с ЧПУ

Числовое управление позволяет выполнять самые сложные детали с погрешностью в полмиллиметра. Производственный процесс полностью автоматизирован, он не требует постоянных команд, достаточно один раз задать программу (выбрать из списка или ввести в память) и задать запуск. Такое оборудование дорогое, но более эффективное. Человеческий фактор отсутствует, то есть риск ошибки сведен к минимуму.

Как режут металл водой вручную

Менее популярен в производстве, но теоретически возможен в домашних условиях. Задача оператора – выбрать угол резания, давление, ширину напора и луча. С ним сложнее работать, но, научившись, специалист сможет очень продуктивно создавать простые формы. Точность по-прежнему высока, но набор функций относительно невелик. Еще одним преимуществом является то, что цена намного ниже, чем на оборудование с ЧПУ.

Расходные материалы

Основное сырье чистое, многоступенчато фильтруемое, чтобы в нем не было примесей, способных вступить в реакцию с заготовкой, воды и абразивных частиц. Расход довольно большой, при этом чем толще сплав, тем больше расходников используется в секунду. Самый доступный абразив – мелкий песок. Песчаные песчинки размером ок. 650 мкм эффективно справляется даже с тугоплавкими высокопрочными сплавами. В то же время они доступны по цене. Также регулярно необходимо производить замену запчастей – патрубков и шлангов, уплотнителей. Реже — двигатель, баки, форсунки.

Какое давление нужно для резки металла водой

Минимальное давление 1500 атмосфер, максимальное 6000. Показатель настраивается в зависимости от плотности стали, от необходимой рабочей скорости. Вы можете сделать это вручную или положиться на интеллектуальный блок управления.

Устройство и принцип работы

Станки для гидроабразивной резки металла состоят из следующих узлов и узлов:

• корпус, внутри которого расположены токовые, электронные компоненты, а снаружи расположен защитный корпус, установлен каркас;
• насос для создания струи воды под высоким давлением;
• координатный стол для установки, крепления заготовки;
• бак для наполнения водой;
• трубопровод подачи воды под высоким давлением от насоса к форсунке;
• емкости для абразивного материала;
• система дозирования, позволяющая добавлять абразив в струю воды;
• рабочая головка с насадкой;
• станция, перемещающая голову над рабочей поверхностью;
• датчик, обеспечивающий соблюдение расстояния от сопла до поверхности обрабатываемого материала;
• емкости для гашения струи, а также сбор смеси отработанной жидкости с абразивом, обрабатываемым материалом.

Водоструйные машины универсальны в использовании. Им можно резать камень, дерево, резину, пластик. Важно правильно подобрать количество абразива, а в некоторых случаях вообще его не использовать.

Для обеспечения непрерывной работы оборудования в баке для абразивных материалов установлены специальные датчики, позволяющие контролировать следующие параметры:

• количество поступающего материала;
• заполнить уровень бака абразивом;
• проникновение инородных тел в рабочий инструмент, что приводит к аварийной остановке станка.

Ванная комната, где проводится стрижка, имеет следующие функции:

• съемные опоры из нержавеющей стали;
• быстросменные ребра для поддержки заготовки;
• система контроля уровня воды, позволяющая полностью погружать в нее режущие детали.

Принцип работы машины:

1. При включении питания насос прямого действия начинает формировать струю воды, которая направляется по трубопроводу к форсунке.
2. Проходя через насадку, вода разгоняется до скорости 1-1,2 км/с, затем поступает в камеру, где происходит подача и улавливание абразивного материала.
3. Готовая смесь воды и абразива подается в специальную рабочую головку, а затем выходит из нее под высоким давлением, соприкасается с поверхностью заготовки и прорезает ее.

Принцип работы гидроабразивной резки

Преимущества гидроабразивной установки

Сейчас это один из самых эффективных и популярных методов благодаря своим преимуществам:

• это самый «холодный» метод металлообработки, позволяющий работать даже с веществами, физические и химические свойства которых изменяются от нагревания;
• низкие потери материала – практически нет сколов, срез ровный и узкий;
• хорош для тонких листов, но и для более плотных – до 3 см;
• нет необходимости в окончательной шлифовке, края очень ровные;
• самая высокая точность – 0,5 мм;
• любые сложные детали можно вырезать;
• можно резать «пакетом», то есть сразу в несколько слоев, если заготовки достаточно тонкие;
• очень высокая чистота работы – отсутствие пыли, шума, газов;
• полная пожарная безопасность;
• отсутствие острого режущего инструмента, то есть его не нужно менять, затачивать.

Принцип работы и виды станков гидроабразивной резки

станок для гидроабразивной резки с ЧПУ

Станок гидроабразивной резки с ЧПУ работает следующим образом:

• насос подает булку к рабочей головке, где формируется струя воды нужного диаметра. Он поступает в смеситель, где образуется водно-песчаная смесь, оттуда направляется прямо в насадку. Диаметр сопла может быть от 1 до 5 мм;
• смесь выливается из сопла под давлением от 100 до 6000 бар, выбивая частицы материала. Скорость смеси в несколько раз превышает скорость звука. Головка вращается в широком диапазоне и управляется автоматикой;
• это процесс искусственной эрозии, позволяющий работать с каменными плитами толщиной до 300 мм.

Обработку мягких материалов, таких как дерево, резина, некоторые пластмассы, проводят без абразивных частиц, чистой водой. Мундштук устанавливается на сапфир или рубин, и мундштук должен иметь минимальный диаметр. Такие насадки служат дольше, потому что чистая вода более мягко воздействует на расходный материал.

Оборудование для гидроабразивной резки различается по агрегату, назначению, мощности и цене:

• станки с ЧПУ;
• портативный.

Станки с ЧПУ выполняют резку по загруженным параметрам и чертежам. Они выполняют сложные продукты практически без вмешательства оператора. Таким оборудованием обычно оснащены производственные цеха.

Портативные станки хороши для резки любого материала в труднодоступных и опасных местах, например, в тоннелях. Работа выполняется очень быстро и аккуратно. Поэтому такой вид лечения очень экономичен.

Недостатки гидроабразивной установки

Есть некоторые проблемы, связанные с машиной:

• часто приходится доливать уровень помола, а это довольно дорого;
• при резке тонких металлических листов струей воды скорость гидрорезака остается низкой;
• при воздействии воды и кислорода заготовка автоматически склонна к коррозии, то есть, если не нанести слой защитного покрытия, вскоре может появиться ржавчина.

Цена гидрорезки

Стоимость такого оборудования, как и его обслуживания, высока. Именно по этой причине метод в основном используется в крупных производствах, где все затраты компенсируются качественным конечным продуктом. Ценник такой:

• от мощного насоса;
• дорогая система ЧПУ;
• насадки из искусственного алмаза.

В статье мы рассказали, как резать металл водой, а также показали примеры станков, которые режут струей воды. В заключение рекомендуем посмотреть несколько видео:

Технические характеристики

Станки гидроабразивной резки имеют следующие особенности:

• размеры рабочей координатной плоскости стола — до 6 м2;
• предельное давление струи — до 400 МПа;
• скорость гидрорезки — до 100 мм/мин.;
• диаметр сопла — 0,2 мм, а выход для абразива — 1 мм;
• точность позиционирования рабочей головки — 0,05 мм;
• объема бака для воды и емкости с абразивом хватает на 1-2 часа непрерывной работы;
• материал выходного патрубка — алмаз, рубин;
• способ управления — ручной или автоматический;
• позиционирование головок с помощью сервоприводов.