Технология гидроабразивной резки металла

Технология гидроабразивной резки металла

[Гидроабразивная резка металла] – технология, без которой не обходится машиностроительная и металлопрокатная отрасль.

Иногда достичь необходимого качества среза невозможно даже посредством плазменной резки, в связи с чем применяется оборудование для резки посредством гидроабразивной струи.

Впервые гидроабразивная резка металла была использована американской авиастроительной компанией, которая впоследствии представила данные о том, что такая технология является лучшим вариантом для обработки стали и прочих тугоплавких металлов.

С того времени водно-абразивный метод не перестает пользоваться спросом в разных производственных сферах. Сегодня станки, предназначение которых — обработка стали, труб и пр. гидроабразивной струей, очень популярны.

Особенности гидроабразивной резки

Технология гидроабразивной резки играет значительную роль в ходе обработки толстостенных заготовок из различных типов металла. Специалисты отмечают особую роль установок для гидроабразивной резки при создании труб разных диаметров и видов. Технология позволяет обрабатывать металл таким образом, чтобы на заготовках не оставалось окалин и других последствий резки.

Несмотря на относительно высокую стоимость аппаратов данного типа, они довольно просты в применении и не требуют дополнительных узлов для крепления обрабатываемых заготовок. К тому же при работе с гидроабразивными станками не создаются тучи пыли из отходов производства. Поскольку режущий инструмент фактически отсутствует, то не надо заниматься его заменой или следить за его остротой.

Абразивная резка металла осуществляется струей воды и абразивными элементами. Это позволяет не замедлять скорость обработки материалов, даже если они обладают очень заметными габаритами.

Использование гидроабразивных станков и принцип работы

Устройства для резки металла гидроабразивом универсальны в использовании, так как их возможности не завершаются на раскрое металлических изделий. Технология основывается на специально созданной системе подачи воды под большим давлением на обрабатываемую плоскость.

Дополнительным элементом жидкости является абразив, добавляющийся в воду. Как правило, в роли абразивной добавки применяют микрочастицы песка. Вода и песок одновременно попадают в смеситель из отдельных емкостей, в котором тщательно смешиваются. Затем полученная смесь под высоким давлением подается в сопло станка.

После, рабочий водно-абразивный резак, в виде сильной струи с определенными характеристиками, подается на деталь и разрезает его.

В этом случае скорость гидроабразивной резки можно сравнить только что со скоростью плазмореза, но вот качество выполненного этим способом среза соответствует только качеству резки лазером.

Быстрое развитие современных технологий дало возможность усовершенствовать станки благодаря расширению их рабочих возможностей. За счет чего их сфера использования значительно увеличилась.

Сегодня водно-абразивные станки позволяют:

  • Вырезать изделия любых геометрических форм с помощью числового программирования. В этом случае обработка происходит полностью в автоматизированном режиме и не требует наличия оператора. Станок управляется специально установленной компьютерной программой. Гидроабразивная порезка труб дает возможность сделать необходимую окружность без каких-либо погрешностей;
  • Делать нестандартный рез любого материала, причем изменяющийся наклон разреза не сказывается негативно на качестве. Процесс работы, который выполняется под любым наклоном, позволяет на выходе получить абсолютно готовое изделие и не подвергать его финишной обработке;
  • Гидроабразивный способ нашел свое применение и в области искусства. Оборудование дает возможность изготавливать различные украшения и предметы дизайна, как правило, обработка фигур делается с помощью ЧПУ;
  • Установки для обработки гидроабразивом, применяемые в металлопрокате, позволяют делать разрезание максимальной толщины любого металла, это можно увидеть на видео. Так, обработка изделия из среднеуглеродистого металла может происходить с использованием материала, у которого максимальная толщина – 20 см. Наибольшая толщина титанового сплава составляет 16-18 мм; высокопрочные металлы могут быть толщиной 11 мм. Но вот толщина медного изделия достигает только 6 мм.

Как сделать свой станок

Изготавливать детали на гидроабразивном станке очень выгодно, так как не требуется дополнительная чистовая обработка, но новый станок стоит достаточно дорого. Его стоит приобретать только в том случае, если он будет постоянно загружен. Можно приобрести б/у, который обойдется намного дешевле или изготовить гидроабразивный станок самостоятельно. Главная трудность будет заключаться в покупке агрегатов для создания высокого давления и режущей струи. Кроме этого станок будет потреблять большое количество электроэнергии и воды.

Если же вы решили сделать станок своими руками, то вам понадобятся некоторые специфические детали, которые сделать невозможно самостоятельно. Станок с ручным управлением сделать намного проще, чем с ЧПУ, но возможности и функции будут ограничены.

Для создания станка понадобятся такие узлы и агрегаты:

  • насос высокого давления;
  • трубопроводы высокого давления;
  • режущая головка;
  • координатный стол с ванной;
  • приводы перемещения режущей головки и система управления;
  • механизм подачи абразива;
  • бак-отстойник;
  • насос низкого давления;
  • система фильтрации.

Так как работать станок будет в условиях повышенной влажности все компоненты нужно изготавливать и подбирать с высокими противокоррозионными свойствами (нержавейка, алюминий, пластик).

Для самодельного станка лучше использовать насос прямого действия, который стоит дешевле и намного проще в ремонте. Насос и режущая головка соединяются между собой при помощи трубок высокого давления, их можно купить в любом автомагазине. Режущую головку покупать нужно сразу со сменными штуцерами для резки различных типов материалов. Между насосом и режущей головкой обязательно устанавливается ресивер, чтобы нивелировать импульсы и получить устойчивую струю воды.

Координатный стол с ванной можно изготовить самостоятельно из нержавеющей стали. Основной проблемой является сама струя воды, которая способна разрезать не только заготовку, но и станину. Единственное, что ее может остановить – это сама вода, а точнее водяная ванна. Водяной слой толщиной 1 метр способен погасить струю до 600 атм. Рабочий стол делают в виде сот или ребер и устанавливают в ванну. Он обязательно должен быть съемный, так как со временем вода его разрежет. Ребра можно изготовить из металла или пластика.

В данном типе станка станина остается неподвижной, а перемешается сама режущая головка по отношению к заготовке. Для этого нужно изготовить платформу, которая будет перемещаться в продольной и поперечной плоскости. Дополнительно можно установить поворотный механизм для изменения угла режущей головки и понадобится устройство для изменения высоты режущей головки для резки деталей различной толщины.

Механизм подачи абразива лучше купить, так как он выполнен из специальных материалов и имеет регулятор подачи песка. Бак для воды (около 2 кубов) можно сделать самому или купить любую пластиковую емкость. Он является основной емкостью для сбора и хранения воды, из которого вода с помощью насоса низкого давления будет подаваться на насос высокого давления. Перед баком обязательно устанавливается устройство для отделения песка от воды (сепаратор) и система фильтрации.

Эксплуатация станков с ЧПУ

Прогресс в плане гидроабразивной резки металла развивался бурно, и станки такого типа решили оборудовать ЧПУ. Числовое программное управление позволило добиться большей точности в резке и значительно ускорить процесс. В сравнении с работой мастера своими руками, управляемый электроникой станок может вырезать более сложные формы и проводить резку под различными углам.

Читайте также  Подушки из шелка плюсы и минусы

Оборудование ЧПУ

Станки с ЧПУ используются для изготовления заготовок из различных сталей, алюминия, меди, бронзы и других широко распространенных металлов.

Преимущества гидроабразивных станков с ЧПУ выражается в таких моментах:

  • Такой станок работает строго в соответствии с заданной программой. При этом изготовление серийных деталей может проводится по индивидуальному программному обеспечению. Гидроабразивный станок для резки металла
  • На станках с ручным управлением давление струи может быть выбрано неправильно, что приведет к браку заготовки. Оборудование с компьютерным управлением такую погрешность исключает: ЧПУ контролирует качестве среза и в автоматическом режиме выбирает правильный режим.
  • С помощью программного обеспечения оператор может сделать отверстия в определенных местах заданного диаметра.
  • После обработки заготовки на гидроабразивном станке деталь получается полностью готовой: ее не требуется шлифовать, обтачивать или проводить какую-либо еще дополнительную обработку.

1 Виды станков для резки металла

Для того чтобы разрезать металл применяются станки различного типа:

  • ленточнопильные станки по дереву — режущим элементом является замкнутая зубчатая лента. Используются в большинстве случаев на крупных производствах для многосерийного изготовления однотипных заготовок;
  • ножовочные — рез проводится ножовочным полотном, которое закреплено в пильной раме. Привод у них ручной или электромеханический. Имеют небольшие габариты и просты в применении. Такими станками оборудованы цеха малых предприятий или небольшие мастерские;
  • дисковые — режущим инструментом является диск. Это наиболее распространенный вид, который может быть применен практически во всех областях деятельности по работе с металлом. К этой же категории относятся инструменты под общим названием «вулканит», так как в них используются абразивные круги, которые сделаны из этого материала;
  • гидроабразивные — материал разрезается водой под большим давлением, содержащей абразивную добавку (песок). Позволяет резать под любым углом в зависимости от направления форсунки;
  • электроэрозионные станки для резки металла.

Станок для продольной резки металла ДН-10

1.1 Дисковые отрезные станки

Такие инструменты имеют жесткую металлическую раму или платформу с отверстием для углубления в него режущей кромки. Отрезной дисковый станок имеет приспособление для надежного закрепления материала под нужным углом в процессе его резки. Режущим элементом у таких станков является диск, который сделан из твердосплавной (быстрорежущей стали), или круг, покрытый абразивным материалом.

Вращательное движение диска (круга) задается электромотором посредством зубчатой или ременной передачи. В инструментах с малой мощностью возможна прямая насадка режущего элемента непосредственно на вал электродвигателя.

Ручной станок для резки металла СПР-1250/3-Р оборудован 3-мя парами дисковых ножей

Дисковые станки могут иметь три вида подачи режущего инструмента:

  • фронтальную;
  • маятниковую;
  • нижнюю.

Существует также разделение по числу режущих кромок:

  • одноголовочные — имеют только один диск, и при смене операций требует переналадки под конкретную задачу;
  • двухголовочные — возможна работа сразу двумя инструментами, что значительно повышает производительность. В них одна головка зафиксирована и имеет постоянно стабильное положение, а другая может перемещаться. Такие станки могут работать в автоматическом режиме.

1.2 Отрезной станок по металлу (видео)

1.3 Гидроабразивная резка

Такой вид разделения металла на гидроабразивном режущем станке очень эффективен и действие его основано на эрозии, которая создается водой. Режущим инструментом является струя воды под очень высоким давлением, а ее разрушающее действие усиливается добавлением абразивного материала.

Смесь воды и абразива вылетает из рабочего сопла направленного на обрабатываемый материал под давлением в 600 атмосфер и со скоростью до 1000 метров в секунду.

Параметры резки таким способом задаются давлением, под которым находятся абразив с водой, и размером частиц абразива. Таким способом можно резать практически любой материал под любым нужным углом:

  • черные и цветные металлы, а также их сплавы;
  • сталь, которая тяжело поддается обработке (легированная, жаропрочная, нержавеющая);
  • композитные материалы;
  • камень (мрамор, гранит);
  • керамику (плитку, керамический гранит);
  • стекло, как обычное, так и композитное (включая бронестекло).

При резке мягких материалов, таких как поролон, картон, пластмасса и т.д. используется только вода (без абразивных добавок).

1.4 Принцип работы

В резервуаре с водой, при помощи насоса давления, создается высокое давление (от 400 до 600 атмосфер). Поток воды проходит через сопло, диаметр которого составляет 0,2-0,35 мм (что еще больше увеличивает давление) и попадает в смесительную камеру.

Гидроабразивный станок для резки металла

Там она смешивается с абразивным материалом (песком) и направляется в другое сопло с диаметром 0,6-1,2 мм. Выходя из него, смесь воды и абразива имеет скорость до 1000 м/с, что позволяет легко разрезать даже самые прочные материалы.

Такой процесс относится к категории холодного резания, так как при его выполнении не происходит выделения тепловой энергии, потому что она полностью поглощается потоком воды.

1.5 Классическая компоновка

Стандартный гидроабразивный станок состоит из следующих узлов и деталей:

  • корпус;
  • резервуар для воды (объем от 2 куб. метров);
  • насос высокого давления (обеспечивает подачу воды под давлением в зону резания);
  • высокопрочные шланги, которые способны выдержать очень высокое давление;
  • емкость для подачи абразива для смешивания с водой;
  • резак — штуцер с регулируемой форсункой (возможно изменение параметров по величине выпускного диаметра);
  • рабочий стол (ванна) — на нем крепится заготовка и собирается отработанная вода с абразивом);
  • защитный кожух;
  • блок ЧПУ — в промышленных образцах станков производит полное управление рабочим процессом.

Можно изготовить самодельный ручной гидроабразивный станок своими руками для личного пользования. Основная сложность заключается в приобретении оборудования для создания высокого давления и неоправданно высокие энергетические затраты по его использованию.

Схема устройства гидроабразивного станка для резки металла

Принцип резки металла таким способом очень эффективен, но иметь такого класса оборудование в личном пользовании имеет смысл только лишь при его большой загрузке.

Почему именно гидроабразивная резка?

Технология гидроабразивной резки имеет существенные преимущества перед традиционными способами:

  • Режет любой материал;
  • Позволяет работать со сложными деталями;
  • Не требует вентиляции;
  • Позволяет достигнуть гладкой поверхности;
  • Позволяет избежать деффектов, вызванных тепловыми воздействиями.

Установки гидроабразивной резки известны как массивное и дорогостоящее оборудование, нуждающееся в крупной инфраструктуре и сложной технической поддержке. По этим причинам их не может позволить себе малый бизнес. Группой изобретателей было принято решение создать установку, доступную к испольованию при ограниченном бюджете и минимальном пространстве.

Изнашиваемые детали

Хотя абразивные машины – это высокотехнологичный инструмент, некоторые его части нуждаются в регулярном обслуживании и замене.

  • Система подачи смеси. Сопло изнашивание очень быстро – всего за 50 часов работы, а трубка, подходящая к нему, за 100 часов. Не уследить за состоянием этих деталей означает позволить станку увеличить толщину среза на 0,5 миллиметра, что в работе с дорогостоящими материалами считается катастрофичным.
  • Прокладки и уплотнения насосной станции. Уплотнители помогают сохранять необходимое давление во всей системе. Из-за того, что они постоянно в напряжении, их нужно постоянно менять.

Какие у такого типа обработки и нарезания материала есть негативные стороны?

Помимо износа, многим не нравится, что на разрезание тонких и толстых поверхностей уходит одинаковое количество времени. Решить эту проблему можно сложив несколько заготовок вместе.

Ведущие производители

Известные производители оборудования для гидрорезки:

Читайте также  Подвес для гипсокартона

  • Omax;
  • Water Jet Sweden ;
  • Alico;
  • Resato;
  • Flow;
  • PTV;
  • Bystronic .

Кроме иностранных производителей на российском рынке, присутствуют и отечественные производители, но они известны ограниченному кругу лиц.