Резка металла водой с песком

Обновлено: 05.07.2024

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

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:

Давление — 2000…5000 ат (меньшие значения – для более мягких преимущественно тонколистовых материалов).
Скорость водного потока – до 1000…1200 м/с.
Расход абразива – до 50 г/с
Средний размер абразивной частицы в плане – 100…600 мкм (с увеличением этого параметра точность разъединения материалов снижается).
Расход воды – до 4 л/мин.
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.

Строение сопла ГАР для резки чистой водой Строение сопла ГАР для резки водой с абразивом

Технологические возможности способа

Рассматриваемая технология наиболее эффективна в следующих случаях:

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.
При необходимости разъединения деталей весьма большой толщины – до 250…300 мм: в этом случае при плазменно-дуговой резке всегда происходит оплавление края.
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.
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:

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

Гидроабразивная резка: плюсы и минусы технологии

Гидроабразивная резка – пожалуй, самая перспективная технология раскроя материалов. В этой статье вы познакомитесь с историей станков, функционалом современных моделей, а также узнаете, почему российские компании выбирают гидрорез, а не лазерные установки.

История появления гидроабразивной технологии

Прототипы современных водоструйных машин появились в начале 19 века. Шахтеры из Советского Союза и Новой Зеландии использовали воду под давлением для вымывания рыхлой угольной породы. Чуть позднее такую же концепцию стали применять золотодобытчики в США во время золотой лихорадки. Водяным потоком они вычленяли драгоценный металл и направляли его вниз по специальным каналам. И хотя сегодня гидравлическая добыча полезных ископаемых не является основной функцией гидроабразивных установок, она знаменует собой начало серии изобретений, которые привели к тому, что теперь вода является эффективным режущим средством.

В 30-ых годах прошлого столетия гидроабразивная резка стала применяться для раскроя бумаги. Процесс осуществлялся чистой водой. А в 1935 году американец Элмо Смит разработал инновационную идею добавлять в водяную струю абразив, что в свою очередь повысило качество реза и позволило работать с твердыми материалами.

Первый гидроабразивный станок американской компании KMT

Конструкция гидроабразивного станка и принцип его работы

Современные станки для гидроабразивной резки состоят из 5 основных узлов: насосной станции, координатного стола, режущей головки, системы подачи абразива и стойки оператора. Конструкция станков у разных производителей может незначительно отличаться и обрастать дополнительным оборудованием, однако в целом «скелет» установки выглядит именно так.

Насос – это «сердце» системы. Он отвечает за нагнетание давления воды. По степени мощности насосные станции гидроабразивных станков подразделяются на две подгруппы: на 4000 bar и 6000 bar. В последние годы производители стали выпускать насосы и большей мощности, однако они целесообразны на сверхсложных работах и не востребованы в условиях большинства металло- или камнеобрабатывающих предприятий.

Насосные станции также подразделяются на две группы и по конструктиву. Они бывают мультипликаторного типа и прямого действия. Первый вид создает возвратно-поступательные движения плунжеров подачи воды путём давления масла на центральный (гидравлический) поршень. Двадцатикратная разница площадей гидравлического поршня и торца плунжера обеспечивает повышение давления в 20 раз. То есть, при подаче масла под давлением 200 атмосфер мы получаем давление воды в 4000 атмосфер (бар).

Насосные станции прямого действия представляют собой три поршня для нагнетания воды, движение которых осуществляется через коленчатый вал.

Далее по трубкам высокого давления вода направляется в режущую головку. Одним из ее элементов является смесительная камера. В ней происходит перемешивание жидкости с абразивным материалом. Полученная смесь поступает в фокусирующую трубку и со скоростью ≈1000 метров в секунду врезается в заготовку, которая лежит на координатном столе. Миллионы частиц абразива выступают в качестве переносчиков энергии и, ударяясь об изделие, отрывают от него микроскопические куски.

С добавлением абразива режущая способность воды возрастает в сотни раз, и она способна раскраивать почти любой материал. Наиболее оптимальным абразивом является гранатовый песок фракции 80 mesh. Предпочтение отдается аллювиальному (океаническому) месторождению. Такой песок обладает высокой твёрдостью, средним размером песчинок (0,25÷0,45 мм) и не забивает фокусирующую трубку.

Преимущества гидроабразивной резки перед лазерным станком

Гидроабразивная резка имеет ряд неоспоримых преимуществ перед лазерными или ленточнопильными станками.

В первую очередь – это возможность резать любые материалы. Лазер или пила существенно ограничивают направления деятельности предприятия, а гидроабразивный станок легко раскраивает металл (включая титан), камень, резину, стекло, кожу, бумагу. При этом практически нет ограничений и по толщине изделия. Гидроабразивная установка способна раскраивать каменную или металлическую заготовку в десятки сантиметров. Вопрос лишь во времени, которое потребуется струе воды, чтобы «пробить» сверхбольшие толщины.

Второй важнейший аспект гидроабразивной технологии – это отсутствие высоких температур. При обработке металла на лазерном или ленточнопильном станке кромка реза подвергается нагреву, в результате чего образуется наплавка. Для ее удаления необходимо произвести дополнительные операции, например, шлифовку. Это увеличивает и стоимость, и время изготовления детали. Водяная струя выступает в качестве режущего и одновременно охлаждающего инструмента. Поэтому из под гидроабразивного станка выходит практически готовое изделие.

Третьим по списку, но не по степени важности идет экономический аспект. Поскольку струя воды, выходящая из фокусирующей трубки, может иметь толщину человеческого волоса, у предприятия сокращаются затраты на лом. В процессе гидроабразивной резки минимизируется количество металлической стружки, а сами заготовки можно вырезать максимально близко друг к другу. Это позволяет экономить на материале.

Помимо многофункциональности и экономической целесообразности гидроабразив является экологически чистой технологией. Станки данного типа не выделяют в атмосферу вредных газов, поэтому они абсолютно безопасны для человека, животных, растений и окружающей среды.

Основные минусы гидроабразивной резки

К ключевым недостаткам технологии гидроабразивной резки относятся три основных пункта.

Конусность. При прохождении через толщу материала водяная струя ослабевает, в результате чего на выходе ширина отверстия становится меньше, чем на входе. Этот недостаток традиционно решается снижением скорости реза.
Ресурс трубок. В зависимости от давления и количества абразива срок службы сопла не превышает сотни часов непрерывной резки. К счастью, сопла выпускаются массово, и стоимость их не превышает нескольких тысяч рублей за единицу.
Скорость реза тонколистной стали. Гидроабразивная резка уступает по этому параметру лазерным установкам.

Крупнейшие производители гидроабразивных станков в мире

Лидерами на рынке производства гидроабразивных установок являются США и ряд европейских государств. К числу лидирующих предприятий можно отнести Flow, KMT, OMAX, BFT, PTV, Waterjet Sweden, Resato, Hypertherm, WSI и ряд других компаний. В последние годы в данную нишу активно прорывается и Китай. Наиболее известными разработчиками waterjet-технологий в данной стране являются Teen King и Yongda.

Стоимость гидроабразивных станков

Цена нового станка зависит от его комплектации: размера координатного стола, типа режущей головки и их количества, мощности насосной станции. Важную роль в ценообразовании играет и бренд оборудования. Наиболее дорогостоящими моделями станков являются «американцы». Их стоимость составляет от 12-15 млн рублей и более. Самые бюджетные установки выпускаются в Китае. Станок достойного качества из Поднебесной можно приобрести за 6-7 млн рублей.

Затраты на обслуживание гидроабразивного станка

Как и любое промышленное оборудование, гидроабразивный станок нуждается в техническом обслуживании. Основными «расходниками» в гидрорезке являются гранатовый песок, смесительные трубки, водяные сопла и ремонтные комплекты.

По состоянию на осень 2021 года цена 1 тонны качественного абразива из ЮАР или Китая составляет 42000-45000 рублей, из Австралии – 60000-70000 рублей. Срок эксплуатации смесительных трубок и водяных сопел исчисляется в моточасах. Принято считать, что рабочий ресурс 1 трубки (она служит порядка 80-100 часов) = 2 соплам.

Рентабельность работы и конкуренция на рынке гидроабразивной резки

Рентабельность гидроабразивной резки варьируется от региона к региону. На нее влияют цена электроэнергии, водоснабжения, ставка заработной платы оператора. В среднем маржа составляет 40%-60% от стоимости минуты реза, которая, как правило, варьируется на уровне 100-150 рублей и включает все производственные затраты.

Стоит отметить, что количество гидроабразивных установок в России в сотни раз меньше числа лазерных станков. Как следствие, конкуренция в данной нише существенно ниже. В городе-миллионнике на гидроабразивных станках работает не более 5-10 предприятий, при этом возможности применения такого оборудования безграничны.

Резка металла водой

Известная поговорка о том, что вода камень точит, умалчивает о том факте, что она ещё и металл режет, да не за сотни лет, а моментально. Много сказано о резке металла своими руками при помощи плазматронов – водой, превращающейся под воздействием электричества в дугу плазмы. Но существует ещё один способ, дающий более чистый срез, не нуждающийся в финишной обработке – это гидроабразивная резка металла. Разделение детали водой без специальной подготовки жидкости, даст менее гладкие края заготовок, тогда придётся их обрабатывать дополнительно своими руками при помощи инструментов с применением силы. При условии, что водно-песчаная смесь, подаваемая под давлением, применяется для резки металла толщиной до 20 см, лучше чтобы края заготовок обрабатывать дополнительно не приходилось. А всего-то подготовительный процесс заключается в фильтрации воды.

Преимущества гидроабразивной струи

Гидроабразивная резка была разработана для изготовления деталей для авиации. Впоследствии этот метод был назван лучшим в обработке тугоплавких материалов и сталей. Теперь он используется на производствах, где работает оборудование с ЧПУ. Не меньшее значение резка водой имеет для автомастерских и изготовления предметов быта своими руками, где применяется оборудование без крепежей.

Низкий температурный режим работы даёт преимущества в обработке стали. Резка металла плазмой или газом приводит к сильному нагреву металла, что вызывает окисление и прочие побочные эффекты (в зависимости от индивидуальных характеристик металла). Воздействие на металл абразивных частиц, подаваемых под большим давлением с водой, тоже приводило бы к нагреву листа и его оплавлению, но резка происходит настолько быстро, что сравнить её по чистоте реза можно только с лазером, а по скорости с плазмотроном. Прогрев обрабатываемой поверхности при работе соответствующий – он настолько незначителен, что даже окалин нет. Как нет зависимости от размера оборудования и способа работы — без участия человека или проведение реза оборудованием на ручном управлении.

Приятным моментом при проведении работ своими руками состоит в том, что никаких сильных запахов, дыма и пыли оборудование не производит. Держать под рукой запасные режущие инструменты так же нет необходимости, это оборудование работает без твёрдых резцов – только очень мелкий песок с водой. Скальпелем, отделяющим толстенные куски металла с хирургической точностью, выступает вода, поступающая в сопло под давлением, на выходе из сопла она насыщается абразивными микрочастицами, при мгновенном смешивании получается мощная режущая смесь.

Весь цикл резки как на заводском оборудование с ЧПУ, так и своими руками на обычном станке проводится в один этап. Тонкие и толстые, тугоплавкие и тягучие материалы режутся на одной и той же скорости, без каких-либо ограничений. Станки с возможностью обрабатывать насколько деталей одновременно – это возможность в кратчайшие сроки провести необходимую обработку металла и стекла, пластика и резины, благодаря тому, что нет необходимости перенастраивать оборудование. Детали из материалов разной твёрдости при необходимости будут обработаны за один рабочий цикл.

При обработке материалов своими руками, обрабатывать их поочерёдно выгоднее в плане экономии времени, которое ушло бы на закреплении материалов на рабочей поверхности, а комбинированная деталь, состоящая из нескольких совершенно разных материалов, легко и точно будет разрезана при помощи гидроабразивной смеси подаваемой под высоким давлением.

Применение станков гидроабразивной резки

Оборудование, работающее на гидроабразивной взвеси применяется для:

Художественной резки металла водой, и прочих материалов с различными техническими характеристиками. Тонки е и широкие детали можно резать не только под прямым углом. Изменение наклона режущей субстанции не скажется на чистоте краёв среза. Ни один из материалов, которые режет это оборудование, не требует последующей обработки, деталь из-под гидрорезца выходит готовой на 100%.
Самые сложные элементы, повторяющиеся в нескольких фрагментах и детали, требующие повышенной точности, лучше выполнять на программируемом станке резки водой. Компьютерная программа лучше человека управится с точными задачами по обработке деталей, не терпящих отклонений. Для творчества и изготовления предметов, не задействованных в сложных механических агрегатах, вполне подойдёт оборудование на ручном управлении.
Максимальная толщина металла для резки водой, как уже было сказано ранее, составляет 200 мм, но есть и исключения. Гидроабразивной взвесью можно резать медь толщиной всего 5 мм, тугоплавкие сплавы до 12 мм, титан толщиной до 17 мм. Если посмотреть на сферу применения этих металлов и их стоимость, то не так уж велика потеря.
При необходимости сделать своими руками украшение из меди или латуни, то верхний слой убирается поэтапно. Так что углубление в 1 см можно сделать за 2 прохода вместо одного. Как говорят скульпторы, работающие над шедевром с резцом – отсечь всё ненужное. Тот же принцип работы и с гидроабразивным режущим элементом. Для точного воспроизведения детали лучше воспользоваться станком на компьютерном управлении.

Станки без ЧПУ работают на ручном управлении, настройка станка для резки целиком производится оператором, что может дать некоторые неточности, если угол резки выставлен неверно. Но такой станок не требует никаких специфических знаний. Он значительно дешевле своего управляемого компьютером собрата. Мало функциональное оборудование, разобраться в его настройках можно достаточно быстро. Простые и сложные линии, а так же стандартные геометрические фигуры на этом станке может выполнить своими руками каждый, после краткого ознакомления с устройством станка, техникой безопасности, способом заправки его водой с песчаным абразивом, способом изменения угла резки.

Гидроабразивная резка - объяснение процесса, преимущества и материалы [Часть 1]

Гидроабразивная резка - это механический процесс, при котором материал удаляется путем физического контакта. Основное отличие от других процессов резки заключается в том, что это процесс холодной резки (нетепловой), то есть в процессе резки не используется тепло.

В современном мире все производственные процессы должны отвечать трем основным целям: увеличение объема производства, сокращение отходов и повышение качества. Такие процессы, как 3D-печать, листовая штамповка, литье под давлением, лазерная и плазменная резка, пытаются достичь этих целей при снижении стоимости и времени производства, одновременно повышая эффективность и устойчивость.

Каждый из этих процессов имеет свое место в обрабатывающей промышленности благодаря различным преимуществам и ограничениям. Современные гидроабразивные резаки также включили в свою конструкцию технологию ЧПУ, чтобы достичь этих целей с еще лучшими результатами.

В этой статье мы более подробно рассмотрим передовой процесс гидроабразивной резки.

Что такое гидроабразивная резка?

При гидроабразивной резке используют поток воды под высоким давлением, смешанный с абразивным материалом, для резки широкого спектра материалов.

Водяной насос высокого давления нагнетает воду. Эта вода поступает по трубкам высокого давления в режущую головку. В режущей головке вода проходит через сопло, превращаясь в очень тонкую струю. Эта струя разрезает любой материал, находящийся перед ней.

Установка гидроабразивной резки может создавать давление до 6900 бар. Для сравнения, в пожарных рукавах обычно создается давление от 8 до 20 бар. Сопло гидроабразивного станка оснащено системой технического зрения, что облегчает точную и эффективную резку детали.

Соплом легко манипулировать для резки различных материалов. В зависимости от того, используется абразивное вещество или нет, существует два типа методов гидроабразивной резки:

Абразивная гидроабразивная резка;
Гидроабразивная резка без абразива.

Гидроабразивная резка

Схема установки гидроабразивной резки. 1 — подвод воды под высоким давлением, 2 — cопло, 3 — подача абразива, 4 — смеситель, 5 — кожух, 6 — режущая струя, 7 — разрезаемый материал.

При резке более твердых материалов абразивные вещества смешиваются с водой. Это происходит в смесительной камере, расположенной в режущей головке непосредственно перед выходом абразивной струи из системы.

Популярным веществом для гидроабразивной резки является гранитный песок. По мере увеличения толщины/твердости материала должна увеличиваться и твердость используемых абразивов.

При правильном выборе абразивов можно резать различные типы материалов. Обычно абразивными материалами режут керамику, металлы, камни и толстые пластмассы. Однако есть некоторые исключения, такие как закаленное стекло и алмазы, которые нельзя резать абразивами. Закаленное стекло разбивается при резке струей воды.

Гидроабразивная резка без абразива

Гидроабразивные резаки также работают без добавления абразивов, в основном для резки мягких материалов. Гидроабразивный резак, предназначенный только для этой цели, не имеет смесительной камеры или сопла. Насос высокого давления подает воду под давлением через отверстие для создания точных разрезов на заготовке. Хотя большинство промышленных режущих устройств, использующих гидроабразивную технологию, позволяют использовать оба метода.

Процесс гидрорезки менее инвазивен по сравнению с гидроабразивной резкой. Струя также исключительно тонкая и не оказывает дополнительного давления на заготовку.

Резка водой без абразива резка идеально подходит для более мягких материалов, таких как пенопласт, войлок, дерево, резина, пищевые продукты и тонкие пластмассы.

Преимущества гидроабразивной резки

Гидроабразивная резка обладает определенными преимуществами, которые делают ее отличным выбором как для общего, так и для очень специфического применения. Ниже перечислены некоторые из этих преимуществ:

Высокая точность;
Отсутствие зоны термического влияния;
Отсутствие необходимости в смене инструмента;
Экономически эффективный процесс;
Совместимость с различными материалами;
Высокая устойчивость.

Высокая точность

Гидроабразивная резка известна тем, что обеспечивает высокую точность резки. Детали, вырезанные гидроабразивной резкой, имеют очень высокое качество, даже если они ограничены жесткими техническими условиями.

Станок гидроабразивной резки может работать с допусками до 0,025 мм (0,001 дюйма), но допуски от 0,075 до 0,125 мм более распространены для деталей толщиной менее одного дюйма.

Допуски могут увеличиваться при использовании более толстых материалов в зависимости от технологии. Точность зависит от таких факторов, как устойчивость стола, конструкция станка, расход абразива, управление потоком резания, запаздывание потока и погрешность процесса.

Отсутствие зоны термического влияния

Зона термического влияния (ЗТВ) является побочным продуктом большинства процессов горячей резки. В таких процессах, как лазерная резка, зона вокруг края реза не плавится во время обработки, но ее свойства изменяются.

Обесцвечивание, тепловое искажение и закаленные края - все это может повлиять на характеристики конечной детали. Такие детали требуют термообработки перед вводом в эксплуатацию.

Будучи процессом холодной резки, гидроабразивная резка не создает зон термического влияния. Благодаря этому конечные детали имеют превосходное качество кромок и более надежные свойства, не создавая при этом никакого напряжения в детали.

Таким образом, использование гидроабразивной резки снижает необходимость беспокоиться о несовершенных резах, слабых местах и короблении. Нетермический процесс резки также означает отсутствие шлака и окалины.

Высококачественные готовые детали

Гидроабразивная резка обеспечивает превосходное качество деталей, кромки получаются гладкими и не требуют удаления заусенцев.

Окончательное качество зависит от нескольких факторов, таких как скорость резки, давление, расход абразива и размер сопла. Для достижения оптимального результата может потребоваться изменение параметров процесса.

Отсутствие необходимости в смене инструмента

Гидроабразивный станок не использует никаких режущих инструментов, и сопло не нужно менять для обработки различных материалов и толщин. Одно и то же сопло используется для различных задач путем регулировки параметров потока, таких как скорость подачи, для достижения соответствующей скорости резки.

Поскольку смена инструмента между материалами не требуется, станок гидроабразивной резки может резать различные материалы один за другим, что повышает эффективность работы за счет экономии времени и затрат на смену инструмента.

Экономически эффективный процесс

Гидроабразивная резка является более экономически эффективной по сравнению с альтернативными методами резки во многих областях применения, особенно в пищевой промышленности. Этот процесс не всегда требует приспособлений, оснастки или зажимов, что увеличивает скорость производства.

Еще одним преимуществом этого процесса является возможность укладки и резки нескольких слоев материала за один проход. Вырезанные детали также не требуют последующей обработки, что снижает общую стоимость. Процесс также создает минимальное количество отходов материала.

Совместимость с различными материалами

Как уже объяснялось ранее, процесс гидроабразивной резки не ограничен типом материала. Он может резать широкий спектр материалов при условии правильного выбора параметров процесса и абразивных материалов. Мы подробно рассмотрим эту тему далее.

Высокая устойчивость процесса

В наше время экологичность является важным фактором при выборе производственного процесса. Процесс гидроабразивной резки отвечает всем необходимым требованиям, когда речь идет об экологичности. Он обладает такими удивительными преимуществами, как отсутствие образования шлака, отсутствие отходов окалины и отсутствие необходимости в нагреве деталей. Он также не создает токсичных испарений или парниковых газов.

Готовые детали также не требуют никакой последующей обработки, например, термической. Основной материал для резки - вода - также подлежит вторичной переработке, что снижает воздействие на окружающую среду. Кроме того, не требуются охлаждающие масла, поскольку водяная струя сама выступает в качестве охлаждающей жидкости.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Под каким давлением режет вода

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: плюсы и минусы

Особенностью гидроабразивной резки является воздействие на обрабатываемый материал водой с абразивными частицами. Скорость струи увеличивается с увеличением давления в сосуде, где она находится. Когда открывается отверстие диаметром 1 мм, вода движется через него со скоростью, превышающей скорость звука в 2 — 3 раза. Добавление в жидкость абразива увеличивает разрушающую силу воды.

С помощью гидроабразивной резки водой можно разрезать любые материалы. В некоторых случаях этот метод является единственным эффективным способом разрезать материал. К самым прочным материалам, которые можно резать таким способом, относятся такие: керамогранит, камень, металл, стекло и др.

Особенности технологии

Процесс происходит таким образом, что вода нагнетается насосом до давления 1000 — 6000 атмосфер. После этого она подается на режущую головку через сопло диаметром 0,08 — 0,5 мм. Поступая со сверхзвуковой скоростью в смесительную камеру, струя воды смешивается с абразивными частицами. Такая смесь, вырываясь из смесительной трубки, действует на обрабатываемый материал разрушающе.

Абразив может использоваться с различной степенью твердости. Чем выше этот показатель, тем более крепкий материал может разрезать. Но при этом стоит учитывать, что чем прочнее абразивные элементы, тем быстрее разрушается режущая головка. В качестве абразива могут использоваться такие вещества, как гранатовый или кварцевый песок для гидроабразивной резки, зерна электрокорунда или карбида кремния, частицы силикатного шлака.

Достоинства метода

Гидроабразивная резка применяется для обработки любых материалов. Температура, создаваемая в обрабатываемой области, может быть от 60 до 90С. Такая методика не обугливает края резки и не деформирует заготовку. Использование этой технологии имеет такие преимущества:

Высокое качество работы, обусловленное малой степенью возможности обугливания краев.
Возможность обработки термочувствительного сырья.
Экологическая безопасность, исключающая испарение вредных паров и газов.
Взрыво- и газобезопасность процесса.

Более точный способ обработки — это использование ЧПУ станков. Поскольку количество квалифицированных операторов ограничено, этот способ уступает ручному управлению.

Недостатки гидрорезки

Хотя гидроабразивная резка металла довольно эффективна, но применяется не всегда. Это обусловлено такими минусами метода:

Скорость разрезания не зависит от толщины материала, поэтому тонкие детали лучше резать плазменным или лазерным способом.
Высокая стоимость гидроабразивной резки, связанная с ценой оборудования и его обслуживания.
Повышенный шум, связанный со сверхзвуковой скоростью движения воды.

Достоинства такого выбора способа обработки перекрывают недостатки метода. Использовать гидроабразивную резку экономически выгодно, поскольку в результате получается качественная гладкая кромка, не требующая дополнительной обработки.

Ставьте палец вверх если статья была полезной и подписывайтесь на наш канал в Дзене — для нас это очень важно! =)

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.

Обрабатываемое изделие не нагревается и не деформируется.
Высококачественный рез, поэтому нет необходимости в последующей обработке изделия.
Потери металла – минимальны.
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:

Заготовка помещается в ванну с водой и закрепляется. На неавтоматизированном устройстве это нужно делать своими руками, на станке с ЧПУ – с помощью программы.
В ванну помещается инструментальная головка, в которую подаются вода и абразив. При этом устанавливаются необходимые рабочие параметры (давление воды, расход и т. д.).
Инструментальная головка направляется на обрабатываемый материал.
Струя воды и абразива разрезает заготовку.
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:

Цветные металлы, сплавы и нержавеющая сталь – максимум 150 мм.
Композитные материалы, углепластики – максимум 200 мм.
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.

Читайте также: