Оборудование для гидроабразивной резки, точность получения заготовок водным резаком

В настоящее время гидрорезка своими руками не является чем-то очень секретным или таинственным. Стремительное развитие науки и новых стандартов жизни делает технологию доступной для всех желающих. Практически во всех металлопрокатных и машиностроительных сферах присутствует оборудование, работающее на основе таких методов, при этом оно превосходит многие другие существующие приборы. В некоторых случаях даже самые передовые плазменные агрегаты не способны обеспечить высокую точность резки, и единственным решением остаётся именно гидроабразивный резак.

Первые упоминания о применении технологии в реальных условиях появились не так давно, а ключевой площадкой дальнейшего развития и популяризации стала американская авиастроительная компания, которая перечислила множество плюсов такого способа порезки стали или другого сырья. С тех пор у водно-абразивного резки нет практически нет конкурентов, при этом области применения постоянно расширяются.

Преимущества технологии

С каждым годом многие люди интересуются вопросом резки металла водой своими руками. Это не странно, ведь технология позволяет выполнять огромное количество сложных задач по обработке металлических заготовок, что делает её актуальной для разных сфер деятельности. Применяемое для резки оборудование по-особому востребовано для толстостенных изделий. Только с его помощью можно достичь высочайшего качества линий с рабочей зоны 200-мм стального листа. Поверхность листа получается идеально ровной, а на линии среза отсутствуют заусеницы или окалины.

Среди ключевых преимуществ такой технологии — идеальная точность среза при щадящем температурном режиме. Однако это далеко не все плюсы, ведь их гораздо больше. Даже высокая стоимость базовой установки не считается недостатков, ведь она компенсируется экономией на крепежных узлах и рабочих элементах, которые не нужны даже для обработки тонкостенных изделий.

В числе плюсов: отсутствие пыли, дымовой завесы и любых других неблагоприятных факторов. К тому же вам не нужно проводить замену изношенных режущей частей и следить за остротой резака, т. к. его, в нашем обычном представлении, нет. Вместо этого в станках применяется струя воды, которая дополняется абразивными частичками.

Гидроабразивная обработка среза выполняется в один этап, при этом скорость работы проходит без задержек и не снижается, даже при выполнении сложных операций с толстостенными изделиями.

За счёт универсальных показателей на одном станке можно одновременно обрабатывать самые различные материалы, в том числе и:

  • резину;
  • стекло;
  • пластик;
  • многослойное сырье.

Водяные резаки по металлу безопасны в эксплуатации, поэтому их часто устанавливают на предприятиях, где присутствует большой риск взрывоопасности.

Принцип работы и сферы применения

Резка металла водой под давлением является очень популярной технологией обработки разных материалов. Отличная универсальность позволяет применять устройства в разных сферах человеческой деятельности, не останавливаясь на раскрое заготовок из металла. Технология построена на специально созданной системе подачи воды под большим давлением на обрабатываемую поверхность.

В качестве дополнительного элемента используется абразив, который добавляют в воду. Это может быть мелкозернистый песок, который попадает вместе с водой в смеситель из отдельных ёмкостей. После этого полученный состав поддаётся большому давлению и попадает в сопло станка.

Затем, рабочий водно-абразивный резак, представленный сильной струей с определенными рабочими параметрами, направляется на заготовку и разрезает её.

Если учесть скорость гидравлической резки, то она может сравниться лишь со скоростью плазменной технологии, при этом по качеству работы гидроабразивный метод догоняет лишь качество резки лазерным оборудованием.

Стремительное развитие современных технологий позволило существенно модернизировать систему и расширить базовые возможности. Из-за таких особенностей сферы применения существенно расширились.

Возможности современных водно-абразивных станков

Современные станки, работающие на основе гидроабразивной технологии, позволяют:

  1. Создавать самые различные конструкции с любой геометрической формой. Это обусловлено поддержкой числового программирования станков, поэтому дальнейшая обработка происходит в автоматизированном режиме и не нуждается в помощи обученного специалиста. Управление станком осуществляет соответствующее программное обеспечение. Из-за такой особенности гидроабразивный метод часто используется для вырезания труб с необходимой окружностью.
  2. Создавать нестандартный рез, при этом без существенной потери качества из-за смены наклона. Процедура, выполняющаяся под любым наклоном, обеспечивает высочайшую точность резки и позволяет создавать готовые изделия без финишной постобработки.
  3. Сегодня резку водой используют для изготовления настоящих произведений искусства. С помощью передовых технологий можно создавать роскошные украшения и дизайнерские предметы. В большинстве случаев для таких целей применяется ЧПУ.
  4. Установки для гидроабразивной обработки, которые нашли применение в металлопрокате, эффективны для создания разрезов максимальной толщины. Для примера, обработка изделий из среднеуглеродистого металла происходит при толщине вплоть до 20 сантиметров. При использовании титановых заготовок допустимая толщина составляет 16−18 мм, а самые высокопрочные металлы могут достигать 11 миллиметров в толщине. Однако для обработки меди нельзя использовать материалы с толщиной, превышающей отметку в 6 миллиметров.

Базовые тонкости работы станков с ЧПУ

Чтобы расширить сферы применения гидроабразивной технологии, производители стали выпускать на рынок станки с ЧПУ. Они способны:

  1. Увеличить объёмы выполняемых работ.
  2. Повысить качество работы.
  3. Поднять производительность.

Такое оборудование по-особому необходимо для создания медных, алюминиевых или стальных изделий. Из-за высокой точности порезки, которая характерна для водно-абразивных станков с ЧПУ, характерные отклонения от заданных параметров практически отсутствуют.

Среди преимуществ гидроабразивных устройств с ЧПУ следует выделить такие:

  1. Отсутствие неправильного выбора струи. Если модели без ЧПУ не способны автоматически регулировать и мониторить качество реза, нуждаясь в ручной корректировке установленного режима, то их усовершенствованная версия работает в полном автомате.
  2. Станки, оборудованные ЧПУ, работают на базе установленного программного обеспечения. При этом обработка конкретной детали выполняется с учётом индивидуальных параметров. В автоматическом режиме выбирается напор струи, состав режущей смеси и ряд других тонкостей.
  3. После успешного завершения гидроабразивной резки заготовка превращается в готовую деталь, которая не нуждается в дополнительной обработке или шлифовке на участке среза.
  4. С помощью специальных программ можно проделывать отверстия с необходимым сечением.

Ручные аппараты для гидроабразивной резки

Кроме автоматизированных систем, в продаже предлагаются и такие модели, которые требуют воздействия оператора. В таком случае угол и другие характеристики резки задаются вручную.

Не секрет, что значительную часть работ приходится выполнять своими руками, поэтому показатели комфорта и удобства использования оставляют желать лучшего. Однако у таких приборов есть и неоспоримые достоинства, заключающие в следующих факторах:

  1. Ручной гидроабразивный станок не требует особой квалификации специалиста. Работать с таким оборудованием может неопытный человек, не имеющий профессионального образования и навыков.
  2. Стоимость установок без ЧПУ существенно ниже.
  3. Приборы обладают всеми техническими характеристиками, позволяющими получить изделия с простыми формами.
  4. У ручных станков небольшой набор функций и простота управления. Регулировать их можно вручную.
  5. Высокая точность и качество резки, возможность обрабатывать заготовку под определенным наклоном, а также получение простых фигур или сложных изделий — всё это присутствует при обработке практически любых материалов. В их числе: медь, стекло и сталь.

Расходное сырье для гидроабразивных устройств

Всё, что может понадобиться для продуктивной и качественной работы гидроабразивных станков — периодическая замена изношенных деталей и расходный материалов. Даже модели с ЧПУ обладают высокими показателями расхода абразива, которые нередко превышают отметки в 350 гр. в 1 минуту. Связано это с тем, что при работе с толстостенным материалом, эти показатели стремительно растут.

В качестве абразивных частиц может использоваться мелкозернистый песок, обеспечивающий эффективную резку тугоплавких или тягучих материалов. Физические размеры микропесчинки могут составлять около 650 микрон. Кроме абразива, в процессе обработки используется и вода, которая предварительно фильтруется и подготавливается для дальнейшей работы.

Если не обработать воду, качество предстоящей резки существенно упадёт. Что касается деталей, которые подлежат замене, то они представлены: направляющими трубками и сопло, а также системой подачи абразивной смеси. А также применяются уплотнительные части гидравлической станции, обеспечивающие требуемый напор в системе.

Тонкости ручной резки

Чтобы эффективно управлять процессом ручной резки, необходимо самостоятельно подавать заготовки и контролировать их перемещение с позиционированием. Кроме этого, иногда приходится и регулировать системы охлаждения. Для этого оператору следует регулярно нажимать определенные кнопки и менять заданные параметры. Для примера, чтобы поменять позиционирование требуется вести несколько значений по координатам. Однако даже при ручной обработке не исключается наличие полуавтоматических систем. Так, при вводе ошибочных параметров техника автоматически вернет значения в исходное положение.

Как уже говорилось, ручная резка пользуется большой популярностью из-за высокой чёткости линии раскроя, а также поддержки обработки практически любых металлов, в том числе и резины. При этом подобные модели полностью взрыво- и пожаробезопасные. Из недостатков — невысокая скорость работы при обработке тонколистных изделий, а также минимальный уровень износостойкости рабочих частей и высокая стоимость расходного материала, т. е. абразива. При этом существенная экономия всё-таки присутствует.

Для примера, с помощью ручной гидроабразивной резки можно быстро решить ответственную задачу по подготовке сырья для последующего монтажа. К тому же такие изделия как сэндвич-панели, сотовые листы и ряд других ячеистых строительных материалов, обрабатываются только таким путём. Чтобы повысить производительность работ, большинство производителей также применяют пакетную резку, позволяющую существенно сэкономить время.

Гидроабразивная резка как незаменимый элемент современного производства

Современные гидроабразивные станки широко используются в самых различных сферах человеческой деятельности. При этом области применения постоянно расширяются, а модернизация системы позволяет выполнять самую сложную работу. Подобным образом работает и пескоструйный инструмент, который предназначается для качественной и быстрой шлифовки поверхностей.

В свою очередь, гидроабразивный метод позволяет достичь высочайшей точности выполнения раскроя и отсутствия вредных процессов, которые характерны для традиционных способов обработки. В частности, тепловые и механические воздействия лишь иногда проходят без деформации областей, которые окружают место реза. Однако, чтобы достичь успешных результатов приходится вкладывать большие средства для приобретения расходного материала. Но чем выше качество таких частиц, тем успешнее будет результат.

Машиностроительная отрасль для изготовления металлоконструкций использует заготовки с разным профилем и различной толщины. И для их получения используются различные методы резки. Но стоит отметить, что для резки толстых листов, свыше 150 мм, термические методы не подходят.

На помощь приходит гидроабразивная резка. Принцип основан на природных явлениях, когда вода, капающая на камень, вызывает в нем эрозию. Всем известна поговорка: «Вода камень точит». В природе процесс протекает в течение длительного времени. Искусственно созданные условия позволяют раскраивать различные материалы в кратчайшие сроки.

Основным отличием гидроабразивной резки от других методов является то, что процесс протекает без нагревания кромки материала (не выше 90°С). Вода подается под высоким давлением 600 МПа и на выходе имеет скорость около 2019 м/с, которая превышает скорость звука в три раза.

Установка гидроабразивной резки

Конструкция установки включает в себя следующие узлы:

  • корпус (станина);
  • стол координатный, располагается в ванне с водой, которая гасит энергию водяной струи;
  • емкость для воды, объем которой не менее 2 м³ ;
  • насосная станция, повышающая давление;
  • соединительные трубопроводы;
  • емкость для абразива;
  • система подачи и смешивания;
  • резак;
  • кожух защитный;
  • система управления;
  • система перемещения;
  • система очистки воды.

Для улучшения качества водоподготовки некоторые конструкции дооснащаются фильтрами, смягчителями, удалителями соединений железа.

Гидроабразивная установка способна резать следующие материалы:

  • металлы:
    • черные;
    • цветные;
    • жаропрочные стали;
    • нержавеющие стали;
  • композиты;
  • камни:
    • природные;
    • искусственные;
  • керамику;
  • все виды стекла;
  • бетон;
  • сотовые и пористые материалы;
  • мягкие материалы:
    • кожа;
    • ткань;
    • картон;
    • пластмасса;
    • полиуретан.

Оборудование для гидроабразивной резки работает следующим образом:

  • Заготовка из листового материала укладывается на стол. Стол состоит из несущих опор, выполненных из коррозионно-стойкой стали; быстросъемных ребер, которые меняются при износе.
  • Ванна заполняется водой до тех пор, пока заготовка полностью не скроется под ней. Это обеспечивает защиту рабочей зоны от пыли и шума. Громкость снижается до 65 Дб.
  • Насосная станция создает рабочее давление и подает воду по трубопроводам в рабочую зону, к резаку в смесительную камеру.
  • Резак оборудован форсункой, размер сопла которой равен 0,1 мм — 0,4 мм .
  • В смесительную камеру подается абразив. Используется гранатовый или кварцевый песок мелких фракций.
  • Получившаяся рабочая смесь, гидроабразив, выходит наружу через отверстие размером 0,6 мм — 1,2 мм. Струя выбивает из материала его частицы и смывает в ванну. Высокая скорость струи и твердость абразива позволяют вести раскрой на высокой скорости.
  • Координатный стол оборудован приводами, состоящими из линейного двигателя и ременной передачи. Стол перемещается в горизонтальной плоскости в двух координатах X и Y. Также предусмотрена вертикальная подача Z круговое вращение С и наклон резака А.
  • Наклон резака на угол ± 45° предназначен для создания фаски и коррекции реза. Чем толще материал, тем сильнее струя отклоняется от вертикальной плоскости. Для получения перпендикулярной плоскости торца применяется коррекция положения режущей головки.

Типы насосов

Одним из основных узлов станка считается насосная станция — насос высокого давления. В зависимости от необходимого давления воды используются два типа насосов:

  • плунжерные;
  • мультипликаторные.

Плунжерный насос или роторный прямого действия поднимает давление рабочей жидкости до 400 — 415 МПа. Плунжер перемещается в закрытой камере, вытесняя воду. При достижении необходимого давления срабатывает выходной клапан, рабочая жидкость подается на исполнительный орган. После снижения давления клапан закрывается и цикл повторяется. Для снижения риска гидроударов и для обеспечения плавности хода в схему включается гидроаккумулятор.

Мультипликаторный насос создает давление 400−600 МПа. Достигается данный эффект путем воздействия невысокого давления (первичного) на поршень, который толкает плунжер, который создает давление, увеличенное в 20 кратном размере за счет изменения площадей. Подаваемое первичное усилие в 20 МПа на выходе уже имеет рабочее давление равное 400 МПа. Непрерывность потока жидкости мультипликаторных насосов обеспечивает прокачка воды в обоих направлениях. Насосы двухстороннего действия.

Гидроабразивный резак

Сам гидрорезак имеет несложную конструкцию, состоящую из 2 трубок для подвода воды и абразива, смесителя для приготовления водной суспензии, сопла, формирующего струю и защитного кожуха.

Сопло резака подвергается интенсивному износу 3−4 мкм в час. Поэтому в некоторых случаях его изготовляют из драгоценных камней: сапфира, рубина, алмаза. Для создания реактивной струи в сопле предусмотрено отверстие равное 0,4 мм. При увеличении диаметра отверстия в сопле требуется более мощный насос.

Кромки на сопле должны быть шлифованными. Если на ней есть мелкая неточность или неровность создается зона турбулентности, приводящая сопло к выходу из строя. Сопла, изготовленные из рубина или сапфира, работают до 200 часов, а алмазные значительно дольше.

Смешивание абразива с водой происходит за счет разряжения в камере при проходе через нее воды. Смешивающую трубку на входе изготавливают в виде конуса, а используемый материал — композитный карбид.

Резак имеет 2 степени подвижности, что позволяет резать криволинейные поверхности. Фокусировать положение режущей головки помогает система высоты подъема и защиты от столкновений.

Защита от столкновений — это датчик удара, закрепленный на защитном кожухе головки. При появлении неровности на раскраиваемом металле подается сигнал в систему управления, и гидрорез останавливается до устранения возникшего чп или перемещается в вертикальной плоскости, компенсируя неровность поверхности.

Для отслеживания координат резаки оснащаются системой оптического локатора. Это влагозащищенная миниатюрная видеокамера. Передаваемое изображение переводится в систему счисления и ведется координация точек, записанных в память программы.

Преимущества и недостатки холодной резки

Достоинства:

  • незначительная температура не выжигает с торца химические элементы, тем самым свойства материала не меняются;
  • ровная поверхность по резу;
  • минимальные потери материала;
  • раскрой различных материалов;
  • возможность обработки деталей толщиной 300 мм и более;
  • технологическая точность;
  • чистота обработанной поверхности Ra 1.6;
  • минимальное расстояние от торца листа 0,5 мм ;
  • контур заготовки любой сложности;
  • пакетная обработка листовых материалов;
  • отсутствие больших механических нагрузок;
  • экологичность;
  • взрыво- и пожаробезопасность из-за отсутствия использования горючих газов;
  • быстрая замена изношенных сопел;
  • точность перемещений, погрешность 25 мкм.

Недостатки:

  • дорогой процесс;
  • невысокий ресурс работы сопел;
  • необходимость использования коррозионно-стойких материалов.

Область применения насоса для гидроабразивной резки

Некоторые материалы не приемлют термической обработки, а механическая резка может испортить внешний вид. Поэтому гидрорезка может быть единственным способом получения заготовок.

Где показывает наибольшую эффективность данный метод:

  • автомобилестроение;
  • авиастроение;
  • машиностроение;
  • электроника;
  • продукты питания;
  • художественное творчество.

Ведущие производители

Известные производители оборудования для гидрорезки:

  • 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.