Гидроабразивная резка металлов – технология, станки, видео

Выполнение гидроабразивной резки ручным способом

Ручные станки для гидроабразивной резки отличаются от автоматизированных тем, что все параметры обработки в них выставляются, контролируются и корректируются оператором. Несмотря на некоторые неудобства эксплуатации, по сравнению с оборудованием с ЧПУ, такие станки обладают целым рядом преимуществ.

• Для обслуживания таких станков, отличающихся простотой в управлении и минимумом функциональных возможностей, не требуется профильное образование.
• Функциональные возможности, которыми обладают ручные установки гидроабразивной резки, позволяют изготавливать качественные и точные детали простых геометрических форм.
• Ручной станок для гидроабразивной резки отличается доступной стоимостью (в среднем в 1,5 раза дешевле аппаратов с ЧПУ).

Между тем для резки деталей сложных геометрических форм и требующих особо высокой точности получаемых размеров необходимо использовать станки с ЧПУ.

Необходимые материалы

При гидроабразивной резке расходуются два основных материала, за восполнением которых необходимо постоянно следить:

• мелкофракционный абразивный материал, в качестве которого чаще всего используется гранатовый песок,отличающийся особо высокой твердостью (размер крупинок такого песка не должен превышать 600 микрон);
• вода, прошедшая предварительную очистку от посторонних примесей.

Естественно, что это не единственные материалы, требуемые для осуществления резки с использованием воды и абразива. Для любого гидроабразивного станка необходимы электропитание, подача сжатого воздуха и замена изношенных элементов, к которым, в частности, относятся:

• элементы системы, отвечающей за подачу абразивной смеси: сопло, подающие трубки и др. (если своевременно не заменять изношенное сопло, то отверстие в нем может значительно увеличиться в диаметре, что приведет к снижению точности размеров формируемого реза).
• уплотнительные элементы насосной станции, которые отвечают за поддержание требуемого давления рабочей смеси.

Следует иметь в виду, что использование некачественных расходных материалов, в частности абразивного песка, приводит не только к снижению качества готовых изделий, но и к ускоренному износу аппаратов для резки.

Предназначение

Станки для резки металла водой универсальны в применении, так как позволяют резать или раскраивать заготовки различной толщинФы, независимо от материала. Благодаря высокой точности позиционирования режущего инструмента можно формировать сложные линии разреза, а также экономить материал за счёт малого диаметра водяного потока.

Станки применяются для обработки таких материалов:

• металлы и сплавы на их основе, включая тугоплавкие;
• стекло: обычное, армированное, триплекс;
• пористые и композитные материалы или многослойные утеплители;
• керамические или гранитные изделия;
• бетон, пенобетон, железобетон;
• пластик.

Оборудование для выполнения гидроабразивной резки используется в следующих сферах:

• космическая отрасль производства;
• самолётостроение;
• изготовление инструментов;
• резка натурального либо искусственного камня;
• машиностроительная сфера.

Преимущества и недостатки

Станки для гидроабразивной обработки обладают рядом преимуществ:

• резка заготовок различной толщины без деформирования или термического воздействия;
• минимальные потери материала за счёт малой толщины струи;
• эксплуатация 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 прочностные свойства, структуру;
• не требуется применение традиционных рабочих инструментов при резке, требующих аккуратности в работе, частых обслуживаниях, восстановлениях;
• простота эксплуатации, ремонта, обслуживания;
• возможна резка любых металлов или сплавов;
• во время работы отсутствуют выделения вредных химических соединений.

Гидроабразивные станки имеют также и недостатки:

• высокая стоимость используемых абразивных составов;
• малая скорость резки тонколистового металла;
• небольшой ресурс работы режущей головки, а также комплектующих;
• при контактировании с водой железо и сплавы на его основе подвержены коррозионным процессам.

Преимущества и недостатки резки с использованием абразива и воды

Оценить эффективность, производительность и точность гидроабразивной резки можно даже по видео такого процесса. Между тем существуют не только визуально оцениваемые преимущества данной технологии, к которым относятся:

• исключение нагрева обрабатываемой детали (отсюда невозможность ее деформации и, соответственно, высокая точность резки);
• широкий функционал оборудования, с помощью которого можно решать задачи даже самой высокой сложности;
• отсутствие необходимости в дополнительных работах по доработке полученных изделий;
• универсальность, которой обладает любой станок для гидроабразивной резки (с его помощью можно как резать резину, пластик, камень или металл, так и сверлить отверстия в различных материалах);
• высокая скорость, точность и экономичность процесса;
• исключительная безопасность процесса, в том числе его взрыво- и пожаробезопасность;
• возможность резки деталей большой толщины, в том числе и трубчатого сечения.

Насколько бы эффективным и эффектным ни был процесс гидроабразивной резки (см. видео в конце статьи), есть у этой технологии и недостатки. В частности, к ним можно отнести следующие.

• При резке образуется конусность кромки отрезаемой детали. Особенно такой недостаток заметен при резке деталей большой толщины. Чтобы не допустить появления этого дефекта, необходимо использовать специальные автоматизированные устройства, корректирующие угол наклона сопла в процессе обработки.
• На гидроабразивных станках обрабатывают как толстостенные, так и тонкостенные детали с одной скоростью, что несколько снижает рентабельность применения такой технологии. Чтобы увеличить рентабельность, тонкие детали разрезают сразу по несколько штук, складывая их в пачку.

Использование гидроабразивной резки особенно целесообразно в тех ситуациях, когда необходимо разрезать сложные детали с особо высокой точностью, затрачивая при этом минимальное количество времени.

Принципы выбора

Выбирая станки гидроабразивные, нужно учитывать следующие критерии:

• площадь рабочего стола, точностью позиционирования рабочего инструмента над его поверхностью;
• тип установленного водяного насоса, его системы охлаждения;
• точность дозирования абразивного материала;
• наличие системы очистки воды;
• тип установленного рабочего инструмента;
• объём бака для воды;
• способ управления — ручной или автоматизированный;
• возможность расширения функциональности;
• стоимость оборудования, наличие гарантии от производителя.

Производители и стоимость

Станок гидроабразивной резки изготавливается такими известными компаниями: ALICO, Bystronic, Caretta Technology, OMAX, Resato. Для практически всех моделей доступны расходные материалы, комплектующие производства AccuStream, BHDT, Thueringer, UHDE.

Средние цены на оборудование следующие:

• настольные станки с ЧПУ — от 90 тыс. руб.;
• портальные промышленные установки с ЧПУ — от 2,5 млн. руб.;
• специальное оборудование с тремя рабочими инструментами — от 250 тыс. евро.

Разновидности

Гидроабразивные установки бывают следующих видов:

• промышленный управляемый ЧПУ — используется для изготовления сложных конструкций с высокой производительностью, ориентирован на массовое производство деталей;
• настольный станок ЧПУ — применяется для создания сложных по конструкции и форме деталей, отличается небольшой мощностью и компактными размерами;
• портативный — используется для обработки материалов в сложных условиях или при нехватке доступного пространства для использования более производительного оборудования.

Станки для гидроабразивной резки с числовым программным управлением

Станок для гидроабразивной резки, оснащенный числовым программным управлением (ЧПУ), позволяет эффективно решать задачи по резке различной степени сложности. Высокая точность, с которой выполняет резку такой станок, позволяет изготавливать даже самые сложные детали и значительно минимизировать расход материала. Технологический процесс выполнения резки с помощью этого аппарата выглядит следующим образом.

• Для каждой детали на станок устанавливается специальное ПО, которое контролирует все параметры резки: состав рабочей смеси, ее давление и др.
• Станок для гидроабразивной резки с программным управлением обеспечивает постоянный контроль качества реза и корректирует режимы работы, если это необходимо. Именно такие опции подобного оборудования способствуют тому, что никакая дополнительная обработка готовых изделий, в том числе и шлифовка, после него не требуется.
• Станки с ЧПУ могут высверливать отверстия, а также выполнять еще целый перечень специфических операций.

Сферы применения

Данная технология имеет серьезные отличия от всех остальных методов разделения листового металла. При использовании такого метода поверхность обрабатываемого металла не испытывает давления и механического воздействия другого типа. Благодаря этому в зоне резки отсутствует трение, соответственно, исключен нагрев инструмента и поверхности детали, что положительно сказывается на качестве обработки и значительно расширяет область применения такой технологии.

Чаще всего абразивная резка с участием воды применяется для разделения листового металла, но в последнее время такой метод все активнее используют для обработки других материалов, к которым относятся:

• природные камни (гранит, мрамор и др.);
• керамическая плитка, листовое стекло;
• углеродистая и нержавеющая сталь, титан и другие металлы;
• железобетонные конструкции;
• различные полимерные материалы и резина.

Использование технологии гидроабразивной резки позволяет минимизировать расход материалов, что является ее весомым преимуществом. Кроме того, резка с использованием абразива и воды – это единственно возможный способ разделения металла на предприятиях с высокой пожаро- и взрывоопасностью.

Технические характеристики

Станки для гидроабразивной резки обладают следующими характеристиками:

• 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 выходное отверстие для абразива — 1 мм;
• точность позиционирования рабочей головки — 0,05 мм;
• объёма водяного бака и ёмкости с абразивом хватает на 1-2 часа непрерывной работы;
• материал выходного сопла — алмаз, рубин;
• способ управления — ручной или автоматизированный;
• позиционирование головок при помощи сервоприводов.

Устройство и принцип работы

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

• корпуса, внутри которого размещены силовые, электронные компоненты, а снаружи расположен защитный кожух, установлена станина;
• насоса для создания струи воды под высоким давлением;
• координатного стола для установки, крепления заготовки;
• бака для заливки воды;
• трубопровода для подачи воды под высоким давлением от насоса к соплу;
• ёмкости для абразивного материала;
• дозирующей системы, позволяющей добавлять в поток воды абразив;
• рабочей головки с соплом;
• привода, перемещающего головку над рабочей поверхностью;
• датчика, обеспечивающего соблюдение расстояния от сопла до поверхности обрабатываемого материала;
• ёмкости для гашения струи, а также сбора смеси отработанной жидкости с абразивом, материалом заготовки.

Станки для гидроабразивной обработки универсальны в применении. Их можно использовать для резки камня, древесины, резины, пластиков. При этом важно правильно подбирать количество абразива либо в некоторых случаях его вообще не использовать.

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

• количество поступающего материала;
• уровень заполнения бака абразивом;
• попадание постороннего предмета в рабочий инструмент, выполняющий аварийный останов работы станка.

Ванна, в которой выполняется резка, имеет следующие особенности:

• нержавеющие съёмные опоры;
• быстро заменяемые рёбра для поддержки заготовки;
• система контроля уровня воды, позволяющая выполнять резку деталей, полностью погружённых в неё.

Принцип действия станка:

1. При включении питания насос прямого действия начинает формировать поток воды, направляемый по трубопроводу к соплу.
2. Вода при прохождении через сопло ускоряется до 1–1,2 км/с, а затем попадает в камеру, в которую подаётся абразивный материал, захватывая его.
3. Готовая смесь воды и абразива подаётся в специальную рабочую головку, а затем под высоким напором выходит из неё, соприкасается с поверхностью заготовки, прорезает её.