Резка металла струей воды, гидроабразивная резка » ИнфоГлаз

Содержание Общепринятые обозначенияСущность процессаТехнология резкиТехнологические параметрыПреимущества, недостатки и сравнительная характеристикаЧто такое гидроабразивная резкаОбласть примененияПреимущества и недостаткиПромышленное применениеУстройство оборудования гидроабразивной резкиРежущий инструментРасходные материалыСвоими руками Гидрорезка (водоструйная резка) – вид резки, при котором материал обрабатывается тонкой сверхскоростной струей воды. При гидроабразивной резке для увеличения разрушительной силы водяной струи в нее добавляются частицы высокотвердого материала – абразива. Общепринятые обозначения ГАР – гидроабразивная резка WJC – Water Jet Cutting – резка водяной (или водно-абразивной) струей AWJC – Abrasive Water Jet Cutting – абразивная водоструйная резка Сущность процесса Если обычную воду сжать под давлением около 4000 атмосфер, а затем пропустить через отверстие диаметром меньше 1 мм, то она потечет со скоростью, превышающей скорость звука в 3–4 раза. Будучи направленной на обрабатываемое изделие, такая струя воды становится режущим инструментом. С добавлением частиц абразива ее режущая способность возрастает в сотни раз, и она способна разрезать почти любой материал. Технология гидроабразивной резки основана на принципе эрозионного (истирающего) воздействия абразива и водяной струи. Их высокоскоростные твердофазные частицы выступают в качестве переносчиков энергии и, ударяясь о частицы изделия, отрывают и удаляют последние из полости реза. Скорость эрозии зависит от кинетической энергии воздействующих частиц, их массы, твердости, формы и угла удара, а также от механических свойств обрабатываемого материала. Технология резки Вода, нагнетаемая насосом до сверхвысокого давления порядка 1000–6000 атмосфер, подается в режущую головку. Вырываясь через узкое сопло (дюзу) обычно диаметром 0,08–0,5 мм с околозуковой или сверхзвуковой скоростью (до 900–1200 м/c и выше), струя воды поступает в смесительную камеру, где начинает смешиваться с частицами абразива – гранатовым песком, зернами электрокорунда, карбида кремния или другого высокотвердого материала. Смешанная струя выходит из смесительной (смешивающей) трубки с внутренним диаметром 0,5–1,5 мм и разрезает материал. В некоторых моделях режущих головок абразив подается в смесительную трубку. Для гашения остаточной энергии струи используется слой воды толщиной, как правило, 70–100 сантиметров. Рисунок. Схема гидроабразивной резки Рисунок. Схема смешивания частицы абразива При гидрорезке (без абразива) схема упрощена: вода под давлением вырывается через сопло и направляется на разрезаемое изделие. Таблица. Характерная область применения технологий резки водой Гидрорезка Гидроабразивная резка Кожа, текстиль, войлок (обувная, кожаная, текстильная промышленность) Листы из сталей, металлов Пластики, резиновые изделия (автомобильная промышленность) Различные металлические детали (отливки, шестерни и др.) Электронные платы Сплавы алюминия, титана и др., композитные материалы, толстостенные пластмассы (авиационная и космическая промышленность) Ламинированные материалы (авиационная и космическая промышленность) Бетон, железобетон, гипсовые блоки, твердая брусчатка и др. строительные материалы Теплоизоляционные, уплотнительные и шумопонижающие материалы Камень, гранит, мрамор и др. Продукты питания – замороженные продукты, плотные продукты, шоколад,

Сущность технологии

Заготовка из металлического листа кладется на рабочую поверхность. Она раскраивается по нужному формату. Места кроя подвергаются воздействию воды с добавлением абразивных частиц. Эти вещества взаимодействуют c поверхностью, разрушая ее. При этом необходимо поддерживать определенное давление, напор, который обеспечивает нужную скорость подачи жидкости и твердых частичек. Задача оборудования по этой технологии – отделить часть от целого. Мощность аппарата велика, но способности ограничиваются плотностью сплава и его толщиной.

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.

Резка металла водой

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.

  1. Обрабатываемое изделие не нагревается и не деформируется.
  2. Высококачественный рез, поэтому нет необходимости в последующей обработке изделия.
  3. Потери металла – минимальны.
  4. Обрабатывать детали можно любого размера и в любом режиме – ручном или автоматическом (без участия человека).

Изделия из любых металлов обрабатываются с одинаковой скоростью. Работа состоит из одного этапа – перенастраивать оборудование не нужно. Следовательно, времени такая резка требует меньше, чем другие виды. Гидроабразивная резка идеально подходит для обработки тугоплавких материалов и сталей. И еще один приятный момент: такая работа не сопровождается выделением дыма, запаха и пыли.

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.

Метод

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.

Общепринятые обозначения

ГАР – гидроабразивная резка
WJC – Water Jet Cutting – резка водяной (или водно-абразивной) струей
AWJC – Abrasive Water Jet Cutting – абразивная водоструйная резка

Принцип работы гидроабразивной резки металла

Во время раскроя металлопроката происходят следующие процессы:

  • Двигатель приводит в движение насос, который создает водяную струю – она подается в смеситель из резервуара.
  • С другой стороны, одновременно с этим происходит подача абразива нужного количество и диаметра частиц.
  • Два элемента смешиваются до относительно однородной жидкости.
  • Смесь с высоким напором направляется на сопло, которое управляет наклоном и скоростью процесса.
  • Материал соприкасается с поверхностью заготовки, разрезая ее.

При этом происходит охлаждение металла.

давление жидкости

Область применения

Распространенность метода объясняется большими возможностями аппарата. Его можно использовать фактически для любых природных и синтетических материалов. Не распространяется это только на алмаз и каленое стекло. Особенность (а вместе с тем и востребованность) – можно проводить обработку таких вещества, которые нельзя нагревать – они теряют, меняют свои физико-химические свойств или подвержены легкому воспламенению. А резка струёй воды происходит без изменения температурного режима. Таким образом, значительно расширяется спектр возможных работ. Чаще всего металлообработке подвергают:

  • нержавейку;
  • инструментальную сталь;
  • алюминий;
  • титан;
  • латунь.

Также разрезают указанным методом гранит, мрамор и прочие натуральные и искусственные камни. Применение станка возможно только в условиях цеха, налаженного производства. Видео покажет, где его применяют:

Оборудование для гидрорезки

Называют «непыльным». Действительно, стружки фактически нет, вернее, они сразу вымывается водой, получается очень ровный и чистый срез, который, в большинстве случаев, даже не требует шлифовки. Технологический процесс построен на природном явлении водоемов – эрозии, то есть способности размывать берега, при этом обтачивая камни, корни деревьев. Суть остается прежней, но чтобы многократно ускорить воздействие, в жидкость добавляют абразив.

Такая смесь выпускается струей очень высокого напора. Давление доходит до 6 тысяч атмосфер, при этом развивается скорость, которая в три раза превышает распространение звуковой волны в воздухе, – 800-1000 метров в секунду. Две основные задачи оборудования:

  • отрыв и вымывание частиц материала заготовки;
  • моментальное охлаждение и очищение.

этапы функционирования рабочего инструментария

Устройство станка, который режет водой

Классический аппарат имеет множество узлов:

  • корпус – обычно состоит из металла, как наиболее износостойкого и долговечного материала, благодаря нему, он достаточно массивный;
  • емкость для воды – крупная, обычно не меньше двух кубических литров, но может быть больше;
  • мощный насос – он выполняет важную функцию, нагнетает высокое давление и направляет жидкость из резервуара в место объединения двух компонентов;
  • прочные шланги – соединяют все узлы;
  • отсек для хранения и подачи абразивных частиц;
  • смеситель;
  • инструмент – он регулирует мощность струи, ее ширину, направление;
  • плоскость, на которой расположена заготовка и будет происходить работа;
  • блок управления.

Большинство станков оснащены ЧПУ, инженер только руководит процессом с помощью пульта, но не занимается резкой вручную. Это удобно – нет негативного воздействия на обслуживающего машину человека и при этом достигается отличная точность. Еще одно достоинство ЧПУ – возможность использования программ для автоматизированного проектирования, на которых можно создавать проект в формате, совместимым с блоком управления.

Резка водой

Особенности устройства основных узлов

Уникальность установки заключается во многих отличиях, начиная с рабочего стола. Вместо привычной плоскости здесь представлена ванна с неглубокими бортами. Она оснащена ребрами для захвата и фиксации заготовки, они быстро снимаются и накладываются. Также емкость быстро набирается жидкостью, а затем сливается. Постоянное нахождение металла в водной среде позволяет избавить производство от шума и пыли. Емкость, которая содержит абразивные частицы, легко вынимается, имеет функцию пополнения даже в ходе работы, а также оснащена датчиками, контролирующими количество смеси.

Очень важна система перемещения инструмента. Она поставлена на ремни, которые двигают резак по линейным плоскостям. используются именно ремешки, а не цепи, так как они более невосприимчивы к влаге, а также у нечаянному попаданию абразива. Дополнительное преимущество – их легко менять при износе. Подробнее об устройства посмотрим на видео:

Управление

Для эффективной работы станка необходим труд нескольких инженеров и операционистов. Проектировщик обязан создать проект в специальной компьютерной среде. Затем файл помещается в память устройства. Машина сама распределяет функции на остальные узлы. Сотрудник отвечает за достаточное количество расходных материалов, за запуск программы, контроль за выполнением и своевременное оповещение о поломке. Специалист по оборудованию обязан проводить техническое обследование (профилактическое), а также устранять неполадки.

Гидроабразивные станки с ЧПУ

Числовое программное управление позволяет осуществлять наиболее трудные детали с погрешностью в половину миллиметра. Производственный процес полность автоматизирован, он не требует постоянных команд, ему необходимо только однажды задать программу (выбрать из списка или ввести в память) и поставить запуск. Такое оборудование дорогостоящее, но более эффективное. Нет человеческого фактора, то есть минимизирован риск ошибок.

выполнение резки водой

Как режут металл водой вручную

Менее популярные на производстве, зато теоретически возможны для изготовления в домашних условиях. Задача оператора – выбор угла резки, давления, напора и ширины струи. Работать с ним труднее, но, однажды научившись, специалист сможет делать очень эффективные простые формы. Точность остается высокой, но при этом набор функций относительно небольшой. Еще одно достоинство – цена значительно ниже, чем у оборудования с ЧПУ.

Применяемые материалы и инструменты

Расходные материалы

Основное сырье – это вода (чистая, прошедшая многоступенчатую фильтрацию, чтобы там не находилось примесей, которые могут вступить в реакцию с заготовкой) и абразивные частицы. Расход достаточно большой, при этом чем толще металл, тем больше расходников используется в секунду. Самое недорогой абразив – мелкий песок. Песчинки размером около 650 микрон эффективно справляются даже с тугоплавкими, высокопрочными сплавами. При этом имеют доступную стоимость. Также регулярно требуется проводить замену запчастей – трубок и шлангов, уплотнителей. Реже – мотора, резервуаров, сопел.

Какое давление нужно для резки металла водой под давлением

Минимальный напор – 1500 атмосфер, максимальный – 6000. Показатель настраивается в зависимости от плотности стали, от необходимой скорости работы. Делать это можно вручную или довериться умному блоку управления.

Станки, характеризующиеся высокой мощностью

Оборудование в промышленности

Современные станки для профессионального использования позволяют обрабатывать нержавеющую сталь толщиной до 20 сантиметров. При этом не важны прочностные показатели и группа металлов. Небольшой диаметр струи (1 мм) позволяет получать рез с очень высоким допуском. Если используется промышленный станок, то появляется возможность обработки камня и других твердых пород, таких как мрамор и др.

В настоящее время это один из наиболее эффективных и популярных методов резки стекла. ГАР работает как с тонким хрусталем, так и с пуленепробиваемым стеклом с точностью до микрона. Сегодня станки ГАР применяются для изготовления прокладок, обработки пеноматериалов, таких как резина и пластик. Но чтобы добиться оптимальных результатов, необходимо использовать современные электронные системы и различные сканеры.

yandex.ru

Недостатки гидроабразивной установки

Есть и некоторые сложности, связанные со станком:

  • необходимо часто пополнять уровень абразива, которое имеет достаточно высокую стоимость;
  • при резке тонколистового металла скорость остается невысокой;
  • при воздействии воды и кислорода заготовка автоматически приобретает склонность к коррозии, то есть если не нанести слой защитного покрытия, то может вскоре появиться ржавчина.

Резка водой - станок

Технология гидроабразивной резки материалов

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

Принцип работы и разрезаемые материалы


Резка металлических изделий происходит водяной струей в которую добавляют абразив, после чего она проходит через форсунку. Давление в 200-600 атмосфер позволяет разрезать множество материалов. Работа может осуществляться под любым углом, для этого лишь нужно изменить угол форсунки.
В данном случае можно эффективно резать:

  • металлы(черные и цветные) и их сплавы;
  • каменные изделия из мрамора и гранита;
  • сталь(нержавейка, жаропрочная, легированная);
  • бронированное, обычное и композитное стекло;
  • керамические изделия (бетон, плитка, керамика, гранит керамический);
  • композит;
  • резину;
  • пластмассу;
  • картон.

Резка особо твердого сырья осуществляется водой со специальным песком из минералов. Мягкие материалы(резина, пластик, картон) разрезаются исключительно водой без каких-либо примесей.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...