Assma.ru

Ремонт и стройка
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Установка гидроабразивной резки металла

Гидроабразивная резка металла не является инновационной технологией, использовать ее начали еще в 1960-х годах. Первой станки для выполнения такой резки начала применять американская авиастроительная компания. Именно руководство этой компании сделало официальное заявление о данном методе, описав его преимущества и рекомендовав применять его для резки металла и других материалов, обладающих высокой твердостью. С этого момента абразивная резка металла с использованием воды стала активно применяться предприятиями и завоевывать все большую популярность.

Суть данной технологии заключается в том, что в зону реза под большим давлением подается вода, в состав которой включены абразивные вещества. Любая установка гидроабразивной резки работает по следующей схеме.

  1. В смеситель аппарата из специальной емкости подаются вода и абразивный материал, в качестве которого преимущественно используется мелкий песок.
  2. После смешивания вода с абразивом поступает в сопло установки.
  3. В сопле формируется тонкая струя гидроабразивной смеси, которая под большим давлением подается в зону резки.

Принцип действия гидрообразивной резки

Технология, реализуемая по подобной схеме, позволяет не только выполнять резку быстро и с высоким качеством, но и значительно экономить на расходных материалах, самым дорогим из которых является обычный песок. Следует отметить, что по скорости выполнения абразивная резка с помощью воды сопоставима с плазменной технологией, а по качеству получаемого реза – с лазерной.

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:

  1. Давление — 2000…5000 ат (меньшие значения – для более мягких преимущественно тонколистовых материалов).
  2. Скорость водного потока – до 1000…1200 м/с.
  3. Расход абразива – до 50 г/с
  4. Средний размер абразивной частицы в плане – 100…600 мкм (с увеличением этого параметра точность разъединения материалов снижается).
  5. Расход воды – до 4 л/мин.
  6. 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.

Преимущества и недостатки холодной резки

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

4 Области применения оборудования для гидроабразивной резки

Когда есть такое оборудование, гидроабразивная резка металла становится не только лучшей альтернативой известным способам обработки, но иногда и единственно возможной. Станки отличаются высокой мощностью и способны разрезать нержавеющую сталь толщиной до 200 мм. Не имеет значения: цветной металл или нет, и насколько тверд материал. Скорость и эффективность резки, конечно, зависят от того, что именно подвергается обработке, но высокие качество, точность остаются неизменными.

Традиционные тепловые способы порезки просто бессильны при больших толщинах, а механические менее эффективны и точны. Лазерная резка титана, меди, алюминия, нержавеющей стали весьма проблематична. Камень или некоторые волоконные материалы лазеру вовсе не по зубам. Для пластмасс, которые покрыты металлом, гидроабразивная технология часто является единственным методом обработки, так как не оказывает отрицательного влияния на поверхность.

Примеры промышленного использования, где гидроабразивная резка особенно эффективна:

  • автомобильная и авиационная промышленность;
  • при производстве электронных компонентов, продуктов питания, пеноматериалов;
  • при изготовлении стекловолоконных уплотнений и изделий;
  • в обработке металлов, специальных и экзотических материалов;
  • работы с камнем, стеклом;
  • художественная резка текстиля, металла и других материалов;
  • производство изоляционных изделий.

Почему станки Р-Гар становятся все более востребованными

Еще несколько лет назад гидроабразивное оборудование мог обслуживать только высококвалифицированный оператор, который должен был контролировать скорость перемещения режущей головы. Любая ошибка сокращала эффективность процесса. Уменьшение скорости приводило к снижению точности и увеличению временных затрат. Завышенная скорость негативно сказывалась на качестве кромок и углов. Поэтому раньше гидроабразивные станки применяли в производстве, не требующем высокой точности, или для раскроя материалов, которые нельзя было разрезать другим способом.

Читать еще:  Рельефная резьба: от базовых навыков к уверенной технике

Станки, которые стала выпускать компания «Р-Гарнет», заметно расширили возможности технологии и упростили процесс контроля скорости. Наши конструкторы обладают многолетним опытом в проектировании и сборке оборудования с ЧПУ. Числовое программное управление всех осей осуществляется посредством сервомоторов через шарико-винтовую передачу. Мы оснащаем станки японскими сервоприводами Panasonic или Yaskawa.

Для повышения производительности станок можно оборудовать 2 или 4 независимыми режущими головами. Кроме того, мы предлагаем 4- и 5-осевые головы, которые позволяют снимать фаски, резать заготовку под углом до 90 градусов, компенсировать конусность реза и делать объемные вырезы.

Гидроабразивный станок – принцип работы

Насос высокого давления с помощью бустера нагнетает давление от 300 до 600 атмосфер. При этом все колебания, которые создаются насосом, гасятся в аккумуляторе давления большой емкости, что гарантирует свободную от пульсации струю воды. После этого воду для генерации струи можно подавать в любую произвольную точку по гибким трубам высокого давления.

Вода проходя через отверстие в головке диаметром четверть миллиметра (давление при это еще больше возрастает), попадает в камеру для смешивания. Там она соединяется с абразивом (мелкодисперсным песком) и попадает в формирующую струю сопло. В зависимости от толщины и материала детали оно может иметь диаметр от 0,6-1,2 мм. В режущей головке энергия давления воды преобразуется в кинетическую энергию водной струи. Вода проходя через сопло, всего в десятые доли миллиметра, выполненное из сверхтвердых материалов, ускоряется с образованием тонкой сфокусированной струи, служащей в качестве инструмента для резки.

Мягкие материалы, такие как резина, пластмасса режутся чистой струей воды. За счет добавления в струю песка, для усиления режущих способностей, можно производить обработку материалов любой твердости, таких как металлы, камень, стекло, композиты. Для твердых материалов предварительно выполняют черновое сверление. Для некоторых материалов предварительная центровка не нужна, так как при центровке материала уже первая капля воды смешивается с абразивом. Сегодня гидроабразивная резка позволяет с легкостью резать материалы толщиной до 150 мм.

Такой способ позволяет резать материалы без выделения тепловой энергии, так как она сразу поглощается водой. Кроме этого не требуется сложные и тяжелые приспособления для фиксации заготовки. Струя воды не оказывает такого сильного воздействия на заготовку как механические инструменты (резец, фреза или пила).

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.

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.

Мы реализуем оборудование с индивидуальным набором необходимых опций, собираемое под конкретные требования заказчика. У нас можно купить станок гидроабразивной резки со следующими особенностями:

Конструкция установки – портальные станки отличаются большими габаритами и высокой скоростью режущей головки, их выбирают для резки материалов значительной площади и толщины. Консольные установки при практически одинаковых функциональных возможностях более компактны. Роботизированные станки позволяют выполнять трехмерный раскрой любого материала.

Насосы высокого давления – центральный компонент станка, превращающий воду в высокоточный резак. В наличии системы от производителей DARDI (Китай) и KMT (Германия). Технические характеристики системы высокого давления (мощность и давление) определяют, с каким типом материала можно будет работать на данной установке, поэтому к выбору насоса следует подходить обдуманно. Ниже приведена таблица зависимости максимальной толщины резки различных материалов от рабочего давления насоса:

Рабочее давлениеМатериал, мм
Цветные металлыАлюминийТитанСтальСтеклоНатуральный камень
4000 бардо 180до 300до 250до 180до 160до 180
6000 бардо 300до 400до 300до 300без ограниченийбез ограничений

Режущие головки с дополнительными осями – позволяют усложнить задачу (рез по малым окружностям и под углом).

Блок ЧПУ и программное обеспечение – предлагаем системы управления европейского (ESA, Fagor) и китайского производства (Washing), совместимое с AutoCAD ПО торговых марок IGEMS (Швеция) или NewCam (Тайвань).

Сопла и фокусирующие трубки — играют большую роль при формировании режущей струи, а, следовательно, отражается и на толщине и качестве реза. Оптимального качества гидроабразивной резки можно достичь при помощи следующих комбинаций сопел и фокусирующих трубок:

Диаметр сопла, ммДиаметр фокусирующей трубки мм
10,150,6
20,250,8
30,30/0,331,0
40,41,2

Дополнительные опции , включающие наклонный рабочий стол, систему смягчения воды, датчик динамического контроля высоты режущей головки, автоматические системы загрузки и удаления абразива и прочие конструктивные особенности станков, направленные на увеличение срока эксплуатации и производительности работ.

Читать еще:  Безопасная резка пенопласта своими руками в домашних условиях

Сам принцип действия заимствован у природы. Естественный аналог — это эрозия горных пород под воздействием воды. Даже струя с ускорением свободного падения, падающая с небольшой высоты, вымывает гранит и базальт. Вопрос только во времени.

Если под высоким давлением поток чистой воды в виде тонкой струи разогнать до сверхзвуковой скорости (800-1000 м/с), а затем добавить абразив, твердость которого выше, чем у стали, то получится режущий инструмент с уникальными возможностями.

По такому принципу и работает станок гидроабразивной резки, способный раскроить лист металла толщиной до 300 мм.

Суть метода заключается в способности высокоскоростной струи с абразивом «отрывать» частички материала в зоне резки, и вымывать их вместе с потоком. При этом вода, помимо функции «транспортировки», одновременно охлаждает рабочую зону, не позволяя измениться физико-химическим свойствам металла от перегрева.

Технологически схема работы выглядит так:

  • насос высокого давления с помощью труб связан с форсункой, диаметр сопла которой находится в пределах 0.1-0.4 мм;
  • вода под высоким давлением (до 6500 bar), проходя через сопло разгоняется до скорости 1000—1200 м/с и поступает в смесительную камеру;
  • в эту же камеру из резервуара дозирующего устройства подается абразив (кварцевый или гранатовый песок определенной фракции);
  • рабочая смесь из воды и абразива проходит через смесительную трубку диаметром 0.6-1.2 мм на выходе рабочей головки, соприкасается с поверхностью металла и режет его.

Устройство станка

Крупноблочная типовая схема гидроабразивного станка имеет следующий вид:

  • корпус, состоящий из станины и защитных кожухов;
  • рабочий координатный стол с системой крепления заготовки;
  • резервуар с чистой водой;
  • насос высокого давления;
  • шланги и трубопроводы низкого/высокого давления для транспортировки воды;
  • емкость с абразивом и устройство его подачи в резервуар дозатора;
  • система дозировки абразива;
  • режущая головка (или блок из нескольких головок);
  • привод перемещения режущих головок;
  • система поддержки постоянной величины зазора между заготовкой и режущей головкой;
  • датчики, система контроля и управления станком;
  • емкость с водой для гашения энергии отработанной струи, сбора воды с абразивом и частичками металла.

В качестве обязательного условия надежной работы установки должна быть еще система водоподготовки с механической фильтрацией, обезжелезиванием и умягчением (удалением сульфатов, поглощением ионов кальция, магния и солей тяжелых металлов).

Особенности устройства основных узлов

В современных установках гидроабразивной резки применяют насосы высокого давления двух видов:

  1. Классический роторный насос прямого привода. Способен обеспечить рабочее давление до 4130 bar, которое создается путем вращения электродвигателем коленчатого вала с тремя поршнями. Второе название — насос триплекс;
  2. Насос-мультипликатор. Использует принцип гидравлического усиления давления в замкнутой системе, состоящей из поршня с большой площадью и плунжера с маленьким диаметром. Принцип действия заключается в том, что масло в опрессованной системе давит на поршень, который передает усилие плунжеру, контактирующему с водой. И если соотношение площадей сечения будет равно 20 к 1, то чтобы создать давление воды 4130 bar, надо обеспечить давление масла около 210 bar (с учетом потерь на трение о стенки поршня и плунжера). Этим видом насоса оснащено около 80% существующего парка станков с рабочим давлением 2700—6500 bar.

Контурный раскрой листового материала осуществляется режущей головкой. Но трёхосевого управления движением головки над координатным столом с заготовкой недостаточно.

Чтобы обеспечить высокое качество вертикальность стенки реза у заготовок с большой толщиной, надо компенсировать конусность струи. Кроме того, во многих случая требуется дополнительное создание кромочных фасок по внешней и внутренней грани плоскости реза, а также вырезку пазов и наклонных отверстий. Поэтому станки оснащают четырех- или пятиосевым приводом движения рабочей головки, работу которого можно разложить на две составляющие:

  • перемещение над координатным столом по осям X, Y, Z с помощью линейных двигателей;
  • вращение вокруг оси Z за счет прецизионного сервопривода — в одной плоскости для отработки вертикали и создания фаски, в двух плоскостях для обработки сложных поверхностей.

Минимальный угол поворота режущей головки у такого станка составляет ±45°, но есть модели установок с возможностью поворота даже в горизонтальную плоскость.

Если для гидрорезки (без использования абразива) режущая головка оканчивается соплом из драгоценного камня, то для гидроабразивной резки устройство этого узла более сложное, и состоит следующих элементов:

  1. Сопло из сапфира, рубина или алмаза. Чтобы поток воды высокого давления сделать максимально узким и разогнать до сверхзвуковой скорости, используют тончайшее сопло с диаметром не более 0.4 мм (чем больше диаметр, тем больше необходимая мощность насоса для достижения «рабочей» скорости струи). Кромка сопла должна иметь идеальную поверхность с острым краем — любая мельчайшая неровность, дефект или закругленность края создает зону турбулентности, что заканчивается практически мгновенным выходом головки из строя. Вторая причина разрушения — отложение кальция или воздействие твердой частицы, содержащейся в струе воды. Поэтому так важна водоподготовка. При соблюдении всех обязательных условий надежной работы, ресурс сопла из сапфира или рубина находится в пределах 50-200 часов, а из алмаза — на порядок больше.
  2. Смесительная камера. Работа основана на эффекте Вентури — при переходе потока жидкости с высокой скоростью из трубки большого диаметра через сопло, в камере за ним возникает зона разрежения с низким давлением. Абразив буквально всасывается в смесительную камеру, и вместе с потоком воды на большой скорости поступает в смесительную трубку.
  3. Смесительная трубка. Это конечная деталь режущей гидроабразивной головки. Внутренний диаметр трубки лежит в пределах 0.4-1.8 мм, а ее длина — 30-150 мм. Чтобы выдерживать воздействие скоростной струи воды с абразивом, трубку изготавливают из композитного карбида с предельно малым содержанием вяжущего. На входе из камеры отверстие трубки сделано в виде конуса, поэтому износ носит концентрический характер от входа к выходу. Износ (увеличение диаметра) происходит со скоростью 0.003-0.004 мм/час.
Читать еще:  Технология гидроабразивной резки металла

Управление

Управление может осуществляться через интерфейс самого станка, либо путем загрузки в систему подготовленных файлов-заданий в виде чертежей и технологических параметров, подготовленных в формате любого графического редактора, совместимого с ПО станка (CAD. COREL-DRAW или подобных).

Оператор, используя сервис интерфейса, может задавать координаты начала и окончания движения, корректировать скорость резки и направление.

Задание передается в систему автоматизированного управления для выполнения операций.

После этого надо установить режущую головку в начальную точку и запустить станок в работу. ПО станка преобразует данные файла-задания в команды управления насосом, дозатором абразива и двигателями привода головки.

Обратная связь САУ считывает показания датчиков, корректирует подачу воды и скорость движения головки, следит за выполнением задачи, обеспечивает плановое или аварийное отключение станка.

Кроме того, у оператора есть возможность в любой момент остановить работу устройства, отключить насос и сбросить давление в системе.

Цена гидроабразивной резки

Есть как минимум пять компонентов, которые определяют высокую цену оборудования:

  • насос и система трубопроводов высокого давления;
  • высокоточные приводы управления движения головкой;
  • интеллектуальная система управления;
  • сопло из драгоценных камней (пусть и искусственного происхождения);
  • смесительная трубка из композита с высокой твердостью.

А если учесть, что последних два компонента относятся к расходным деталям и добавить высокую цену абразива, то стоимость гидроабразивного раскроя получится самой дорогой среди всех видов. Но достоинства этого способа и качество обработки детали стоят этого.

Достоинства гидроабразивной резки

Если сравнивать с термическими и механическими методами раскроя, то у оборудования для гидроабразивной резки длинный список достоинств:

  • отсутствие термического воздействия на металл и изменения его физико-химических свойств;
  • у кромки практически идеальная поверхность;
  • большая толщина обрабатываемой заготовки;
  • контур раскроя может иметь любую кривизну и сложность;
  • высокая точность соответствия чертежу и технологических параметров;
  • повторяемость размеров с минимальными отклонениями у всего комплекта деталей;
  • возможность пакетной и параллельной обработки нескольких деталей сразу;
  • экологическая чистота;
  • тонкий разрез уменьшает отходы, которые нельзя пустить во вторичную переработку;
    взрывобезопасность.

И в заключение. Во многих технологических процессах гидроабразивная резка — это единственный способ высокоточной и чистой обработки металла, камня, стекла. И альтернативы у него нет.

Принцип действия и применение гидроабразивных станков

Станки для обработки металла гидроабразивом универсальны в применении, ведь их возможности не заканчиваются на раскрое металлопроката. Принцип действия водно-абразивных установок можно посмотреть на видео.

Основывается технология на специально разработанной системе подачи воды под высоким давлением на обрабатываемую поверхность.

Вспомогательным компонентом жидкости является абразив, который добавляется в воду. Обычно в качестве абразивной добавки используют микрочастицы песка.

Вода и песчинки одновременно подаются в смеситель из отдельных резервуаров, где тщательно перемешиваются. В результате полученная взвесь под давлением попадает в сопло установки.

Затем рабочий водно-абразивный инструмент, в виде интенсивной с определенными параметрами струи, направляется на заготовку и разрезает ее.

В данном случае скорость гидроабразивной резки можно сравнить разве что со скоростью работы плазмореза, а вот качество выполненного таким методом среза может соответствовать только качеству разрезания лазером.

Стремительное развитие современных технологий позволило усовершенствовать станки путем расширения их эксплуатационных возможностей. Благодаря чему их сфера использования возросла.

На сегодняшний день водно-абразивное оборудование дает возможность:

  • Проводить нестандартное разрезание любого материала, при этом меняющийся наклон реза не сказывается отрицательно на качестве. Рабочий процесс, выполняемый под любым углом наклона, дает возможность на выходе получить полностью готовые заготовки и не подвергать их финишной обработке;
  • Вырезать детали самых сложных геометрических форм с помощью числового программного обеспечения. В данном случае обработка проходит полностью в автоматическом режиме и не требует человеческого участия. Оборудование управляется специально заданной компьютерной программой. Гидроабразивная резка (например, обработка труб) позволяет выполнить нужную окружность без допустимых погрешностей;
  • Станки для обработки металла (труб) гидроабразивом, используемые в металлопрокате, дают возможность проводить разрезание максимальной толщины разного металла, как показано в видео. Так, обработка заготовки из среднеуглеродистой стали может выполняться с использованием материала максимальной толщины – 200 мм. Максимальная толщина титанового материала может составлять 15-17 мм; высокопрочные сплавы могут иметь толщину 12 мм. А вот толщина медной заготовки достигает лишь 5 мм;
  • Гидроабразивная технология нашла свое применение также и в сфере искусства. Оборудование позволяет производить разнообразные предметы дизайна и украшения, чаще всего обработка фигур происходит с применением ЧПУ.

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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector