Каким давление воды режут металл

Содержание статьи

Гидроабразивная резка

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 сентября 2016; проверки требуют 19 правок.

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

Гидроабразивная резка — вид обработки материалов резанием, где в качестве режущего инструмента вместо резца используется струя воды или смеси воды и абразивного материала, испускаемая с высокой скоростью и под высоким давлением. В природе подобный процесс, протекающий естественным образом, называется водной эрозией.

История[править | править код]

Первые попытки использования струи воды в промышленности были осуществлены в 30-х годах XX столетия американскими и советскими инженерами для выемки камня, руды и угля. Серьёзным импульсом развития технологии резки струёй воды под высоким давлением послужило её использование в авиастроительной и аэрокосмической индустрии.

Технология гидроабразивной резки материалов (ГАР) существует уже более 40 лет. История появления технологии уходит своими корнями в 50-е годы XX столетия. Наиболее активно исследования в этой области велись в СССР в 1940-ых годах, но затем почему-то заглохли. Затем в 1979 году в США специалисты попробовали добавлять в струю абразивный песок, благодаря чему её режущие свойства многократно увеличились. В 1980 году был спроектирован и запущен первый прототип гидроабразивного станка, а в 1983 году началось серийное производство оборудования и комплектующих для ГАР.

Процесс резания происходит в результате эрозионного воздействия на материал струи воды с твёрдыми абразивными частицами, подающейся под сверхвысоким давлением. На сегодняшний день технология ГАР по праву относится к числу наиболее динамично развивающихся способов раскроя материалов и составляет серьёзную конкуренцию таким традиционным технологиям, как лазерная и плазменная резка, а также механообработка. Гидроабразивная струя по своим физическим характеристикам представляет собой идеальный режущий инструмент, не имеющий износа. Диаметр струи может составлять 0,5 — 1,5 мм (в зависимости от типа используемых дюз и смешивающих трубок), благодаря чему отход обрабатываемого материала минимален, рез можно начинать в любой точке по контуру любой сложности. Отсутствие теплового и механического (деформирующего) воздействия — ещё одно достоинство ГАР, благодаря которому исходные физико-механические характеристики обрабатываемого материала остаются без изменений. Процесс гидроабразивной резки экологически чист и абсолютно пожаробезопасен, поскольку исключена вероятность горения / плавления материала и образования вредных испарений. Для некоторых видов материалов — керамика, композиты, многослойные и сотовые конструкции — не существуют технологии обработки, альтернативной ГАР. Впечатляющим является и диапазон обрабатываемых толщин — 0,1 мм — 300 мм и выше, что делает станок гидроабразивной резки подчас жизненно необходимым инструментом в таких сферах, как машиностроение, инструментальное производство, авиационно-космическая промышленность, производство продукции для оборонной и транспортной промышленности, камнеобработка.

Описание технологии гидроабразивной резки[править | править код]

В основе технологии гидроабразивной резки лежит принцип эрозионного воздействия смеси высокоскоростной водяной струи и твёрдых абразивных частиц на обрабатываемый материал. Физическая суть механизма гидроабразивной резки состоит в отрыве и уносе из полости реза частиц материала скоростным потоком твердофазных частиц. Устойчивость истечения и эффективность воздействия двухфазной струи (вода и абразив) обеспечиваются оптимальным выбором целого ряда параметров резки, включая давление и расход воды, а также расход и размер частиц абразивного материала.

Достоинства гидроабразивной резки[править | править код]

отсутствие термического воздействия на материал (температура в зоне реза 60-90ºС);
отсутствие выгорания легирующих элементов в легированных сталях и сплавах;
отсутствие оплавления и пригорания материала на кромках обработанных деталей и в прилегающей зоне;
полная пожаро- и взрывобезопасность процесса;
существенно меньшие потери материала;
широкий спектр разрезаемых материалов и толщин (до 150-300 мм и более);
высокая эффективность резки листовых материалов толщиной более 8 мм;
возможность реза тонколистовых материалов в пакете из нескольких слоёв для повышения производительности, в том числе за счёт уменьшения холостых ходов режущей головки;
экологическая чистота и полное отсутствие вредных газовыделений;
высокое качество реза (шероховатость кромки Ra 1,6).

Недостатки данной технологии[править | править код]

Недостаточно высокая скорость реза тонколистовой стали;
Ограниченный ресурс отдельных комплектующих и режущей головки;
Высокая стоимость абразива (расходный материал);
Коррозия металла.

Разрезаемые материалы[править | править код]

При помощи гидроабразивной струи резать можно практически любые материалы:

черные металлы и сплавы;
труднообрабатываемые легированные стали и сплавы (в том числе жаропрочные и нержавеющие);
цветные металлы и сплавы (медь, никель, алюминий, магний, титан и их сплавы);
композиционные материалы;
керамические материалы (гнейсогранит, плитка);
природные и искусственные камни (гранит, мрамор и т. д.);
стекло и композиционное стекло (триплекс, бронестекло, армированное стекло, стеклотекстолит и т. п.);
пористые и прозрачные материалы;
сотовые и сандвич-конструкции;
бетон и железобетон.

Резка мягких материалов, таких как полиуретан, поролон и другие пеноматериалы, пластмассы, кожаные изделия, картон, ткани и т. п. осуществляется только струёй воды без добавления абразива.

Технология ГАР находит применение и в пищевой промышленности, — для резки и порционирования пищевых продуктов.

Система гидроабразивной резки[править | править код]

Гидроабразивная резка осуществляется с помощью станков гидроабразивной резки.

Принцип работы[править | править код]

Вода, сжатая одним из основных компонентов системы — насосом высокого давления (4000 бар или более), проходит через водяное сопло, образующее струю диаметром 0,2-0,35 мм, попадающую в смесительную камеру. В смесительной камере происходит смешивание воды с абразивом (гранитным песком) и далее она проходит через второе, твердосплавное или алмазное сопло с внутренним диаметром 0,6-1,2 мм. Из этого сопла струя воды с абразивом выходит со скоростью около 1000 м/сек и попадает на поверхность разрезаемого материала.

Гидроабразивные станки в промышленности[править | править код]

Гидроабразивные станки могут резать нержавеющую сталь до 200 мм толщиной. Для станка не имеет значения, насколько твёрд материал, цветной это металл или нет. Небольшой размер струи (примерно 1 мм) позволяет производить чётко очерченные углы с очень низким допуском.
Гидроабразивные станки с высокой производительностью обрабатывают натуральный и искусственный камень.
Гидроабразивные станки — одни из самых эффективных для резки стекла. Возможно разрезание как самого тонкого хрустального стекла, так и прочного пуленепробиваемого стекла с микронной точностью.
Гидроабразивные станки часто применяются для производства прокладок.
ГАР подходит для резки любых материалов: от каленой пружинной стали до таких цветных металлов, как латунь и медь, а также тонких графитовых композиционных материалов и таких мягких материалов, как резина и бумага.
Гидроабразивный метод резки часто используется для серийного и мелкосерийного производства и изготовления опытных образцов.
Гидроабразивный станок также применяется для резки пеноматериалов, резины, пластика, изоляционных материалов, ткани. Благодаря тонкой струе можно достигать плотного раскроя. Высокая производительность гидроабразива достигается при использовании оборудования с автоматической загрузкой/разгрузкой.

Особенности конструкции[править | править код]

Рабочая ванна станка

Несущие опоры станка выполнены из нержавеющей стали и имеют возможность простой замены в случае износа.
Для поддержки обрабатываемого материала на несущие опоры устанавливаются быстросменные ребра, что позволяет максимально защитить несущие опоры от воздействия гидроабразивной струи.
Для защиты рабочей зоны от шума и образующейся пыли, ванна станка оснащается системой быстрого подъёма/опускания воды, что позволяет выполнять обработку детали, полностью погружённой в воду.
Вся пыль, образующаяся при обработке, остаётся в воде, а уровень шума при обработке снижается до 65 Дб.

Система перемещения

Станок имеет консольную конструкцию с ременным приводом перемещения осей.
Ременной привод прост в эксплуатации, легко заменяется при износе и наиболее приспособлен для работы на станках гидроабразивной резки, так как практически не боится попадания абразивного материала.
Для повышения точности позиционирования на станок устанавливаются линейные индуктивные датчики, позволяющие добиться точности позиционирования ±0,025 мм.
Перемещение осей выполняется по линейным направляющим, за счёт чего обеспечивается высокая точность позиционирования, плавность хода и скорость перемещения.

Насос высокого давления

Наиболее важным узлом любой установки гидроабразивной резки является насос высокого давления.

Система ЧПУ

На гидроабразивные станки устанавливается система ЧПУ.

Выносной пульт с маховичком

При работе на любом станке очень удобным является использование маховичка и выносного пульта.
Данные устройства позволяют выполнить привязку или настройку, максимально быстро и точно.

Бак для абразива

Конструкция бака выполнена таким образом, что имеется возможность пополнения запасов абразива даже во время работы установки, что существенно экономит время.
Бак оборудован соответствующими датчиками контроля уровня абразивного материала.

Система поддержания постоянного зазора

Данная система представляет собой специальный контактный механизм, который при перемещении по листу позволяет поддерживать оптимальный зазор между фокусирующей трубкой и материалом, что способствует точности и качеству реза, а также позволяет не беспокоиться за опасность столкновения фокусирующей трубки с материалом.

Угловая голова

Угловая голова позволяет выполнять поворот режущей головки в двух плоскостях с максимальным углом наклона до 60 градусов, что позволяет выполнять обработку фасок, криволинейных поверхностей, компенсировать конусность при обработке. Угловая голова сконструирована таким образом, что при компенсации конусности или выполнении фаски по контуру, перемещение выполняется только по одной поворотной оси, что обеспечивает высокую точность обработки и постоянство угла. При выполнении обработки сложных поверхностей, станок имеет возможность работы сразу по 5-ти координатам.

Датчик сканирования материала

При обработке на станках гидроабразивной резки возникает проблема, связанная с неровностью обрабатываемого материала. Для решения данной задачи на станок может быть установлена лазерная или ультразвуковая система сканирования материала. Такая система выполняет сканирование материала до обработки с заданным интервалом, что позволяет поддерживать требуемый зазор во время обработки материала и обеспечивает максимальную точность обработки. При работе с маленькими деталями возможно сканирование только точек вреза.

Датчик контроля абразива

Датчик контроля подачи абразива выполняет проверку количества подаваемого абразивного материала во время обработки, что позволяет выполнять рез без постоянного присутствия оператора, что позволяет остановить обработку в случае попадания в режущую головку посторонних материалов, таких как остатки мешковины или посторонней фракции. Диапазон допустимых значений задаётся непосредственно со стойки оператора и может быть изменён даже в процессе обработки.

Устройство удаления абразива

На гидроабразивный станок может быть установлена система удаления отработанного абразива, состоящая из бак-отстойника и насоса. Отличительной особенностью данной системы является использование мембранного насоса, который максимально приспособлен для работы в агрессивных средах и прост в обслуживании. Для удобства работы бак для отработанного абразива имеет быстросъёмные разъёмы для подсоединения шлангов и приспособлен для транспортировки кран-балкой или погрузчиком.

Устройства загрузки металла

Гидроабразивные станки оснащаются различными системами загрузки материала. Наиболее распространены кран-балки с тельферами, оснащённые вакуумными или механическими захватами; пневматические и гидравлические подъёмники с регулируемыми рычагами, поддерживающими материал в наиболее важных участках.

См. также[править | править код]

Криогенная резка
Лазерная резка
Плазменная резка

Источник

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.

Гидроабразивная резка на ЧПУ станке

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.

Гидроабразивная резка стекла

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.

Гидроабразивная резка металла

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.

Гидроабразивная резка керамогранита

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

ИСТОЧНИК: https://centr-rez.ru/articles/76-gidroabrazivnaya-rezka

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: Что такое химическое фрезерование • Фигурная резка пенопласта • 2D и 3D фрезеровка

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

Источник

Гидроабразивная резка

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

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.

Подробнее о гранатовом песке для гидроабразивной резки

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.

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.

Источник