Инструмент

Резка металла водой под давлением

Расходные материалы

Чтобы создать режущую поверхность, требуется всего две составляющих:

Последний расходуется очень быстро – около 350 грамм в минуту. В его состав входит исключительно натуральный песок из граната, размером не более 600 микрон.

Существует мнение, что гранатовый песок можно заменять на любой другой. К сожалению, это наглая ложь, ведь такая подмена не только сделает срез низкого качества, но и довольно быстро приводит к износу важные части механизма.

резка, металл, вода, давление

Вода, в свою очередь, должна быть очищена. Чем больше в ней примесей, тем менее качественно получается резать металл или любой другой материал.

Конечно, воздух и электричество – это тоже важно, но принципиальнее следить именно за водой и абразивом.

Ручной станок

Это классический вариант. Работа на таком оборудовании связана с рядом хлопот для мастера.

Прежде всего тому, кто работает за ручным станком необходимо постоянно выставлять показатели и параметры. Конечно, это не катастрофично, но осадок оставляет, ведь в современном обществе хочется работать в комфорте.

Более того, у ручных станков значительно снижается точность производимого материала. Почему? Из-за наличия человеческого фактора.

Однако в работе с таким оборудование больше достоинств, чем недостатков. Например, классический станок всегда дешевле. Качество работ по большей мере зависит от самого мастера и его профессионализма. Так что, поначалу нужно будет просто приловчится и приспособиться.

Некоторые пытаются сделать гидроабразивный станок своими руками.

Результат зачастую одинаков – плохого качества срез и полное отсутствие удовлетворения от работы.

Принцип действия

Несмотря на то что в большинстве случаев провидится гидроабразивная обработка материала лишь для его раскроя, принцип работы станка позволяет воплотить практически любую, даже самую безумную, идею. Работа на таком станке позволяет не беспокоиться о пожаробезопасности, так как вода – это прямая противоположность огню и даже при самом большом объеме работ, возгорания не будет.

Если говорить о самом процессе, то все происходит следующим образом:

  • Вода, которая хранится в специально отведенном для этого месте, подается к специальному смесителю.
  • В смесителе на этот момент уже находится абразивная смесь, о которой мы поговорим позднее.
  • После смешения, вода и песок подаются на специальное сопло.
  • Благодаря тому, что сопло очень узкое, а напор воды сильный, возникает давление, под которым любой материал разрезается.

По сути, это и есть резка металла водой. Самое неудобное в этих станках то, что нужно следить за количеством абразивной смеси.

Если говорить еще об одной особенности гидроабразивных станков, так это его управление.

Процесс гидроабразивной резки металла

Гидроабразивная резка металла – это особый процесс, который позволяет быстро и качественно разрезать большое количество металла за короткие сроки, не теряя точности и качества резки. Такая гидроабразивная обработка металла позволила избавиться от огромных и непрактичных станков на предприятиях, занимающихся металлопрокатом, машиностроением или металлургией в принципе.

Любопытно, что изначально резать металл водой начали в авиастроении в 60-х годах прошлого века. Это был надежный способ качественной резки алюминия. Спустя какое-то время и другие промышленные отрасли начали использовать такие станки. На данный момент режут водой металл не только на заводах, но есть и те, кто использует его для дома, сделав своими руками.

Достоинства такого метода

На самом деле, гидроабразивная резка металла – это не что иное, как огромный успех в сторону качественной и точной обработки конструкций. Только такими станками можно резать трубы как масло, не оставляя окалин, или, что еще хуже, заусениц.

Аппараты для проведения таких работ стоят достаточно дорого. Конечно, это нельзя считать достоинством, но выполнять водяную резку металла настолько качественно невозможно дешевым оборудованием. К тому же производители станков объясняют за что именно приходится платить свои кровные.

Дело все в том, что станки очень легкие и простые в установке. Они способны крепятся даже к тонким стенам, не разрушая их. Во время работы со станком не будет металлической пыли или дыма. Все проходит быстро, плавно и безопасно.

Из-за того, что у станков в принципе нет режущего элемента, то никогда не появится необходимости в его затачивании. Последнее, кстати, стоит ой как не дешево.

Станки для резки водой универсальны. Им по зубам не только металл, но и другие материалы.

Например, не раз отмечалось использование станков в резке материалов различной плотности:

  • Стекло. При проведении таких работ ничего не портится, на полотне нет трещин, рисунок может быть любой формы и размера.
  • Керамика. Вырезание в ней различных мелких отверстий позволяет играть с формами и дизайном.
  • Различные горные породы, среди которых мрамор, камень, гранит и так далее. Все, кто работал с такими материалами знает, как сложно не повредить структуру, делая срезы.
  • Резина и пластик. Даже когда материалы не в «чистом» виде, а совмещены друг с другом, все разрезается без проблем.

Так что, воспользоваться услугами гидроабразивной резки металла могут и те, кто с металлопрокатом и его отраслями никакого дела не имеет.

Еще некоторые особенности

Гидроабразивный станок – это уникальный аппарат, который позволяет играть с формами. Что это значит? По завершении работы, производимая деталь или элемент не нуждается в дополнительной обработке, так что те, кто работает со станком могут позволить себе делать практически ювелирную работу с очень тонкими и деликатными срезами.

READ  Husqvarna 5200 Регулировка Карбюратора

С самим аппаратом работать просто. Если исследовать его программное обеспечение, становится очевидно, что с агрегатом справится даже ребенок. Все просто и понятно.

Оборудование, которое занимается абразивной резкой металла, способно работать с самым толстым исходным материалом. Это возможно благодаря работе под давлением. Согласно утверждениям производителя, станку подвластен даже металл, толщина которого 20 сантиметров. Удивительные показатели, не так ли?

Изнашиваемые детали

Хотя абразивные машины – это высокотехнологичный инструмент, некоторые его части нуждаются в регулярном обслуживании и замене.

  • Система подачи смеси. Сопло изнашивание очень быстро – всего за 50 часов работы, а трубка, подходящая к нему, за 100 часов. Не уследить за состоянием этих деталей означает позволить станку увеличить толщину среза на 0,5 миллиметра, что в работе с дорогостоящими материалами считается катастрофичным.
  • Прокладки и уплотнения насосной станции. Уплотнители помогают сохранять необходимое давление во всей системе. Из-за того, что они постоянно в напряжении, их нужно постоянно менять.

Какие у такого типа обработки и нарезания материала есть негативные стороны?

Помимо износа, многим не нравится, что на разрезание тонких и толстых поверхностей уходит одинаковое количество времени. Решить эту проблему можно сложив несколько заготовок вместе.

Автоматизированные станки

На данный момент такое оборудование является единственным в своем роде, которому все уступает в качестве производимой работы.

Но в вопросах комфорта к таким аппаратам нареканий нет.При работе с автоматическим станком полностью исключается человеческий фактор.

Машина самостоятельно работает по заранее установленной программе.

Для каждого типа работ существует свое программное обеспечение. Это необходимо для того, чтобы аппарат работал под таким давлением, которое будет способно сделать максимально точный срез. В противном случае всегда будет необходимость в дополнительной обработке материалов.

Недостаток один – высокая стоимость, которая обусловлена не только высоким качеством составляющих, но и сложностью установки программного обеспечения.

Резка водой металла (гидроабразивная резка) под давлением: технология и принципы работы

Гидроабразивная резка – это технология обработки металла, которая проводится с использованием воды и смеси абразива в роли рабочего инструмента. Причем жидкость подается под огромным давлением и с большой скоростью.

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.

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:

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.

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.

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.

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.

Расходные материалы

Основными расходными частями оборудования для гидроабразивной резки являются сопла и фокусирующие трубки, которые изготавливаются из искусственных алмазов, сапфиров, рубинов и кристаллов корунда.

READ  Как Правильно Держать Болгарку При Резке Металла

Так, время наработки фокусирующей трубки изготовленной из кристалла сапфира не превышает 60 часов. Такая же трубка, с наивысшим качеством выполненная из алмазного сырья работает гораздо дольше, но при этом стоит в 20 раз дороже. Сопла из искусственного керамокарбида прослужат до 120 часов, что примерно на 20% дольше, чем такие же детали, выполненные из других материалов.

Среднее время наработки расходных деталей и узлов приведено в таблице:

Эти цифры соответствуют работе гидроабразивного станка со средним давлением в 400 MPa. При применении давления режущей струи в 600 МРа скорость обработки увеличивается на 20-30 %, а износ основных расходных материалов происходит в два раза быстрее.

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 смешивания частицы абразива

При гидрорезке (без абразива) схема упрощена: вода под давлением вырывается через сопло и направляется на разрезаемое изделие.

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, выпечка и др. Стекло, бронированное стекло, керамика
Бумага, картон Комбинированные материалы, материалы с покрытием
Дерево Дерево
Термо- и дуропласт Армированные пластики

При гидроабразивной резке разрушительная способность струи создается в гораздо большей степени за счет абразива, а вода выполняет преимущественно транспортную функцию. Размер абразивных частиц подбирается равным 10–30% диаметра режущей струи для обеспечения ее эффективного воздействия и стабильного истечения. Обычно размер зерен составляет 0,15–0,25 мм (150–250 мкм), а в ряде случаев – порядка 0,075–0,1 мм (75–100 мкм), если необходимо получение поверхности реза с низкой шероховатостью. Считается, что оптимальный размер абразива должен быть меньше величины (dс.т. – dв.с. )/2, где dс.т. – внутренний диаметр смесительной трубки, dв.с. – внутренний диаметр водяного сопла.

В качестве абразива применяются различные материалы с твердостью по Моосу от 6,5. Их выбор зависит от вида и твердости обрабатываемого изделия, а также следует учитывать, что более твердый абразив быстрее изнашивает узлы режущей головки.

Наименование Характерная область применения
Гранатовый песок (состоит из корунда Al2O3, кварцевого песка SiO2, оксида железа Fe2O3 и других компонентов) Широко распространен для резки различных материалов, в особенности высоколегированных сталей и титановых сплавов
Зерна электрокорунда (состоит преимущественно из корунда Al2O3, а также примесей) или его разновидности Искусственные материалы с очень высокой твердостью по Моосу. Используются для резки сталей, алюминия, титана, железобетона, гранита и др. материалов
Зерна карбида кремния (SiC) – зеленого или черного
Кварцевый песок (SiO2) Резка стекла
Частицы силикатного шлака Резка пластика, армированного стекло- либо углеродными волокнами

Сопла обычно изготавливают из сапфира, рубина или алмаза. Срок службы сапфировых и рубиновых сопел составляет до 100–200 часов, алмазных сопел – до 1000–2000 часов. При гидрорезке не применяются рубиновые сопла, а сапфировые обычно служат в 2 раза дольше.

Смесительные трубки изготавливают из сверхпрочных сплавов. Срок службы – как правило, до 150–200 часов.

Резка металла водой под давлением какое давление

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.

Область применения

Гидроабразивная резка способна работать со всеми материалами и структурами, которые существуют, исключение, разве что составляют только алмазы и каленое стекло. Одной из особенностей гидроабразивной технологии является возможность ее применения для обработки материалов способных изменять свои физико-химические свойства при воздействии высоких температур и сильном нагревании, а также для структур с легковоспламеняющимися и взрывоопасными веществами.

Областью промышленного использования этих особенностей стала абразивная резка различного металла водой под давлением, в основном таких как:

  • нержавеющая сталь,
  • инструментальные сплавы,
  • титан,
  • латунь,
  • алюминий.

Также с ее помощью изготавливают художественные изделия из натурального и искусственного камня и применяют при обработке:

Незаменимой гидрорезка является для:

  • изоляционных,
  • огнеупорных,
  • многослойных,
  • и других композиционных материалов с особыми свойствами.

Преимущества, недостатки и сравнительная характеристика

С помощью водно-абразивной или водной струи можно разрезать практически любые материалы. При этом не возникают ни механические деформации заготовки (так как сила воздействия струи составляет лишь 1–100 Н), ни ее термические деформации, поскольку температура в зоне реза составляет около 60–90°С. Таким образом, по сравнению с технологиями термической обработки (кислородной, плазменной, лазерной и др.) гидроабразивная резка обладает следующими отличительными преимуществами:

  • более высокое качество реза из-за минимального термического влияния на заготовку (без плавления, оплавления или пригорания кромок);
  • возможность резки термочувствительных материалов (ряда пожаро- и взрывоопасных, ламинированных, композитных и др.);
  • экологическая чистота процесса, полное отсутствие вредных газовых выделений;
  • взрыво- и пожаробезопасность процесса.
READ  Резка плитки из керамогранита поштучно

Водно-абразивная струя способна разрезать материалы толщиной до 300 мм и больше. Гидроабразивная резка может выполняться по сложному контуру с высокой точностью (до 0,025–0,1 мм), в том числе для обработки объемных изделий. С ее помощью можно делать скосы. Она эффективна по отношению к алюминиевым сплавам, меди и латуни, из-за высокой теплопроводности которых при термических способах резки требуются более мощные источники нагрева. Кроме того, эти металлы труднее разрезать лазером из-за их низкой способности поглощать лазерное излучение.

К недостаткам водно-абразивной резки относятся:

  • существенно меньшая скорость разрезания стали малой толщины по сравнению с плазменной и лазерной резкой;
  • высокая стоимость оборудования и высокие эксплуатационные затраты (характерно и для лазерной резки), обусловленные расходом абразива, электроэнергии, воды, заменами смесительных трубок, водяных сопел и уплотнителей, выдерживающих высокое давление, а также издержками по утилизации отходов;
  • повышенный шум из-за истечения струи со сверхзвуковой скоростью (характерно и для плазменной резки).

Гидрорезка представляет собой уникальный метод обработки различных материалов. На сегодняшний день различают 2 вида гидрорезки: при помощи чистой воды и посредством водной струи с абразивом (гидроабразивный метод). Но принцип действия в обоих случаях одинаков – жидкость под очень высоким давлением проходит через миниатюрное отверстие режущей головки, которая находится над обрабатываемым материалом. При этом гидроабразивная смесь, выходящая из режущей головки, имеет скорость, превышающую скорость звука в три раза.

Размер отверстия головки, а также его диаметр, зависят от того, какова плотность материала. Если материал легкопроницаемый – то берутся головки с диаметром 0,08 мм, в случае более твердых материалов диаметр отверстия может достигать 0,8 мм.

Что же касается непосредственно давления мультипликатора, то максимальный показатель – 420 MPa. Согласно же практическим исследованиям, наиболее продуктивный и в то же время быстрый рез получается при давлении 380 MPa. Если же давление выше, то это приводит только к более частым промежуткам между заменами запасных частей.

В целях нормальной работы оборудования прокладки следует заменять своевременно. Так, при регулярном постоянном давлении рабочего процесса в 400 MPa замена прокладок осуществляется через 400 – 1200 часов резки.

Благодаря таким условиям, в которых происходит обработка заготовок, гидроабразивная резка становится альтернативным методом воздействия на материалы, по отношению к термическим способам, и даже выигрывает у последних по некоторым параметрам. Толька резка при помощи водной струи с абразивом не оставляет следов деформации на металле, следов оплавления на пластике, такни и прочих материалах. Промышленные и дизайнерские работы сегодня просто немыслимы без данного метода, ведь из любых заготовок различной толщины могут быть выполнены самые сложные элементы с великолепным качеством кромки.

Применение технологии разрушения породы для выемки полезных ископаемых под действием струи воды известно с 30 годов прошлого столетия, а вот промышленное использование струи воды под высоким давлением для резки различных материалов начали только в 80 годах того же века. Сегодня гидроабразивная резка металла является наиболее востребованным видом применения данной технологии в промышленном производстве.

Промышленное применение

Наиболее широкое применение в промышленном производстве и точном машиностроении получила гидроабразивная технология для резки металла водой. Только она нивелирует основные характерные последствия, которые возникают при обработке другими способами. Так, к примеру:

  • гидроабразивная резка нержавеющей стали позволяет учитывать особенности, которые возникают при обработке заготовок из сплавов металлов, таких как прочность, обусловленная легирующими добавками и высокая вязкость при механических или температурных воздействиях, приводящая к деформации готовых изделий;
  • гидроабразивная резка титана дает возможность не достигать критической температуры в 600 °С, при которой титан способен гореть на открытом воздухе и химически соединяться с другими веществами;
  • гидроабразивная резка алюминия сводит потери материала заковки к минимуму, несмотря на то, что металл является сравнительно непрочным и имеет низкую температуру плавления всего в 440 °С.

Такая обработка позволяет с должной эффективностью применять водяной резак по металлу, обеспечивая будущему изделию хорошие показатели качества:

  • незначительная ширина шва — всего 0,7-1,4 мм,
  • точность позиционирования до 0.1 мм,
  • при толщине заготовки даже в 300 мм,
  • получать безупречный край среза, не требующий дополнительной обработки.

Возможность начинать и вести раскрой в любом направлении позволяет минимизировать общие потери материала при раскрое заготовок металла.

Преимущества и недостатки

На сегодняшний день существуют четыре основных промышленных способа для резки металлов. Если их расположить по количеству применяемого оборудования и востребованности на производстве, то получится следующая последовательность методик, а именно:

  • механическая,
  • плазменная,
  • гидроабразивная,
  • лазерная.

Все они значительно отличаются друг от друга качественными характеристиками, при этом каждая имеет свои особенности, достоинства и недостатки.

Основными преимуществами гидроабразивного метода обработки является:

  • способность работать с любыми материалами,
  • отсутствие термического воздействия на заготовку,
  • исключение выделения пыли, дыма и ядовитых паров,
  • возможность использовать для материалов со взрывоопасными и пожароопасными свойствами.

Но при неоспоримых достоинствах есть существенные недостатки:

  • высокая стоимость замены быстроизнашиваемых деталей оборудования;
  • более существенные энергозатраты, в сравнении с другими методами резки,
  • требует постоянной настройки и наладки оборудования для соответствия заявленным характеристикам.