Palitra21.ru

Домашний уют — журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Установка гидроабразивной резки металла водой под давлением

При сравнении технических свойств гидроабразивных станков с ЧПУ в качестве эталона используют камень. Ведь он очень сложно обрабатывается и отличается высокой плотностью. Поэтому справившись с горными породами, оборудование без труда разрежет любые другие материалы.

Направленная тонкой струей под давлением на камень, вода разрезает горные породы. При этом линия реза может быть любой конфигурации, поэтому технология позволяет создавать сложные резные узоры и орнаменты.

Абразивная резка металлов способна справиться даже с одним из самых прочных металлов — титаном. Необходимо только вложить правильные координаты в электронный мозг и запустить процесс. Мощность воздействия определяется сочетанием следующих характеристик, задаваемых оператором:

  • давление струи;
  • подача абразива;
  • скорость и характер подачи воды;
  • количество абразивных частиц;
  • характеристики абразивных частиц.

В качестве режущих частиц можно применять самые разнообразные материалы, в том числе:

  • гранат для титановых сплавов и высокопрочных сталей;
  • агломерат для камня;
  • песок используют для резки стекла;
  • шлаки силикатного происхождения для пластиков.

Одним из наиболее популярных абразивных материалов является гранатовый песок, включающий разные части кварцевого песка, корунда, оксида железа.

Технология выполнения гидроабразивной резки

Операция по выполнению гидроабразивной резки заключается в обработке заготовки водяной струей под большим давлением с добавлением в воду режущего вещества в виде мелких частиц твердых горных пород. Для точного позиционирования режущей струи используется лазер и специальная направляющая головка, выполненная из прочного сплава.

Рис. 1 Рабочая операция резки материала под большим давлением на гидроабразивном станке.

Операция резки протекает под воздействием абразивной смеси за счет использования специального насоса, от характеристик которого зависит толщина реза и скорость обработки заготовки. Для управления процессом на станке устанавливается регулятор мощности, который позволяет изменять толщину и скорость реза заготовки. При обработке наиболее прочных материалов применяют трехкомпонентный наполнитель, менее прочных – двухкомпонентную смесь (вода + абразив).

Большую роль в технологическом процессе играет напор воды, который должен иметь рабочие параметры не менее 4700 кг/см 2 и скорость до 1200 м/сек.

Для точного позиционирования струи используются специальные сопла, которые имеют различный диаметр выходного отверстия, что позволяет за счет смены головки регулировать толщину реза. Ресурс работы водяных сопел обычно составляет 60 — 100 час. по истечении, которого производится их замена.

Для приготовления абразивной смеси на станке установлена специальная смесительная камера, где производится смешивание различных компонентов согласно заданной программе.

Для автоматизации операций обработки используется блок автоматики, который регулирует операцию резки и скорость подачи режущего вещества, а также осуществляет компенсацию конусности за счет использования технологии Flow Dynamic Waterjet. Система автоматически производит регулировку позиционирования головки со сменой направления угла сопла.

Гидроабразивные станки используются для разделки материалов:

  1. нержавеющей стали;
  2. алюминия;
  3. титана;
  4. гранита;
  5. мрамора;
  6. углепластика;
  7. стекла

с образованием ровного реза необходимой толщины.

Принцип работы гидроабразивного станка

С целью проведения гидроабразивной резки используется специальный станок. Его принцип работы следующий:

  • вода сжата с помощью насоса высокого давления, который является ключевым узлом оборудования. Давление доходит до показателя свыше 4 тысяч атмосфер и проходит сквозь сопло, формирующее струю диаметром порядка 0,2 мм, и подается в смесительную камеру;
  • в смесительной камере вода перемешивается с абразивом, в роли которого выступает чаще всего гранатовый песок, а потом проходит сквозь твердосплавное сопло диаметром примерно в 1 мм;
  • со второго сопла струя воды, смешанной с абразивом, выходит со скоростью порядка 1 тысячи метров в секунду и ударяется о поверхность изделия, которое обрабатывается:
  • весь процесс не сопровожден нагреванием участка заготовки, поэтому резка считается холодной.

Как сделать свой станок

Изготавливать детали на гидроабразивном станке очень выгодно, так как не требуется дополнительная чистовая обработка, но новый станок стоит достаточно дорого. Его стоит приобретать только в том случае, если он будет постоянно загружен. Можно приобрести б/у, который обойдется намного дешевле или изготовить гидроабразивный станок самостоятельно. Главная трудность будет заключаться в покупке агрегатов для создания высокого давления и режущей струи. Кроме этого станок будет потреблять большое количество электроэнергии и воды.

Если же вы решили сделать станок своими руками, то вам понадобятся некоторые специфические детали, которые сделать невозможно самостоятельно. Станок с ручным управлением сделать намного проще, чем с ЧПУ, но возможности и функции будут ограничены.

Для создания станка понадобятся такие узлы и агрегаты:

  • насос высокого давления;
  • трубопроводы высокого давления;
  • режущая головка;
  • координатный стол с ванной;
  • приводы перемещения режущей головки и система управления;
  • механизм подачи абразива;
  • бак-отстойник;
  • насос низкого давления;
  • система фильтрации.

Так как работать станок будет в условиях повышенной влажности все компоненты нужно изготавливать и подбирать с высокими противокоррозионными свойствами (нержавейка, алюминий, пластик).

Читать еще:  Режим профиля для гипсокартона в домашних условиях

Для самодельного станка лучше использовать насос прямого действия, который стоит дешевле и намного проще в ремонте. Насос и режущая головка соединяются между собой при помощи трубок высокого давления, их можно купить в любом автомагазине. Режущую головку покупать нужно сразу со сменными штуцерами для резки различных типов материалов. Между насосом и режущей головкой обязательно устанавливается ресивер, чтобы нивелировать импульсы и получить устойчивую струю воды.

Координатный стол с ванной можно изготовить самостоятельно из нержавеющей стали. Основной проблемой является сама струя воды, которая способна разрезать не только заготовку, но и станину. Единственное, что ее может остановить – это сама вода, а точнее водяная ванна. Водяной слой толщиной 1 метр способен погасить струю до 600 атм. Рабочий стол делают в виде сот или ребер и устанавливают в ванну. Он обязательно должен быть съемный, так как со временем вода его разрежет. Ребра можно изготовить из металла или пластика.

В данном типе станка станина остается неподвижной, а перемешается сама режущая головка по отношению к заготовке. Для этого нужно изготовить платформу, которая будет перемещаться в продольной и поперечной плоскости. Дополнительно можно установить поворотный механизм для изменения угла режущей головки и понадобится устройство для изменения высоты режущей головки для резки деталей различной толщины.

Механизм подачи абразива лучше купить, так как он выполнен из специальных материалов и имеет регулятор подачи песка. Бак для воды (около 2 кубов) можно сделать самому или купить любую пластиковую емкость. Он является основной емкостью для сбора и хранения воды, из которого вода с помощью насоса низкого давления будет подаваться на насос высокого давления. Перед баком обязательно устанавливается устройство для отделения песка от воды (сепаратор) и система фильтрации.

Ведущие производители

Известные производители оборудования для гидрорезки:

  • Omax;
  • Water Jet Sweden ;
  • Alico;
  • Resato;
  • Flow;
  • PTV;
  • Bystronic .

Кроме иностранных производителей на российском рынке, присутствуют и отечественные производители, но они известны ограниченному кругу лиц.

Область применения и особенности функционирования

Гидроабразивные станки считают наиболее подходящим средством для раскройки металлопроката, но их широко используют и в других целях. Вот наиболее распространенные методы применения данных устройств:

  1. Станки с ЧПУ позволяют создавать довольно сложные геометрические формы без постоянного контроля и участия со стороны оператора. Кроме того, программа, установленная на таком станке, значительно улучшает точность его работы.
  2. Готовые заготовки не требуют дополнительной шлифовки и других видов финишной обработки. Работу можно делать под необходимым углом наклона и это не скажется на качестве.
  3. Технология абразивной резки позволяет работать с деталями большой толщины. Для разных металлов показатели будут разными. Например, для титана – 1,5-2 см, а для меди – 5 мм.
  4. При помощи абразивных станков создают предметы дизайна и различные украшения, но для этого используют специальные модификации гидроабразивных устройств.

Принцип работы данных аппаратов базируется на подаче воды под высоким давлением. Кроме воды, для гидроабразивной резки используют гранатовый песок. Вода и добавочные компоненты хранятся в отдельных емкостях и только в процессе резки смешиваются в единую струю. Качество обработки деталей таким устройством очень похоже на разрезание металла лазером. Регулировка параметров струи позволяет обрабатывать заготовки под необходимыми углами.

Видео: резка водой с точностью скальпеля – гидроабразивная резка металла.

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.
Читать еще:  Производство профнастила: промышленная линия и ручной способ

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.

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).

Читать еще:  Съем изделий из пресс-формы. Мы побеждаем брак! (4780 просмотров)

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.

3 Преимущества и недостатки гидроабразивной технологии

Оборудование для гидроабразивной резки предоставляет следующие достоинства, преимущества обработки:

  • заготовка не подвергается термическому воздействию (в зоне реза 60–90 °С) – отсутствие температурной деформации, пригорания и оплавления материала на кромках и в прилегающей к разрезу области, легирующие элементы сплавов и сталей не выгорают;
  • потери материала в процессе резки существенно меньшие, чем при других способах обработки;
  • широкий спектр обрабатываемых материалов, толщин (до 150–300 мм и больше);
  • высокое качество резки (шероховатость поверхности кромки Ra 1,6) – дополнительная обработка не требуется;
  • высокая точность – минимальное расстояние от разреза до отверстия или края заготовки составляет 0,5 мм (рекорд в обработке резанием);
  • контур обработки может быть любого уровня сложности;
  • высокая эффективность раскроя листовых материалов, толщина которых более 8 мм;
  • возможность пакетной (в несколько слоев) резки тонколистовых материалов, что значительно повышает производительность, в том числе, благодаря уменьшению общей протяженности холостых проходов режущей головки;
  • обработка происходит без существенной механической нагрузки на изделие – отсутствие деформации, разрушения хрупких материалов и экономия на фиксирующих, крепежных узлах даже при резке тонкостенных деталей;
  • экологическая чистота технологии, абсолютное отсутствие выделений вредных газов, а также стружки, пыли, окалины, дыма, тому подобного, обычно сопровождающих резку;
  • полная взрыво- и пожаробезопасность процесса;
  • отсутствие режущего инструмента (согласно традиционному толкованию) – нет необходимости в периодическом восстановлении остроты инструмента и его замене по мере износа;
  • работоспособность «режущего» инструмента восстанавливается закачкой воды и пополнением абразива.

Недостатки, обусловленные особенностями технологии:

  • ограниченный ресурс режущей головки, отдельных комплектующих;
  • скорость обработки тонколистовой стали недостаточно высока;
  • высокая стоимость расходного материала (абразива);
  • создание условий для коррозии металла.

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.

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.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector