Palitra21.ru

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

Технология гидроабразивной резки материалов

Технология гидроабразивной резки материалов

Гидроабразивная резка, достаточно сложное понятие для легко объясняемого процесса обработки металла водой. Практически каждому известно как образуется овраг или промоина на почве. Струя воды, скатываясь с высоты, увлекает за собой песок и грязь, постепенно вымывает составляющие грунт песчинки и мелкие камни, проделывая себе русло. Отметим что крупные камни, которые вода не может увлечь, гладко отшлифованы песком, содержащимся в потоке. Этот природный процесс называется водной эрозией.

В обработке материалов этот процесс, связанный с большими давлениями и с добавлением абразива носит название гидроабразивной резки. Сущность процесса гидроабразивной обработки состоит в подаче тонкой струёй воды под высоким давлением и введения в поток абразива, который, в совокупности с водой под высоким давлением, и режет материал.

Применяется этот метод обработки материалов для следующих операций:

  • Точная резка цветного и чёрного металла;
  • Разделки и резки камня и минералов, обладающих высокой твёрдостью;
  • Обработка композитных материалов;
  • Обработка керамики и стекла, резка плитки из различных материалов, керамогранита, керамической или ПВХ;
  • Обработка других материалов, в том числе полимеров и пластмасс различного происхождения.

Достоинства и недостатки станков для гидрорезки

Сильной стороной можно отметить:

  • Возможность обработки заготовок с толстыми стенками при очень точном резе. Именно поэтому гидрорезку используют при прокладке труб высокого давления.
  • После резки остается исключительно ровная кромка. На линиях не будет заусенцев, окалин и грата.
  • Долгая работа на гидравлике не заканчивается завесой из пыли. Остатки материала смываются водой.
  • Не нужно следить за тем, чтобы режущий инструмент был острым, заменять его или затачивать.
  • Высокая скорость обработки заготовок (в том числе толстостенных).
  • Водой можно резать не только металл, но и стеклянные, резиновые, пластиковые и иные многослойные заготовки.
  • Скорость работы слабо зависит от толщины материалов. Можно сложить несколько деталей слоями и провести их резку одновременно.

Но есть и минусы:

  • Себестоимость станка для резки металлических деталей водой выходит дороже, чем стоимость сборки аналогов.
  • Конусность. Может появляться в момент обработки тугоплавкого металла или толстостенной стали. При появлении конусности торец изделия выходит не ровным, а напоминает воронку. Убрать данный дефект можно при лишь помощи дополнительного устройства.
  • Большой расход электроэнергии и воды.

Устройство гидроабразивного станка

Гидроабразивный станок (возможна установка ЧПУ) для выполнения операций по резке материалов состоит из следующих агрегатов:

Рис. 2 Гидроабразивное оборудование (оснащенное системой ЧПУ).

  1. Насосной станции.
  2. Подводящего трубопровода.
  3. Стола координатного с охлаждающей ванной и системой приводов позиционирования головок.
  4. Головок режущих.
  5. Системного блока подачи рабочей смеси.
  6. Емкости сбора для воды.
  7. Блока управления операциями, ЧПУ.

Вода из системы водоснабжения подается в насос, где сжимается и под большим напором поступает к режущей головке по соединительному трубопроводу. Одновременно происходит смешивание абразивных компонентов и подача в специальную смесительную камеру с созданием запаса в мини бункере.

На координатном горизонтальном столе предварительно до начала операции резки с помощью зажимов производится фиксация заготовки и позиционирование режущих головок. В ходе процесса резки образуются отходы, состоящие из частиц материала, абразива и воды которые скапливаются в ванной.

Для осуществления высокой точности операции резки головки оснащаются механизмом координатной корректировки по 5 осям:

  1. X (движение вперед и назад);
  2. Y (смещение влево и право);
  3. Z(смещение вверх и вниз);
  4. A (смещение с изменением угла наклона);
  5. С (круговое движение вокруг оси Z).

Уровень воды в охлаждающей ванне регулируется в зависимости от протекающих процессов при резке заготовок. Излишки удаляются в накопительный бак, где производится очистка от частиц абразива и шлама.

Одним из основных узлов станка является водяной насос. В насосе применена плунжерная система позволяющая, сжимать воду до высокого давления.

Плунжерные насосы используются 2 типов:

  1. усиливающего (бустерные);
  2. прямого действия.

Насос прямого действия работает по принципу создания низкого давления в цилиндре, откуда вода поступает в насос высокого давления, где с помощью воздействия системы камер и 3 поршней создается необходимый напор воды. Насосы прямого действия имеют невысокую цену и высокий показатель КПД, достигающий 95%, что позволяет создавать требуемый напор воды в системе до 3800 атм.

Для создания рабочего давления требуемого для процесса резки от 4150 до 6000 бар применяются бустерные насосы. В усиливающих насосах необходимый напор воды создается в камере, где поршень приводится в движение поочередно поступающим маслом под давлением 207 атм. В результате осуществления процесса создается напор воды, превышающий в 20 раз давление масла (за счет разности площадей).

Для выравнивания напора воды в системе используется специальный блок аттенюатор, обеспечивающий непрерывность поступления жидкости под большим давлением.

Насосы мультипликаторного типа конструктивно имеют более сложное устройство и требуют принудительной системы охлаждения механизмов.

Для осуществления процесса резки требуется чистая вода без примесей, которую обеспечивает система подготовки воды, осуществляющая процессы, связанные со смягчением воды и удалением элементов: марганца, железа, кремния.

Читать еще:  Теплопроводность сплавов меди. Температура плавления латуни и бронзы

Для предотвращения столкновения режущих головок и достижения высокой точности при обработке заготовки на станке устанавливается специальная система останавливающая процесс при обнаружении неровной поверхности. На подающем трубопроводе устанавливается защита, подключенная к датчику. При столкновении датчик подает сигнал предупреждения, и резак прекращает свое движение.

Для регулирования глубины реза материала используется система постоянного контроля, позволяющая в автоматическом режиме поддерживать необходимый точный зазор между головкой и обрабатываемой заготовкой.

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:  Самодельная копеечная киянка из того что под рукой

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.

Эксплуатация станков с ЧПУ

Прогресс в плане гидроабразивной резки металла развивался бурно, и станки такого типа решили оборудовать ЧПУ. Числовое программное управление позволило добиться большей точности в резке и значительно ускорить процесс. В сравнении с работой мастера своими руками, управляемый электроникой станок может вырезать более сложные формы и проводить резку под различными углам.

Оборудование ЧПУ

Станки с ЧПУ используются для изготовления заготовок из различных сталей, алюминия, меди, бронзы и других широко распространенных металлов.

Преимущества гидроабразивных станков с ЧПУ выражается в таких моментах:

  • Такой станок работает строго в соответствии с заданной программой. При этом изготовление серийных деталей может проводится по индивидуальному программному обеспечению. Гидроабразивный станок для резки металла
  • На станках с ручным управлением давление струи может быть выбрано неправильно, что приведет к браку заготовки. Оборудование с компьютерным управлением такую погрешность исключает: ЧПУ контролирует качестве среза и в автоматическом режиме выбирает правильный режим.
  • С помощью программного обеспечения оператор может сделать отверстия в определенных местах заданного диаметра.
  • После обработки заготовки на гидроабразивном станке деталь получается полностью готовой: ее не требуется шлифовать, обтачивать или проводить какую-либо еще дополнительную обработку.

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.
Читать еще:  3D-модели и чертежи оборудования для плазменной резка

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.

Гидроабразивный станок для резки — устройство

Станки данного типа имеют такие элементы:

  • резервуар для воды (от 2 кубов);
  • насос высокого давления;
  • емкость с абразивом для смешивания с водой;
  • трубки высокого давления;
  • резак со сменными головками (форсунками);
  • ванна с рабочим столом для закрепления заготовки, гашения струи и сбора воды (абразива);
  • в промышленных станках – блок ЧПУ;
  • в ручных станках – система управления резаком.

Гидроабразивная резка металла незаменима при обработке толстостенных заготовок. Получить действительно качественную линию среза возможно только таким методом. Применение гидравлической резки актуально при обработке камня и других материалов повышенной твердости. После резки, на всей линии, какой бы длинной она не была, не останется ни окалин, ни заусенец, сколов и никакой дополнительной обработки не требуется.

Не нужно следить за тем, насколько режущий инструмент острый, периодически заменять его и покупать дополнительное оборудование для заточки. Скорость резки не изменяется даже при обработке толстостенных заготовок.

Быстро оценив открывающиеся возможности в получении изделий различной геометрической формы, гидроабразивные станки снабдили ЧПУ. Ручные станки намного дешевле и позволяют сделать большинство простых деталей и заготовок несложной геометрической формы.

Популярные производители гидроабразивных станков и цены на них

Еще один недостаток станков для резки гидроабразивного типа – это их высокая цена, пока что недоступная для широкого потребителя.

Наиболее популярные компании-производители, присутствующие на российском рынке – это:

  • OMAX (США);
  • Jet Edge (США);
  • PTV (Чехия);
  • Resato (Голландия);
  • Bystronic (Швейцария);
  • Caretta Technology (Италия);
  • ALICO (Финляндия).

Средняя рыночная цена оборудования данных марок составляет порядка 250 тысяч евро.

Кроме того, есть еще несколько компаний-производителей комплектующих и расходников для станков гидроабразивного типа, среди них:

  • AccuStream (США);
  • UHDE (Германия);
  • Thueringer (Германия);
  • BHDT (Австрия).

В ассортименте этих компаний также представлены системы для режущих головок, трубки для подачи абразива, сверхмощные насосы и другие комплектующие для систем.

Естественно, что высокая цена отчасти обусловлена тем, что продукция является импортной. Что же касается отечественного производителя, который занимается сборкой и продажей станков для резки гидроабразивного типа, то тут стоит упомянуть компанию «Дельта-Интех». Цена продукции будет несколько ниже зарубежных аналогов, а вот детали и комплектующие для сборки станков используются как зарубежные, так и российские.

Чаще всего гидроабразивные станки используются для промышленных целей. Хотя их универсальность позволяет их применять и для бытовых нужд для обработки металлических поверхностей, но цена агрегата такова, что это пока редко практикуется. Возможно, со временем, ситуация изменится, и гидроабразивная технология станет применяться более широко.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector