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.
Строение сопла ГАР для резки чистой водой
Строение сопла ГАР для резки водой с абразивом
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.
В чем заключается принцип действия и технология резки металла водой?
Давайте рассмотрим технологию резки металла водой и принцип ее действия. Во время различных работ (как в промышленности, так и в быту) часто приходится разрезать металлические конструкции. Для этой цели применяется механическая, лазерная, кислородная, плазменная резки. То есть, для разрезания металлов используется в основном механическое воздействие или высокая температура.
Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. Например, при механической резке происходит деформация металла, а при газокислородной или плазменной – к его окислению.
Преимущества и недостатки гидроабразивной резки
В современной промышленности активно используется новый вид резки металла с помощью воды. Такая резка называется водно-абразивной или гидроабразивной. Впервые этот метод был использован в авиастроительной промышленности.
У данной технологии отсутствуют недостатки, которые присущи разрезанию металла механическим воздействием или высокой температурой. Впервые такая технология была применена в 70-х годах прошлого века. В промышленности ее активно стали использовать в конце XX века.
Разрезание металла посредством воздействия воды и абразива имеет ряд преимуществ.
- Обрабатываемое изделие не нагревается и не деформируется.
- Высококачественный рез, поэтому нет необходимости в последующей обработке изделия.
- Потери металла – минимальны.
- Обрабатывать детали можно любого размера и в любом режиме – ручном или автоматическом (без участия человека).
Изделия из любых металлов обрабатываются с одинаковой скоростью. Работа состоит из одного этапа – перенастраивать оборудование не нужно. Следовательно, времени такая резка требует меньше, чем другие виды. Гидроабразивная резка идеально подходит для обработки тугоплавких материалов и сталей. И еще один приятный момент: такая работа не сопровождается выделением дыма, запаха и пыли.
Применяя водно-абразивную резку, можно получить детали различной формы – нужно только задать определенные параметры с помощью числового программного управления. Этот фактор позволяет активно применять данный метод для получения различных предметов, предназначенных для украшения интерьера, зданий и т. п.
Есть у водно-абразивной резки и недостатки. Во-первых, для металлов, подверженных коррозии, могут быть негативные последствия. И, во-вторых, этот вид резки требует больших финансовых затрат. Весь механизм нужно постоянно осматривать. Оборудование часто выходит из строя и требуют ремонта или замены.
Оборудование
Станок для гидроабразивной резки состоит из:
- насоса высокого давления;
- инструментальной головки;
- рабочего стола;
- системы перемещения, оснащенную ременным приводом или устройства управления с ЧПУ;
- рабочей ванны (из нержавеющей стали);
- емкости для подаваемой воды;
- бака для абразивного материала;
- компрессора для подачи абразивного материала;
- датчика, предназначенного для контроля абразива;
- смесительной камеры;
- выносного пульта с маховиком, предназначенного для упрощения процедуры управления;
- устройства, предназначенного для удаления останков обрабатываемого материала;
- устройства, предназначенного для подачи обрабатываемых деталей.
Технология
Режущим инструментом при гидроабразивной резке является струя воды совместно с абразивным материалом. Струя воды подается на высокой скорости под большим давлением – от 2000 до 5000 атмосфер. В некоторых устройствах давление может достигать 6000 атмосфер.
Вода проходит через сопло, толщина которого составляет 0,1 мм. Скорость воды при этом увеличивается, и может достигать значения 1200 м/с и даже выше. Поток воды фокусируется, он может разрезать почти все металлы. Расход воды составляет до 4 л/мин.
После сопла вода попадает в смеситель. Сюда же подаются частицы абразивного материала. В этом месте происходит смешивание воды и абразивного материала. Абразив подается тангенциально. На заготовку попадает смесь воды и абразива. Под воздействием сфокусированного скоростного потока происходит отрыв частиц обрабатываемого материала из реза.
Принцип действия установки для гидроабразивной резки
Во время процесса резки важно придерживаться определенных параметров и соблюдать правила пользования станком. Здесь важно, какое давление воды используется, какой расход, скорость струи, количество подаваемого абразивного материала.
На схеме цифрами показаны:
- 1 — подача воды;
- 2 — сопло;
- 3 — абразивный материал;
- 4 — смесительное устройство;
- 5 — кожух;
- 6 — струя воды и абразива;
- 7 — обрабатываемый материал.
Процесс гидроабразивной резки металла включает в себя 4 этапа:
- Заготовка помещается в ванну с водой и закрепляется. На неавтоматизированном устройстве это нужно делать своими руками, на станке с ЧПУ – с помощью программы.
- В ванну помещается инструментальная головка, в которую подаются вода и абразив. При этом устанавливаются необходимые рабочие параметры (давление воды, расход и т. д.).
- Инструментальная головка направляется на обрабатываемый материал.
- Струя воды и абразива разрезает заготовку.
- Абразивный материал после резки фильтруется и сушится.
Перечисленные этапы при работе устройства постоянно повторяются. Металл разрезается из-за удара частиц абразива. Вода, при этом выступает в качестве носителя режущих частиц (то есть, абразива). В качестве абразива используются:
- кварцевый песок;
- карбид кремния;
- гранатовый абразив;
- электрокорунд;
- оливин.
У перечисленных материалов есть общие преимущества — низкая цена, высокие режущие свойства и твердость. Благодаря твердости и повышенной устойчивости эти материалы можно использовать неоднократно. В отечественной промышленности главным образом в качестве абразива используется кварцевый песок.
Активно данный вид резки применяется для обработки заготовок из легированной стали. Это обусловлено тем, что струя воды и абразива не нарушает состав такой стали. Кроме металлов, можно обрабатывать стекло, камень (природный и искусственный), бетон и железобетон. Но, для каждого материала есть свои пределы по толщине:
- Цветные металлы, сплавы и нержавеющая сталь – максимум 150 мм.
- Композитные материалы, углепластики – максимум 200 мм.
- Природный и искусственный камень – максимум 300 мм.
- Видео: резка металла водой.
Техника безопасности
Процесс гидроабразивной резки не представляет особой опасности. Расстояние от трубки, из которой выходит струя, до обрабатываемой поверхности — всего 2,5 мм.
Это исключает воздействие струи на руку. При превышении давления воды выше допустимого открывается сбросной клапан, который снижает давление до рабочего.
Тем не менее при работе на станках следует соблюдать определенные меры безопасности.
- Ни в коем случае не допускайте воздействия струи на тело. Такая струя способна разрезать металл толщиной 150 мм, что уж говорить про руку. Во время работы руки держите на максимально возможном расстоянии от зоны резки. Перед включением станка убедитесь в отсутствии посторонних предметов на пути резки.
- Защищайте глаза и органы слуха. Обязательно используйте защитные очки и беруши (или наушники).
- Не кладите руки на рабочий стол.
Обработка металлических изделий с помощью струи воды и абразива все больше применяется в современной промышленности (в основном, в машиностроении и металлургии). Технология и оборудование постоянно совершенствуются, чтобы избежать существующих недостатков или минимизировать их.
Лидерами в производстве аппаратов для гидроабразивной резки являются американские компании Jet Edge, Flow, OMAX, итальянские WaterJet Corp Inc. и Caretta Technology, голландская Resato, чешская PTV, шведская Waterjet Sweden, финская ALICO, швейцарская Bystronic.
Republished by Blog Post Promoter
Гидроабразивная резка металла водяной струей: как режут материал водой под давлением по водной технологии
12Ноя
Содержание статьи
Гидроабразивная резка – это технология водяной обработки металла, которая проводится с использованием воды и смеси абразива в роли рабочего материала, причем струя жидкости из гидравлического инструмента (резака) подается под огромным давлением и работает с большой скоростью.
Сущность технологии
Заготовка из металлического листа кладется на рабочую поверхность. Она раскраивается по нужному формату. Места кроя подвергаются водному воздействию с добавлением абразивных частиц. Эти вещества взаимодействуют с поверхностью, разрушая ее.
При этом необходимо поддерживать определенное давление, напор, который обеспечивает скорость подачи жидкости и твердых частичек. Задача оборудования по этой технологии – отделить часть от целого.
Мощность аппарата велика, но способности ограничиваются плотностью сплава и его толщиной.
Принцип работы гидроабразивной резки металла и стали
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 направляется абразив нужного количества и диаметра частиц.
- Два элемента смешиваются до относительно однородной жидкости.
- Смесь с высоким напором направляется на сопло, которое управляет наклоном и скоростью.
- Материал соприкасается с поверхностью заготовки, разрезая ее.
При этом происходит охлаждение.
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 свойства 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:
Оборудование для гидрорезки
Называют «непыльным». Действительно, стружки фактически нет, вернее, она сразу вымывается, получается очень ровный и чистый срез, который, в большинстве случаев, даже не требует шлифовки.
Технологический процесс построен на природном явлении водоемов – эрозии, то есть способности размывать берега, при этом обтачивая камни, корни деревьев.
Суть остается прежней, но чтобы многократно ускорить воздействие, в жидкость добавляют абразив.
Такая смесь выпускается струей очень высокого напора. Давление доходит до 6 тысяч атмосфер, при этом развивается скорость, которая в три раза превышает распространение звуковой волны в воздухе, – 800—1000 метров в секунду. Две основные задачи оборудования:
- отрыв и вымывание частиц материала заготовки;
- моментальное охлаждение и очищение.
Устройство станка, который режет водой
Классический аппарат имеет множество узлов:
- корпус – обычно состоит из металла, как наиболее износостойкого и долговечного материала, благодаря чему он достаточно массивный;
- емкость – 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.
Особенности устройства основных узлов
Уникальность установки заключается во многих отличиях начиная с рабочего стола. Вместо привычной плоскости здесь представлена ванна с неглубокими бортами. Она оснащена ребрами для захвата и фиксации заготовки, они быстро снимаются и накладываются.
Также емкость набирается жидкостью, а затем сливается. Постоянное нахождение металла в водной среде позволяет избавить производство от шума и пыли.
Емкость, которая содержит абразивные частицы, легко вынимается, имеет функцию пополнения даже в ходе работы, а также оснащена датчиками, контролирующими количество смеси.
Очень важна система перемещения инструмента. Она поставлена на ремни, которые двигают резак по линейным плоскостям. Используются именно ремешки, а не цепи, так как они более невосприимчивы к влаге, а также к нечаянному попаданию абразива. Дополнительное преимущество – их легко менять при износе. Подробнее об устройства посмотрим на видео:
Возможности водной резки металла
Многие способы применяются только для прямой распиловки, в то время как гидрорезка позволяет:
- делать фигурный разрез;
- не подвергать обработке края;
- обрабатывать листы (металлозаготовки) толщиной до 120 – 200 мм, в зависимости от вида стали;
- подключить к автоматическому пульту управления трудный проект и фактически не участвовать в процессе, только контролировать;
- разрезать окружности, трубы.
Сейчас активно пользуются технологией в различных сферах:
- автомобилестроение и машиностроение в целом;
- изготовление заготовок, деталей, которые не поддаются штамповке;
- резка водой железа, утеплителей, стекловолокна, изоляторов, мрамора;
- художественная обработка.
Управление
Для эффективной работы необходим труд нескольких инженеров и операционистов. Проектировщик обязан создать проект в специальной компьютерной среде. Затем файл помещается в память устройства. Машина сама распределяет функции на остальные узлы.
Сотрудник отвечает за достаточное количество расходных материалов, за запуск программы, контроль за выполнением и своевременное оповещение о поломке.
Специалист по оборудованию обязан проводить техническое обследование (профилактическое), а также устранять неполадки.
Гидроабразивные станки с ЧПУ
Числовое программное управление позволяет осуществлять наиболее трудные детали с погрешностью в половину миллиметра.
Производственный процесс полностью автоматизирован, он не требует постоянных команд, ему необходимо только однажды задать программу (выбрать из списка или ввести в память) и поставить запуск.
Такое оборудование дорогостоящее, но более эффективное. Нет человеческого фактора, то есть минимизирован риск ошибок.
Как режут металл водой вручную
Менее популярные на производстве, зато теоретически возможны для изготовления в домашних условиях. Задача оператора – выбор угла резки, давления, напора и ширины струи.
Работать с ним труднее, но, однажды научившись, специалист сможет делать очень продуктивно простые формы. Точность остается высокой, но при этом набор функций относительно небольшой.
Еще одно достоинство – цена значительно ниже, чем у оборудования с ЧПУ.
Расходные материалы
Основное сырье – это чистая, прошедшая многоступенчатую фильтрацию, чтобы там не находилось примесей, которые могут вступить в реакцию с заготовкой, вода и абразивные частицы. Расход достаточно большой, при этом чем толще сплав, 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.
Какое давление нужно для резки металла водой
Минимальный напор – 1500 атмосфер, максимальный – 6000. Показатель настраивается в зависимости от плотности стали, от необходимой скорости работы. Делать это можно вручную или довериться умному блоку управления.
Преимущества гидроабразивной установки
Сейчас это один из наиболее эффективных и востребованных методов, благодаря своим достоинствам:
- это самый «холодный» способ металлообработки, что позволяет работать даже с веществами, чьи физические и химические свойства меняются от жара;
- малые потери материала – стружки фактически нет, срез ровный и узкий;
- хорошо для тонких листов, но можно и с более плотными – до 3 см;
- нет необходимости финальной шлифовки, края очень ровные;
- самая большая точность – 0,5 мм;
- можно вырезать любые трудные детали;
- есть возможность резать «пакетом», то есть в несколько слоев сразу, если заготовки достаточно тонкие;
- очень высокая чистота работы – нет пыли, шума, газов;
- пожарная безопасность полная;
- отсутствие острого режущего инструмента, то есть его не нужно менять, точить.
Недостатки гидроабразивной установки
Есть и некоторые сложности, связанные со станком:
- необходимо часто пополнять уровень абразива, а это достаточно дорого;
- при резке водяной струей тонколистового металла скорость работы водорезки остается невысокой;
- при водном и кислородном воздействии заготовка автоматически приобретает склонность к коррозии, то есть если не нанести слой защитного покрытия, то может вскоре появиться ржавчина.
Цена гидрорезки
Стоимость такого оборудования, а также его обслуживания, высока. Именно по этой причине метод используют в основном на крупных производствах – там все затраты компенсируются высококачественным итоговым продуктом. Ценник складывается:
- из мощного насоса;
- дорогостоящей системы ЧПУ;
- сопла из искусственного алмаза.
В статье мы рассказали, как водой разрезать металл, а также показали примеры станков, режущих с помощью водяной струи. В качестве завершения советуюм посмотреть несколько видео:
Обращайтесь в ООО «Роста», если вы решили купить приспособления для промышленного пользования.
У нас в наличии и на заказ имеются ручные и полуавтоматические ленточнопильные, а также маятниковые, вертикальные и двухстоечные агрегаты. Цена на товары снижена в 1.5 — 2 раза по сравнению с зарубежными аналогами.
Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с менеджерами, мы с радостью поможем в выборе оборудования.
Гидроабразивная резка: плюсы и минусы технологии
Гидроабразивная резка – пожалуй, самая перспективная технология раскроя материалов. В этой статье вы познакомитесь с историей станков, функционалом современных моделей, а также узнаете, почему российские компании выбирают гидрорез, а не лазерные установки.
Прототипы современных водоструйных машин появились в начале 19 века. Шахтеры из Советского Союза и Новой Зеландии использовали воду под давлением для вымывания рыхлой угольной породы. Чуть позднее такую же концепцию стали применять золотодобытчики в США во время золотой лихорадки.
Водяным потоком они вычленяли драгоценный металл и направляли его вниз по специальным каналам.
И хотя сегодня гидравлическая добыча полезных ископаемых не является основной функцией гидроабразивных установок, она знаменует собой начало серии изобретений, которые привели к тому, что теперь вода является эффективным режущим средством.
В 30-ых годах прошлого столетия гидроабразивная резка стала применяться для раскроя бумаги. Процесс осуществлялся чистой водой. А в 1935 году американец Элмо Смит разработал инновационную идею добавлять в водяную струю абразив, что в свою очередь повысило качество реза и позволило работать с твердыми материалами.
Первый гидроабразивный станок американской компании KMT
Конструкция гидроабразивного станка и принцип его работы
Современные станки для гидроабразивной резки состоят из 5 основных узлов: насосной станции, координатного стола, режущей головки, системы подачи абразива и стойки оператора. Конструкция станков у разных производителей может незначительно отличаться и обрастать дополнительным оборудованием, однако в целом «скелет» установки выглядит именно так.
Насос – это «сердце» системы. Он отвечает за нагнетание давления воды. По степени мощности насосные станции гидроабразивных станков подразделяются на две подгруппы: на 4000 bar и 6000 bar.
В последние годы производители стали выпускать насосы и большей мощности, однако они целесообразны на сверхсложных работах и не востребованы в условиях большинства металло- или камнеобрабатывающих предприятий.
Насосные станции также подразделяются на две группы и по конструктиву. Они бывают мультипликаторного типа и прямого действия.
Первый вид создает возвратно-поступательные движения плунжеров подачи воды путём давления масла на центральный (гидравлический) поршень.
Двадцатикратная разница площадей гидравлического поршня и торца плунжера обеспечивает повышение давления в 20 раз. То есть, при подаче масла под давлением 200 атмосфер мы получаем давление воды в 4000 атмосфер (бар).
Насосные станции прямого действия представляют собой три поршня для нагнетания воды, движение которых осуществляется через коленчатый вал.
Далее по трубкам высокого давления вода направляется в режущую головку. Одним из ее элементов является смесительная камера. В ней происходит перемешивание жидкости с абразивным материалом.
Полученная смесь поступает в фокусирующую трубку и со скоростью ≈1000 метров в секунду врезается в заготовку, которая лежит на координатном столе.
Миллионы частиц абразива выступают в качестве переносчиков энергии и, ударяясь об изделие, отрывают от него микроскопические куски.
С добавлением абразива режущая способность воды возрастает в сотни раз, и она способна раскраивать почти любой материал. Наиболее оптимальным абразивом является гранатовый песок фракции 80 mesh. Предпочтение отдается аллювиальному (океаническому) месторождению. Такой песок обладает высокой твёрдостью, средним размером песчинок (0,25÷0,45 мм) и не забивает фокусирующую трубку.
Преимущества гидроабразивной резки перед лазерным станком
Гидроабразивная резка имеет ряд неоспоримых преимуществ перед лазерными или ленточнопильными станками.
В первую очередь – это возможность резать любые материалы. Лазер или пила существенно ограничивают направления деятельности предприятия, а гидроабразивный станок легко раскраивает металл (включая титан), камень, резину, стекло, кожу, бумагу.
При этом практически нет ограничений и по толщине изделия. Гидроабразивная установка способна раскраивать каменную или металлическую заготовку в десятки сантиметров.
Вопрос лишь во времени, которое потребуется струе воды, чтобы «пробить» сверхбольшие толщины.
Второй важнейший аспект гидроабразивной технологии – это отсутствие высоких температур. При обработке металла на лазерном или ленточнопильном станке кромка реза подвергается нагреву, в результате чего образуется наплавка.
Для ее удаления необходимо произвести дополнительные операции, например, шлифовку. Это увеличивает и стоимость, и время изготовления детали. Водяная струя выступает в качестве режущего и одновременно охлаждающего инструмента.
Поэтому из под гидроабразивного станка выходит практически готовое изделие.
Третьим по списку, но не по степени важности идет экономический аспект.
Поскольку струя воды, выходящая из фокусирующей трубки, может иметь толщину человеческого волоса, у предприятия сокращаются затраты на лом.
В процессе гидроабразивной резки минимизируется количество металлической стружки, а сами заготовки можно вырезать максимально близко друг к другу. Это позволяет экономить на материале.
Помимо многофункциональности и экономической целесообразности гидроабразив является экологически чистой технологией. Станки данного типа не выделяют в атмосферу вредных газов, поэтому они абсолютно безопасны для человека, животных, растений и окружающей среды.
Основные минусы гидроабразивной резки
К ключевым недостаткам технологии гидроабразивной резки относятся три основных пункта.
- Конусность. При прохождении через толщу материала водяная струя ослабевает, в результате чего на выходе ширина отверстия становится меньше, чем на входе. Этот недостаток традиционно решается снижением скорости реза.
- Ресурс трубок. В зависимости от давления и количества абразива срок службы сопла не превышает сотни часов непрерывной резки. К счастью, сопла выпускаются массово, и стоимость их не превышает нескольких тысяч рублей за единицу.
- Скорость реза тонколистной стали. Гидроабразивная резка уступает по этому параметру лазерным установкам.
Крупнейшие производители гидроабразивных станков в мире
Лидерами на рынке производства гидроабразивных установок являются США и ряд европейских государств.
К числу лидирующих предприятий можно отнести Flow, KMT, OMAX, BFT, PTV, Waterjet Sweden, Resato, Hypertherm, WSI и ряд других компаний. В последние годы в данную нишу активно прорывается и Китай.
Наиболее известными разработчиками waterjet-технологий в данной стране являются Teen King и Yongda.
Стоимость гидроабразивных станков
Цена нового станка зависит от его комплектации: размера координатного стола, типа режущей головки и их количества, мощности насосной станции. Важную роль в ценообразовании играет и бренд оборудования.
Наиболее дорогостоящими моделями станков являются «американцы». Их стоимость составляет от 12-15 млн рублей и более. Самые бюджетные установки выпускаются в Китае.
Станок достойного качества из Поднебесной можно приобрести за 6-7 млн рублей.
Затраты на обслуживание гидроабразивного станка
Как и любое промышленное оборудование, гидроабразивный станок нуждается в техническом обслуживании. Основными «расходниками» в гидрорезке являются гранатовый песок, смесительные трубки, водяные сопла и ремонтные комплекты.
По состоянию на осень 2021 года цена 1 тонны качественного абразива из ЮАР или Китая составляет 42000-45000 рублей, из Австралии – 60000-70000 рублей. Срок эксплуатации смесительных трубок и водяных сопел исчисляется в моточасах. Принято считать, что рабочий ресурс 1 трубки (она служит порядка 80-100 часов) = 2 соплам.
Рентабельность работы и конкуренция на рынке гидроабразивной резки
Рентабельность гидроабразивной резки варьируется от региона к региону. На нее влияют цена электроэнергии, водоснабжения, ставка заработной платы оператора. В среднем маржа составляет 40%-60% от стоимости минуты реза, которая, как правило, варьируется на уровне 100-150 рублей и включает все производственные затраты.
Стоит отметить, что количество гидроабразивных установок в России в сотни раз меньше числа лазерных станков. Как следствие, конкуренция в данной нише существенно ниже. В городе-миллионнике на гидроабразивных станках работает не более 5-10 предприятий, при этом возможности применения такого оборудования безграничны.
Загрузка...
