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

Гидроабразивная резка металла – это технология резки, которая сейчас преобладает в металлургической, металлопрокатной и машиностроительной отраслях. Резка металла водой пришла на смену плазменной и классической резке на отрезных станках.

Впервые этот метод был разработан и применен в авиастроении, для резки самолетного алюминия. Американская компания, которая изобрела этот метод, после проведения работ и анализа, предоставила статистические данные о том, насколько эффективно применять гидроабразивную резку в промышленности.

Сегодня на больших машиностроительных заводах не обходятся без гидроабразивной резки: она позволяет добиться максимальной точности в производстве деталей из стали и тугоплавких материалов.

Преимущества метода

Гидроабразивная резка металла незаменима при обработке толстостенных заготовок. Получить действительно качественную линию среза возможно только таким методом. Применение гидравлической резки актуально при прокладке труб, в которых будет высокое давление. После резки, на всей линии, какой бы длинной она не была, не останется ни окалин, ни заусенец: никакой дополнительной обработки не требуется.

Нужно учитывать, что станок такого типа стоит дороже, чем более простые аналоги. Но изначальная стоимость компенсируется ценой расходных материалов, крепежных элементов и дополнительных узлов. Еще один плюс работы с гидравликой – даже при долгой работе не появляется дымовая завеса, пыль не летит во все стороны. К тому же не нужно следить за тем, насколько режущий инструмент острый, периодически заменять его и покупать дополнительное оборудование для заточки.

Одновременно с этим гидроабразивный способ резки металла позволяет поддерживать высокую скорость производства за счет быстрой скорости обработки металлических заготовок. Скорость резки не изменяется даже при обработке толстостенных заготовок. При этом гидроабразивный станок позволяет обрабатывать не только металл, но и стекло, резину, пластик и иные многослойные заготовки.

Принципиальное устройство станков

Учитывая тот факт, что гидроабразивные станки универсальны в применении, они имеют весьма специфическое устройство, которое позволяет им резать не только металлы.

Технология основывается на подаче воды под высоким давлением через форсунку к заготовке под определенным углом. В жидкость входит абразивный материал, который является вспомогательным компонентом резки. Чаще всего используется песок, измельченный до микрочастиц. Перед подачей вода и песчинки смешиваются в специальном предварительном резервуаре. Тщательно смешанная смесь подается к форсунке станка.

Водяной резак по металлу

В зависимости от заданной программы сформированная струя подается на заготовку. Сопло форсунки размещено на подвижной головке, которая может поворачиваться и наклонятся в произвольном порядке. Скорость резки водой можно сравнить лишь с плазморезом, а вот точность и качество сравнимы лишь с длительной лазерной резкой.

Современная сфера применения

Тенденции технического роста не обошли стороной и гидравлический абразивный станок для резки. Современное оборудование такого типа позволяет:

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.

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:

Оборудование с ручным управлением

Существует ряд гидроабразивных станков, которые не комплектуются ЧПУ и в них мастеру приходиться своими руками устанавливать параметры резки. Здесь значительно хуже комфорт работы, понижается точность и качеств обработки. Многие факторы зависят от того, насколько профессионален оператор станка. Но, как и везде, есть свои положительные моменты, которые мы увидим в этом списке:

• Классические ручные станки намного дешевле, чем оборудование с программным компьютерным управлением.
• Разобравшись в кнопках и рычагах даже человек без специализированного образования сможет справиться с работой на этом станке.
• На таком оборудовании возможно получать большинство простых деталей и заготовок с несложными геометрическими формами.
• Даже на ручном станке возможно получать качественный срез под разными углами, разрезать материал так, как того требует технология.

Расходные материалы и самостоятельная постройка станка

Чтобы гидроабразивный станок полноценно работал, требуется лишь вовремя проводить замену абразивных материалов и изношенных элементов, которые со временем теряют свой ресурс. Показатель расхода абразива зависит от толщины разрезаемого материала: бывает и так, что станок расходует около 300 г микрочастиц песка в одну минуту.

Во-время обработки металла максимальной толщины расход будет еще больше, около 500-600 г в минуту. К деталям, что часто требуют замены, относят различные уплотнители и элементы насоса высокого давления. Последние часто выходят из строя, так как станок всегда работает с крайне высоким давлением, что создает нагрузку на детали.

В плане построения такого станка самостоятельно есть одна проблема, решить которую практически невозможно – низкое качество самостоятельно изготавливаемых деталей. Дело в том, что построение гидроабразивного станка требует массу уникальных деталей и частей, которые придется заказывать у токаря и как-то создавать своими руками. Как правило, срок службы таких деталей не превысит нескольких дней, учитывая то давление, с которым приходится иметь дело.

В итоге, придется покупать оригинальные запчасти, узлы в сборе, в то время как другие части будут оставаться самодельными или взятыми из аналогов. В плане затрат денег – вы потратите практически столько же, сколько бы стоил новый полноценный гидроабразивный станок, плюс к этому еще и сил потратите массу.

Новая промышленная установка для гидроабразивной резки стоит от 3 млн. рублей, а б/у можно приобрести значительно дешевле.

Видео: Гидроабразивная резка металла

Сегодня без технологии гидроабразивной резки металла не обходится ни одна металлопрокатная и машиностроительная отрасль. Зачастую добиться нужного качества среза не получается даже с помощью плазменной резки, поэтому используется оборудование для порезки посредством гидроабразивной струи воды.

Гидроабразивную резку металлов водой впервые использовала авиастроительная компания в Америке, которая в дальнейшем предоставила данные о том, что эта технология является лучшим способом для порезки стали и других тугоплавких металлов . С этого времени водно-абразивный способ не перестает пользоваться популярностью в различных промышленных сферах.

Плюсы резки металла гидроабразивной струей воды

Оборудование, которое применяется для резки металла с помощью гидроабразива, незаменимо в обработке толстостенных изделий. Только эти станки могут обеспечить высочайшее качество линии среза. После резки рабочей зоны 200-мм стального листа , на поверхности линии среза не появляется ни заусениц, ни окалин.

Идеальный срез в сочетании со щадящим режимом температур - это еще не все преимущества, который имеет водно-абразивный способ. Высокая цена оборудования с лихвой компенсируется экономией на крепежных узлах и элементах, которые не требуются даже во время работы с тонкостенными изделиями.

Отсутствие пыли и дымовой завесы, а также иных неблагоприятных факторов – еще одно из многих преимуществ гидроабразивной резки. Кроме этого, нет необходимости делать замену изношенных режущих частей и следить остроту резака, потому что его, по сути, нет. Вместо него роль режущей части играет струя воды вместе с абразивными частичками.

Процедура гидроабразивной обработки среза происходит за один этап. Причем скорость работы проходит без задержек, показатель скорости порезки не снижается, даже когда необходимо обрабатывать толстостенные изделия .

Универсальные показатели станков для порезки металла дают возможность на одном устройстве одновременно проводить обработку различных материалов - это резина, стекло, пластик или многослойный материал.

Гидроабразивные станки для резки металла характеризуются безопасностью эксплуатации, поэтому могут устанавливаться на предприятиях с большим риском взрывоопасности.

Использование гидроабразивных станков и принцип работы

Устройства для резки металла гидроабразивом универсальны в использовании, так как их возможности не завершаются на раскрое металлических изделий. Технология основывается на специально созданной системе подачи воды под большим давлением на обрабатываемую плоскость.

Дополнительным элементом жидкости является абразив, добавляющийся в воду. Как правило, в роли абразивной добавки применяют микрочастицы песка. Вода и песок одновременно попадают в смеситель из отдельных емкостей, в котором тщательно смешиваются. Затем полученная смесь под высоким давлением подается в сопло станка.

После, рабочий водно-абразивный резак, в виде сильной струи с определенными характеристиками, подается на деталь и разрезает его.

В этом случае скорость гидроабразивной резки можно сравнить только что со скоростью плазмореза, но вот качество выполненного этим способом среза соответствует только качеству резки лазером.

Быстрое развитие современных технологий дало возможность усовершенствовать станки благодаря расширению их рабочих возможностей. За счет чего их сфера использования значительно увеличилась.

Сегодня водно-абразивные станки позволяют:

• Вырезать изделия любых геометрических форм с помощью числового программирования. В этом случае обработка происходит полностью в автоматизированном режиме и не требует наличия оператора. Станок управляется специально установленной компьютерной программой. Гидроабразивная порезка труб дает возможность сделать необходимую окружность без каких-либо погрешностей;
• Делать нестандартный рез любого материала, причем изменяющийся наклон разреза не сказывается негативно на качестве. Процесс работы, который выполняется под любым наклоном, позволяет на выходе получить абсолютно готовое изделие и не подвергать его финишной обработке;
• Гидроабразивный способ нашел свое применение и в области искусства. Оборудование дает возможность изготавливать различные украшения и предметы дизайна, как правило, обработка фигур делается с помощью ЧПУ;
• Установки для обработки гидроабразивом, применяемые в металлопрокате, позволяют делать разрезание максимальной толщины любого металла, это можно увидеть на видео. Так, обработка изделия из среднеуглеродистого металла может происходить с использованием материала, у которого максимальная толщина – 20 см. Наибольшая толщина титанового сплава составляет 16-18 мм; высокопрочные металлы могут быть толщиной 11 мм. Но вот толщина медного изделия достигает только 6 мм.

Особенности работы станков с ЧПУ

Гидроабразивные станки с ЧПУ - это одна из возможностей расширить область применения устройств, улучшить эффективность работ и в тоже время повысить производительность .

Установки с ЧПУ используются для изготовления изделий из медных, алюминиевых, стальных и других видов металлов. Высокая точность порезки, которую имеют водно-абразивные станки с ЧПУ, почти не имеет отклонений от требуемых условий.

Гидроабразивные станки с ЧПУ имеют такие преимущества:

• Если на устройствах без ЧПУ выбор режущей струи можно подобрать неправильно, то в этой ситуации данный фактор исключается. Оборудование автоматически контролирует качество реза, после самостоятельно корректирует установленный режим;
• Станки, которые имеют ЧПУ, работают в соответствии с установленной программой. Причем обработка любого изделия делается по индивидуальному компьютерному обеспечению. При помощи его автоматом выбирается напор струи, состав режущей смеси и другие параметры;
• По окончании гидроабразивной обработки из заготовки получается абсолютно готовая деталь, которую не нужно подвергать дополнительной обработке или шлифовке, на участке среза;
• Обработка металлов при помощи компьютерного обеспечения также подразумевает возможность проделывания отверстий необходимого сечения.

Ручное оборудование для водно-абразивной резки

Некоторая категория гидроабразивных устройств подразумевает управления оператором, так как не оборудована ЧПУ. В этом случае угол и другие характеристики оператору нужно устанавливать своими руками .

Поскольку часть работы все-таки приходится делать самостоятельно, то показатель комфорта и удобства эксплуатации этого станка далек от идеала. Но здесь есть и свои преимущества, которые состоят в нескольких факторах, и они в некотором смысле, становятся решающими при выборе станков:

• На ручном гидроабразивном станке может работать оператор без специального образования;
• Установки без ЧПУ гораздо дешевле;
• Оборудование имеет все нужные технические характеристики, которые дают возможность получить изделия с простыми формами;
• Ручные станки отличаются небольшим набором функций и простой управления, с их регулировкой можно вполне справиться своими руками;
• Качественный и ровный срез, возможность резать под углом, получение простых фигур и раскрой материала с четкими геометрическими формами – все эти функции можно использовать на любых материалах, в числе которых медь, стекло и сталь.

Расходные материалы для гидроабразивного оборудования

Все, что необходимо для восстановления работы гидроабразивных станков - это периодически делать обновление изношенных элементов и расходных материалов. Расход абразива, даже на устройствах с ЧПУ, часто превышает отметку более чем в 350 гр. в 1 минуту, поскольку при работе с материалом, который имеет максимальную толщину, эти данные увеличиваются.

В роли абразива используют микрочастицы песка, который обеспечивает резку тугоплавких и тягучих материалов. Размер микропесчинки может быть до 650 микрон. Кроме абразива, данная техника резки не обходится без воды, она подготавливается, проходя через фильтры.

Если применять воду без подготовки, то качество резки существенно снизится. Из деталей оборудования, как правило, подлежат замене: направляющие трубки и сопло, система подачи абразивной смеси. А также уплотнительные части гидравлической станции, без которых не будет требуемого напора в системе.

Станки для резки металла представляют собой специальное электрооборудование высокой производительности, с помощью которого происходит резка (раскрой) различного металлопроката.

Наиболее часто они применяются для нарезки заготовок из металлических материалов таких как:

• лист;
• полоса;
• уголок;
• труба (круглая и профильная);
• швеллер;
• двутавр.

Станок для резки металла необходим производственным, монтажным и строительным предприятиям, металлобазам. Некоторые мастера, своими руками создают самодельный станок, рассчитанный исключительно под хозяйственные нужды.

1 Виды станков для резки металла

Для того чтобы разрезать металл применяются станки различного типа:

• — режущим элементом является замкнутая зубчатая лента. Используются в большинстве случаев на крупных производствах для многосерийного изготовления однотипных заготовок;
• ножовочные — рез проводится ножовочным полотном, которое закреплено в пильной раме. Привод у них ручной или электромеханический. Имеют небольшие габариты и просты в применении. Такими станками оборудованы цеха малых предприятий или небольшие мастерские;
• дисковые — режущим инструментом является диск. Это наиболее распространенный вид, который может быть применен практически во всех областях деятельности по работе с металлом. К этой же категории относятся инструменты под общим названием «вулканит», так как в них используются абразивные круги, которые сделаны из этого материала;
• гидроабразивные — материал разрезается водой под большим давлением, содержащей абразивную добавку (песок). Позволяет резать под любым углом в зависимости от направления форсунки;

1.1 Дисковые отрезные станки

Такие инструменты имеют жесткую металлическую раму или платформу с отверстием для углубления в него режущей кромки. Отрезной дисковый станок имеет приспособление для надежного закрепления материала под нужным углом в процессе его резки. Режущим элементом у таких станков является диск, который сделан из твердосплавной (быстрорежущей стали), или круг, покрытый абразивным материалом.

Вращательное движение диска (круга) задается электромотором посредством зубчатой или ременной передачи. В инструментах с малой мощностью возможна прямая насадка режущего элемента непосредственно на вал электродвигателя.

Дисковые станки могут иметь три вида подачи режущего инструмента:

• фронтальную;
• маятниковую;
• нижнюю.

Существует также разделение по числу режущих кромок:

• одноголовочные — имеют только один диск, и при смене операций требует переналадки под конкретную задачу;
• двухголовочные — возможна работа сразу двумя инструментами, что значительно повышает производительность. В них одна головка зафиксирована и имеет постоянно стабильное положение, а другая может перемещаться. Такие станки могут работать в автоматическом режиме.

1.3 Гидроабразивная резка

Такой вид разделения металла на гидроабразивном режущем станке очень эффективен и действие его основано на эрозии, которая создается водой. Режущим инструментом является струя воды под очень высоким давлением, а ее разрушающее действие усиливается добавлением абразивного материала.

Смесь воды и абразива вылетает из рабочего сопла направленного на обрабатываемый материал под давлением в 600 атмосфер и со скоростью до 1000 метров в секунду.

Параметры резки таким способом задаются давлением, под которым находятся абразив с водой, и размером частиц абразива. Таким способом можно резать практически любой материал под любым нужным углом:

• черные и цветные металлы, а также их сплавы;
• сталь, которая тяжело поддается обработке (легированная, жаропрочная, нержавеющая);
• композитные материалы;
• камень (мрамор, гранит);
• керамику (плитку, керамический гранит);
• стекло, как обычное, так и композитное (включая бронестекло).

При резке мягких материалов, таких как поролон, картон, пластмасса и т.д. используется только вода (без абразивных добавок).

1.4 Принцип работы

В резервуаре с водой, при помощи насоса давления, создается высокое давление (от 400 до 600 атмосфер). Поток воды проходит через сопло, диаметр которого составляет 0,2-0,35 мм (что еще больше увеличивает давление) и попадает в смесительную камеру.

Там она смешивается с абразивным материалом (песком) и направляется в другое сопло с диаметром 0,6-1,2 мм. Выходя из него, смесь воды и абразива имеет скорость до 1000 м/с, что позволяет легко разрезать даже самые прочные материалы.

Такой процесс относится к категории холодного резания, так как при его выполнении не происходит выделения тепловой энергии, потому что она полностью поглощается потоком воды.

1.5 Классическая компоновка

Стандартный гидроабразивный станок состоит из следующих узлов и деталей:

• корпус;
• резервуар для воды (объем от 2 куб. метров);
• насос высокого давления (обеспечивает подачу воды под давлением в зону резания);
• высокопрочные шланги, которые способны выдержать очень высокое давление;
• емкость для подачи абразива для смешивания с водой;
• резак — штуцер с регулируемой форсункой (возможно изменение параметров по величине выпускного диаметра);
• рабочий стол (ванна) — на нем крепится заготовка и собирается отработанная вода с абразивом);
• защитный кожух;
• блок ЧПУ — в промышленных образцах станков производит полное управление рабочим процессом.

Можно изготовить самодельный ручной гидроабразивный станок своими руками для личного пользования. Основная сложность заключается в приобретении оборудования для создания высокого давления и неоправданно высокие энергетические затраты по его использованию.

Принцип резки металла таким способом очень эффективен, но иметь такого класса оборудование в личном пользовании имеет смысл только лишь при его большой загрузке.

2 Самодельный станок

Как правило, это простые отрезные станки, сделанные своими руками с минимальными материальными затратами. Вариантов существует довольно много — от простого насаживания на вал электромотора режущего диска, до уже существенной рамной конструкции с вертикальной (маятниковой) ручной подачей.

При выборе варианта изготовления своими руками следует обратить внимание на то, насколько загружен работой будет инструмент, и какой сложности операции будут проводиться на нем.

2.1 Процесс изготовления

Станок сделанный своими руками, который имеет высокую производительность и позволяет отрезать заготовки под нужным углом, так как оборудован специальным креплением.

Последовательность сборки:

1. Сварить основание станка в виде рамы состоящей из двух взаимно соединенных частей на поворотных элементах.
2. Собрать режущий узел, который состоит из вала и шкива привода и отрезного диска.
3. Установить его на маятник (подвижную верхнюю раму) при помощи которого возможен подъем или опускание режущей части.
4. Установить электрический двигатель и соединить его со шкивом вала отрезного диска через приводной ремень.
5. Изготовить и присоединить защитные кожухи для приводного ремня и режущего диска.
6. Закрепить верхнюю раму на нижнем основании и оборудовать ее пружинами для облегчения подъема и плавного опускания.
7. Изготовить и установить устройство для надежного закрепления обрабатываемой детали в нужном положении.
8. Провести электропроводку.
9. Проверить правильность установки всех узлов и конструкционных элементов.
10. Выполнить пробный пуск.

Исходя из опыта мастеров, которые смогли сделать отрезной станок своими руками и получили опыт в процессе работы, следует обратить внимание на следующие моменты:

• при установке отрезного диска диаметром 400 мм, станку потребуется электродвигатель мощностью не менее 3 кВт;
• скорость вращения диска желательна в пределах 3000 оборотов в минуту;
• на рабочем валу станка желательно размещать шкив привода слева, а режущий диск справа. Это не позволит гайке крепления режущего диска самопроизвольно отвинчиваться во время работы;
• для вала, передающего через приводной ремень вращательный момент на режущую часть, наиболее подходят 204-е и 205-е подшипники.

Отрезной станок, сделанный своими руками, лучше оснащать 3-х фазным электромотором, рассчитанным на питание от 380 вольтовой сети. Если есть доступ только к электросети в 220 В, необходимо будет установить пусковые конденсаторы.

2.3 Альтернативная самоделка

Из вышеописанного устройства понадобится только рама, имеющая крепление для заготовок и позволяющая выполнять маятниковые движения. Вместо установки на ней вала с приводным шкивом делается крепление для установки стандартной .

Такое устройство позволит резать болгаркой металл с более высокой точностью и освободившейся одной руке, что не мало важно при выполнении сложных работ.

Уникальность технологии гидроабразивной резки заключается в том, что с ее помощью можно раскроить практически любые виды материалов. Важно отметить, что гидроабразивная резка является альтернативой не только механической, но и лазерной, плазменной, а также ультразвуковой резке, и в некоторых случаях является единственно возможной.

При гидроабразивной резке материал обрабатывается тонкой сверхскоростной струей воды. Для увеличения разрушительной силы водяной струи в нее добавляются частицы высокотвердого материала – абразива. Иногда гидроабразивное оборудование называют «гидрорезка», «водоструйная резка», «водорезка», «ГАР» или «waterjet». В промышленности такие станки используются с 1982 года, а их прототипы, появились еще в 1970 году.

В чем же суть процесса гидроабразивной резки? 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 околозвуковой 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.

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. 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.

Характерная область применения технологий резки водой

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

Типичная область применения некоторых абразивных материалов при резке

Наименование	Характерная область применения
Гранатовый песок (состоит из корунда Al 2 O 3 , кварцевого песка SiO 2 , оксида железа Fe 2 O 3 и других компонентов)	Широко распространен для резки различных материалов, в особенности высоколегированных сталей и титановых сплавов
Зерна электрокорунда (состоит преимущественно из корунда Al 2 O 3 , 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 (SiO 2)	Резка стекла
Частицы силикатного шлака	Резка пластика, армированного стекло- либо углеродными волокнами

Преимущества, недостатки и сравнительная характеристика

С помощью гидроабразивной 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.

Гидроабразивная струя способна разрезать материалы толщиной до 300 мм и больше. 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).

Почему не все пользуются станками ГАР?

Если у станков ГАР столько очевидных преимуществ, почему далеко не все применяют их на своем предприятии? Ответ скрывается не в самом процессе резки струёй воды с абразивным материалом, а в возможности контролировать этот процесс. До сих пор применение установок требовало от пользователя одновременно умения программировать и навыков опытного оператора.

Линейная скорость сопла станка ГАР должна изменяться в зависимости от изменений формы деталей. Слишком высокая скорость или ее резкое изменение может привести к снижению качества обработки. В прошлом применение гидроабразивной обработки требовало ручной установки программ для того, чтобы контролировать скорость передвижения режущей головки.

Однако даже самая лучшая программа требовала для обслуживания установок опытных операторов, которые могли бы контролировать их скорость. Когда струя абразивного материала продвигалась вдоль линии реза, оператор подбирал скорость движения сопла и таким образом оптимизировал процесс.

Слишком высокая скорость отрицательно сказывалась на качестве кромок и точности. При слишком низкой снижалась точность и повышались затраты времени. Если сопло установки ГАР проходило угол слишком быстро, это могло плохо повлиять на форму и качество резки.

В результате станки гидроабразивной резки применялись в массовом производстве, не требующем высокой точности обработки, например, для изготовления сотней деталей с помощью хорошо проверенной программы либо для резки материалов, не поддающихся обработке с помощью иных технологий. Появившиеся станки компании «WaterJet Corp.» (Италия) значительно упростили этот процесс. Гидроабразивная обработка стала гораздо более доступной, а оборудование - простым в эксплуатации.

Кроме того, компания выпускает установки с 4-мя и 5-тью управляемыми осями (рисунок №1), позволяющими осуществлять сложную резку деталей из листового материала. Например: вырезку деталей с внутренними и наружными фасками по любым криволинейным поверхностям, вырезку наклонных отверстий любого профиля с прямолинейной образующей и обработку сложных криволинейных пазов.

Помимо 4-х и 5-ти координатной резки деталей из листового материала, реализуемых с помощью режущей головки, Water Jet выпускает станки для объёмной 5-ти координатной гидроабразивной резки, имеющей возможность направлять гидроабразивную струю под любым углом к поверхности стола, в том числе горизонтально.

Примеры обработки

7 основных причин, по которым стоит выбрать установку гидроабразивной резки:

Установки гидроабразивной резки - долгое время считались оборудованием, предназначенным лишь для высококвалифицированных специалистов. Однако за несколько последних лет это оборудование сильно изменилось. Благодаря новым технологиям практически каждая механическая мастерская или производственное предприятие может позволить себе приобрести и эффективно использовать высокоточную систему гидроабразивной резки, даже обладая небольшим опытом или вообще не имея такой практики. Компания «WaterJet Corp.» совершила переворот в промышленности, предложив первую действительно доступную систему, сочетающую в себе возможности струи абразивного материала и высокоточной обработки.

• 1. Широкий спектр обрабатываемых материалов

Гидроабразивная резка подходит для различных материалов, в том числе металлов, керамики, композита, стекла, мрамора и гранита.

• 2. Высокое качество обработки краёв

После резки на установках гидроабразивной резки «WaterJet Corp.» края материала получаются такие же гладкие, как при пескоструйной обработке. Нет острых кромок, заусенцев, неровных краёв.

• 3. Отсутствие нагревания в процессе обработки

В связи с тем, что станки гидроабразивной резки используют воду и абразив, в процессе резки обрабатываемый материал почти не нагревается. Поэтому она идеальна для материалов, которые под влиянием высокой температуры деформируются или реагируют на тепло каким-либо иным образом (например, титан).

• 4. Безопасность для окружающей среды

Практически ни одно предприятие металлопроката и машиностроения не может обойтись без оборудования для разрезания листового металла. Часто к качеству реза предъявляются высокие требования, что не дает возможности использовать традиционное оборудование: гильотины и плазменную резку.

Гидроабразивная резка металла водой применяется еще с 60-х годов прошлого века. Впервые раскрой металла гидроабразивным методом официально стала использовать авиастроительная компания США. Позже компания официально заявила о том, что данный метод является оптимальным для резки металла и других высокопрочных материалов.

С тех пор гидроабразивный способ обработки получил широкое распространение. Ограничивается ли водно-абразивная резка только металлопрокатом или имеет более широкую сферу применения? Какие преимущества и недостатки у раскроя металла по гидроабразивной технологии?

Область применения гидроабразивной резки

Главным отличием, которое имеет гидроабразивная обработка металла, от остальных способов обработки листового металла является то, что на поверхность материала не оказывается механическое воздействие. Отсутствие трения, нагревания инструментов влияет на качество реза и возможные сферы применения.

Больше всего распространена водно-абразивная резка металла струей воды, но оборудование также применяют для разрезания следующих материалов:

1. Мрамор, гранит, камень и другие горные породы.
2. Стекло, керамика.
3. Стали и металлы, включая: титан, нержавейку.
4. Железобетон.
5. Пластик, текстолитовые, эбонитовые и паронитовые плиты, резину.

При этом при разрезании удается достичь минимального расхода строительных материалов, комплектующих, и т. д. На предприятиях с повышенной пожаро и взрывоопасностью, гидроабразивные станки являются единственным возможным оборудованием соответствующим требованиям для проведения работ.

Принцип работы гидроабразивной резки

Применение станков водно-абразивной резки не ограничиваются только возможностью раскроя металлопроката, все же основная доля оборудования продолжает применяться непосредственно в этой сфере производства. Работа гидроабразивной резки основана на технологии подачи воды с определенным содержанием абразивного вещества под давлением, на поверхность материала. Что происходит во время резки?

• Вода подается из специального резервуара под давлением в смеситель.
• Одновременно в смеситель направляется абразивная смесь, обычно состоящая из мелких частиц песка.
• После смешивания с абразивом, вода подается на сопло для резки металла гидроабразивной струей воды.
• Тонкая струйка направляется на поверхность обрабатываемого материала и разрезает его.

Такой принцип работы позволяет существенно увеличить скорость обработки металла и качество его реза. Единственный расходный материал, который потребуется заменять, это сам абразивный порошок. Понадобится время от времени добавлять абразивный порошок в специальные резервуары.

Скорость гидроабразивной резки металла может сравниться с той, которая есть у плазменных автоматических станков. Но качество проведения работ может сравниться только с разрезанием с помощью лазера.

Оборудование для гидроабразивной резки

Еще в древнем мире заметили удивительное свойство воды под давлением изменять форму природных материалов, на которые она воздействовала. Камни становились гладкими, а постоянное падение с высоты небольшого количества воды оставляло глубокие выемки в самых твердых горных породах.

Этот же принцип используется в промышленных целях. Для этого просто необходимо в несколько раз увеличить давление воды при резке металла, а также проконтролировать направленность получаемой струи воды. Делается это следующим образом:

Помимо основных узлов оборудования, выбирая аппарат для резки металла водой, необходимо обратить внимание на наличие дополнительных опций для работы на станке. Расширенная функциональность устройства позволяет при необходимости выполнить фигурную резку.

Возможности гидроабразивной резки

Уникальный способ обработки материала с помощью узконаправленной струи воды под давлением нашел свое место во многих сферах производства и искусства. Одним из основных преимуществ гидроабразивного метода резки является полное отсутствие сколов, и нагревания поверхности, присутствующие при обычном разрезании предметов.

Благодаря современным технологиям и усовершенствованию станков удалось расширить их функциональные возможности и сферу применения.

В последнее время широкое распространение получила гидроабразивная резка труб. Благодаря специальным станкам для резки труб удается получить идеально ровно отрезанную окружность без отклонений.

Гидроабразивные станки с ЧПУ

Возможности использования программируемых станков с ЧПУ для гидроабразивной резки нержавеющей стали, алюминия, меди, других типов черных и цветных металлов разной прочности, позволили существенно увеличить и расширить сферы применения оборудования.

Благодаря станкам с ЧПУ обеспечивается производство точных деталей с минимальным отклонением от заданных размеров, что практически невозможно достичь традиционными способами резки. Принцип работы гидроабразивного оборудования с ЧПУ сводится к следующему:

Станки для гидроабразивной резки мелких деталей с числовым программным управлением могут отличаться по функциональным возможностям и основному предназначению. Перед приобретением станка с ЧПУ для резки мелко форматных деталей, необходимо обратить внимание на сферу применения и рекомендации связанные с эксплуатацией.

Ручная гидроабразивная резка

Некоторые станки управляются непосредственно оператором. В таком оборудовании угол наклона и все остальные корректировки необходимо выставлять вручную, что не совсем удобно и не может обеспечить комфортную работу. С другой стороны, УГР установка гидроабразивной резки листового металла без ЧПУ имеет свои преимущества, к которым относится:

• Меньшая стоимость - по сравнению с ЧПУ станками, такая установка обойдется приблизительно в 1,5 раза дешевле.
• Отсутствует необходимость в профильном образовании. Ручное гидроабразивное оборудование для резки железа имеет простое управление и минимальное количество функций. Это позволяет проводить все необходимые операции при обработке деталей простых геометрических форм.
• Общие функциональные возможности оставлены без изменений. Ровный рез, а также разрезание материала под углом, вырезание простых геометрических фигур и раскрой материала можно делать и на обычном оборудовании. Гидроабразивная резка алюминия, меди, стали, стекла и других материалов возможно и на таком оборудовании.

Применение ручных установок ограничено их малой функциональностью. Сложные геометрические фигуры, использование станка в художественной резке и там, где требуется высокая точность, и качественный конечный результат, потребуется приобрести оборудование с ЧПУ.

Расходные материалы для гидроабразивной резки

Во время резки материала с помощью абразивных частиц появляется постоянная потребность в замене расходного материала и быстроизнашивающихся деталей оборудования. А именно:

• Абразив для резки металла на гидроабразивном станке. Даже в наиболее экономных установках с ЧПУ расход абразивного порошка составляет около 300-350 гр. в мин. При этом толщина обрабатываемого материала может несколько увеличить коэффициент расхода. Для работы используется мелкий песок, изготовленный из натурального материала граната. Гранатовый песок обладает высокими прочностными характеристиками и используется даже для резки тугоплавких и тягучих материалов. При этом размер абразивных песчинок должен составлять не более 600 микрон.
• Вода - кроме абразивного порошка, для резки потребуется использование воды прошедшей процедуру подготовки и фильтрации. Жидкость с примесями существенно влияет на качество реза, поэтому использование систем водоподготовки является не только желаемым, но и обязательным требованием.

Кроме этих двух основных расходных материалов, для обработки материалов также понадобится электричество, достаточное количество воздуха и регулярная замена изнашивающихся деталей.

• Система подачи абразивной смеси чаще всего нуждается в замене. Установка нового сопла потребуется через каждые 50 часов работы, направляющей трубки 100 ч. Интересно, что по мере изнашивания этих деталей, абразивный гранатовый песок для гидроабразивной резки будет расширять диаметр этих узлов и в результате увеличит толщину реза с 1 до 1,5 мм. Что существенно, особенно если речь идет о дорогостоящих материалах.
• Прокладки и уплотнения насосной станции. Эти комплектующие также считаются расходными деталями, которые изнашиваются довольно быстро и требуют постоянной замены. От уплотнителей зависит поддержание давления в системе. И первым признаком, на который необходимо обращать внимание является – падение рабочего давления при тех же производственных параметрах.

Можно встретить предложения приобрести абразивный материал по низкой цене, выполненный не из граната, а из других осадочных пород. Использование некачественного абразива существенно снижает производительность и увеличивает износ деталей станка.

Преимущества гидроабразивной резки

Существует восемь основных преимуществ, которые можно выделить при использовании ГАР. А именно:

1. Отсутствие нагревания поверхности. В процессе обработки заготовки все выделяемое тепло моментально удаляется под воздействием воды. Из-за отсутствия металлических режущих элементов, получаемое от трения тепло незначительно. Минимальное тепловыделение обеспечивает точный рез материалов, поддающихся деформированию под воздействием высокой температуры.
2. Функциональные возможности - достоинства гидроабразивной резки металла сложно перечислить, но одним из самых важных является то, что с помощью ГАР станка можно вырезать самые сложные формы заготовок. Также появляется возможность изготовления сложного профиля с любым необходимым радиусом, формами и контурами.
3. Отсутствие дополнительных работ - после вырезания необходимой детали нет необходимости в последующем шлифовании и обрабатывании места реза. Небольшая шероховатость практически незаметна невооруженным глазом.
4. Технологичность процесса реза - станок является полностью универсальным, при необходимости можно использовать для сверления. Существует возможность выполнения операции независимо от атмосферных и других условий. Ручные установки могут быть использованы для разрезания материала даже под водой или на глубине до нескольких сот метров. При этом от одного насоса высокого давления можно одновременно запитать 2-3 установки.
5. Экономичность по сравнению с плазменной обработкой материала - плюсы водно-абразивной резки очевидны. Скорость разрезания может достигать 30000 мм/ мин. Причем это не влияет на качество реза. Если учесть что при разрезании теряется всего 0,5-1 мм материала, а также точность и полное соответствие готовой продукции задаваемым размерам, становится очевидным высокая рентабельность установки ГАР.
6. Безопасность - станки могут устанавливаться даже на производстве с повышенной взрывоопасностью, при изготовлении легковоспламеняющихся материалов. Отсутствие нагревания поверхности, вероятности возникновения искры и другие характеристики делают применение водно-абразивных станков максимально удобным и безопасным.
7. Возможность разрезания толстостенных материалов. Можно обрабатывать стальные листы до 3 см, а также бетонные армированные блоки с толщиной до 10 см.
8. Универсальность станков - одна установка позволяет одновременно обрабатывать сталь, пластик, резину, ткань и т. д. причем при необходимости можно разрезать многослойные заготовки, состоящие из нескольких материалов.

Наиболее функциональными считаются станки с ЧПУ, но недостаток квалифицированного персонала объясняет, почему ручная резка с ГАР пользуется более высоким спросом.

Недостатки гидроабразивной резки

Основные минусы ГАР металла включают в себя следующие факторы:

• Появление конусности - это особенно заметно при обработке толстостенной стали и других тугоплавких металлов. В результате торец заготовки вырезается не ровно, а в виде воронки. Конусность обычно устраняется с помощью дополнительного устройства автоматизации и контроля над конусностью.
• Одинаковая скорость, как для толстостенных, так и для тонких материалов. Это существенно влияет на рентабельность оборудования. Вопрос решается с помощью складывания листов слоями для одновременного разрезания сразу нескольких заготовок.

В остальном использование ГАР удобно, практично и экономически выгодно. Оборудование для резки с помощью воды с абразивным порошком помогает решить важные проблемы, связанные с некачественной обработкой деталей, а также сократить время необходимое для производства. Расходные материалы полностью компенсируются экономичностью данного оборудования.