Гидроабразивные станки: принцип работы, видео, фото

1 Станки гидроабразивной резки – техническое воплощение передовых технологий

Гидроабразивная резка – уникальная, одна из самых эффективных технологий обработки материалов, основанная на естественном природном процессе водной эрозии (постепенном разрушении, вымывании почв и горных пород). При проведении работ в качестве режущего инструмента применяется вода, воздействие которой на материал многократно усилено абразивом, добавляемым в нее. Но самое главное, что эта смесь испускается под высоким (до 6000 атм) давлением и на огромной скорости (800–1000 м/с – в 3 раза выше скорости звука в воздухе).

Устойчивость истечения двухкомпонентной струи (абразива с водой) и эффективность ее воздействия поддерживаются оптимальным соотношением параметров резки, в том числе расхода и давления воды, а также размера и расхода частиц абразивного состава.

Гидроабразивная струя способна резать практически любой вид материалов:

черные, цветные металлы и сплавы;
легированные труднообрабатываемые стали и сплавы (включая жаропрочные, нержавеющие);
композиционные материалы;
искусственные, природные камни (мрамор, гранит и так далее);
керамические материалы (плитка, керамогранит);
стекло обычное, композиционное (триплекс, армированное, бронестекло, стеклотекстолит и тому подобное);
прозрачные, пористые материалы;
бетон, железобетон;
сотовые и сэндвич-конструкции.

Мягкие материалы (поролон, полиуретан и прочие пеноматериалы, картон, пластмассы, кожаные изделия, ткани и тому подобное) режут струей только воды, не добавляя абразив. Также такой способ применяется в пищевой сфере – для порционирования и порезки пищевых продуктов.

Для проведения гидроабразивной резки предназначено специальное оборудование – станки гидроабразивной резки. Принцип их работы заключается в следующем:

вода, сжатая насосом высокого давления (один из основных узлов оборудования) до 4000 атм или выше, проходит через сопло, которое формирует струю диаметром всего 0,2–0,35 мм, подаваемую в смесительную камеру;
в смесительной камере вода смешивается с абразивным материалом (гранатовым песком, как правило), а затем проходит через другое, твердосплавное сопло, диаметр которого 0,6–1,2 мм;
из второго сопла струя смеси абразива с водой выходит со скоростью приблизительно 1000 м/сек и ударяет о поверхность обрабатываемого изделия;
рабочий процесс характеризуется как “холодное резание” – не сопровождается нагревом обрабатываемого участка заготовки.

Типовой станок состоит из узлов:

Корпуса.
Резервуара с водой объемом от 2 м3 и больше.
Насоса, который прокачивает под высоким давлением жидкость от резервуара-хранилища к зоне резки.
Шлангов, по которым вода транспортируется.
Емкости для заправки, системы подачи и смешивания с водой абразива.
Водяного “резака”, представляющего собой штуцер с форсункой. Автоматика регулирует пропускную способность и другие параметры работы резака.
Рабочего стола, на котором крепится обрабатываемая заготовка, расположенного в специальной ванне.
Защитного кожуха.
Блока автоматического управления (ЧПУ) – координирует перемещения рабочего стола и водяного резака, контролирует и задает параметры процесса обработки.

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

2 Установка гидроабразивной резки металла – особенности конструкции

Установка гидроабразивной резки настолько же уникальна, как и сама технология, несопоставима по конструкции ни с одним известным оборудованием для подобного вида обработки изделий. Первая ее особенность – наличие рабочей ванны, в которой происходит резка, имеющей следующие элементы:

Несущие опоры из нержавеющей стали, приспособленные для простой, быстрой замены при наступлении износа.
Быстросъемные ребра для поддержки разрезаемого материала. Устанавливаются на несущие опоры и обеспечивают их защиту от гидроабразивной струи.
Система быстрого набора, выпуска воды, обеспечивающая обработку заготовок, полностью погруженных в водную среду – рабочая зона защищена от образующейся пыли (остается в воде) и шума, уровень которого снижается до 65 Дб.

Следующая особенность – бак для абразива, обеспечивающий простоту работы с оборудованием:

конструкция позволяет пополнять запас абразивного материала даже в процессе работы установки – существенная экономия времени;
оборудован датчиками контроля объема абразива.

Имеет свои особенности и система перемещения:

У станка консольная конструкция, оснащенная ременным приводом, осуществляющем перемещение по осям.
Ременной привод наиболее приспособлен для использования на гидроабразивных станках, так как практически не боится, когда в него попадает абразивный материал. Привод прост в эксплуатации, а в случае износа легко заменяем.
Высокая точность позиционирования (±0,025 мм) обеспечивается индуктивными линейными датчиками.
Осевое перемещение осуществляется по линейным направляющим, благодаря чему обеспечивается плавность скорости и хода, точность позиционирования.

Самый важный узел гидроабразивной установки – насос высокого давления, осуществляющий сжатие и доставку воды в рабочую зону. Автоматическое управление всеми параметрами процесса резки производится системой ЧПУ. Для удобства быстрой и точной настройки или привязки все станки оснащены переносным пультом с маховичком.

Система поддержания постоянного зазора представляет собой особый контактный механизм, перемещающийся по листу и обеспечивающий поддержание оптимального расстояния между поверхностью изделия и фокусирующей трубкой. Это способствует качеству и точности реза, а также не допускает опасности столкновения трубки с заготовкой.

Особая конструкция станков – угловая голова:

обеспечивает подвижность режущей головки в 2 плоскостях с поворотом на углы наклона до 60° включительно – это позволяет обрабатывать криволинейные поверхности, фаски, компенсировать конусность в процессе обработки;
конструкцией предусмотрено, что при выполнении фаски или компенсации конусности перемещение происходит только по 1 поворотной оси – это обеспечивает неизменность угла и высокую точность;
сложные поверхности могут обрабатываться одновременно по 5 координатам.

Станок для гидроабразивной резки металла оборудован системой загрузки обрабатываемого материала. Наибольшее распространение получили:

Кран-балки, оснащенные механическими или вакуумными захватами. В качестве силовой установки используется тельфер.
Подъемники гидравлические, пневматические с регулируемыми рычагами, которые поддерживают материал в самых важных местах – получили широкое применение при работах с хрупкими материалами.

Датчик, контролирующий подачу абразивного состава:

Проверяет количество поступающего абразива во время обработки – рез может выполняться без присутствия оператора.
Обеспечивает остановку работы станка при попадании посторонних материалов (не предусмотренных фракций или остатков мешковины) в режущую головку. Допустимый диапазон задается со стойки оператора (можно изменить в процессе обработки).

На станок, при необходимости, можно установить ультразвуковую или лазерную систему сканирования поверхности заготовки. Устройство выявляет неровности поверхности заготовки и тем самым обеспечивает поддержание требуемого зазора, а также максимальную точность резки.

Гидроабразивное оборудование может быть оснащено устройством удаления отработанного абразива:

состоит из насоса и бака отстойника;
отличительная особенность – использование насоса мембранного типа, который прост в обслуживании и максимально приспособлен для эксплуатации в агрессивных средах;
удобство работы обеспечивается тем, что бак для абразива оборудован быстросъемными разъемами для легкого подсоединения шлангов, а также приспособлен к транспортировке погрузчиком или кран-балкой.

Расходные материалы

Основное сырье – это вода (чистая, прошедшая многоступенчатую фильтрацию, чтобы там не находилось примесей, которые могут вступить в реакцию с заготовкой) и абразивные частицы. Расход достаточно большой, при этом чем толще металл, тем больше расходников используется в секунду. Самое недорогой абразив – мелкий песок. Песчинки размером около 650 микрон эффективно справляются даже с тугоплавкими, высокопрочными сплавами. При этом имеют доступную стоимость. Также регулярно требуется проводить замену запчастей – трубок и шлангов, уплотнителей. Реже – мотора, резервуаров, сопел.

Какое давление нужно для резки металла водой под давлением

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.

Принцип действия гидроабразива

Попытки использовать давление воды для дробления материала осуществлялись столетия назад. На угольных шахтах впервые был применен водяной аппарат для добычи угля.

Затем инженеры догадались добавить в струю воды абразивные вкрапления, и «водяной нож» превратился в точный инструмент для обработки любой прочной заготовки.

Как работает гидроабразивная резка? Основа гидроабразивного резака – сопло, или форсунка. Именно этот элемент формирует режущую струю, способную разрушать даже сверхпрочные материалы.

Конструктивно форсунка состоит из следующих элементов:

Входной штуцер для воды, объединенный с первичной камерой создания сверхдавления. Мощный насос подает воду в камеру, затем происходит переход воды из отверстия большого диаметра в меньшее. При неизменном давлении воды, скорость потока увеличивается пропорционально разнице в диаметрах отверстий. Давление на входе составляет 2000-5000 атмосфер.
Штуцер для подачи абразивного материала. В качестве рабочего элемента применяются мелкие фракции песка. Он может быть обычным, силикатным, либо состоять из дробленых твердых минералов: например, граната.
Узел смешивания. В этой камере, поток воды увлекает за собой частицы абразива, формируя основу гидроабразивной резки: водно-песчаную взвесь. Регулируя давление воды и скорость подачи абразива, можно устанавливать различную мощность резака. Принцип работы камеры смешивания напоминает пескоструйную машину, только параметры намного мощнее, и в качестве носителя абразива выступает не воздух, а вода.

Гидроабразивная резка автомобильных дисков сложной формы — видео

https://youtube.com/watch?v=4IKlR76oflc

Далее взвесь попадает в твердотельное сопло, диаметр которого определяет ширину реза. Это достаточно сложный и дорогой узел, поскольку от его конфигурации зависит форма пятна контакта с заготовкой.

Если сопло изготовлено неправильно, интенсивность струи снижается, и станок будет работать с меньшим КПД. Материал выходного сопла не обязательно должен быть прочнее обрабатываемой заготовки.

Гидроабразивный поток проходит по касательной, не нанося критических разрушений. Тем не менее этот узел подвержен износу, и нуждается в периодической замене.

Кроме того, большинство станков комплектуются набором форсунок с различными параметрами: размером камеры смешивания, диаметром сопла, соотношением входных и выходных отверстий первичной камеры. Резка металла отличается от обработки пластика или камня, для каждого материала предусмотрены разные форсунки.

Важно! Гидроабразивная резка относится к опасным видам работ, поэтому при работе станка, в непосредственной близости людей быть не должно. Попадание абразивной струи на тело приводит к тяжелым травмам.

Самодельная установка гидроабразивной резки (ГАР)

Сообщение #1 Денис# » 24 янв 2020, 02:48

И снова всем привет! Эта идея с виду наверно не менее бредовая чем самодельный лазер, однако их производят, а значит повторение возможно. Мне некоторое время не дают покоя станки ЧПУ и установки раскроя, т.к. им у меня есть некоторое кол-во работы, да и интересно ведь! Для будущих прихожан сразу настоятельно прошу не “советовать” купить и зарабатывать. Такой цели нет, форум технический посему интересно создать. Даст Бог подрастем – будете нашими торговать

Итак, что мне известно (а известно совсем чуть-чуть): в установках гидроабразивной резки (далее ГАР) в качестве режущего вещества используется струя воды, как правило с добавлением абразива. Абразив это как я понимаю гранатовый песок. Минимальное рабочее давление с каким я сталкивался в описаниях в тырнете это 50МПа, это устаревшие установки. Современные установки качают 500-600 МПа если я все правильно понимаю. реально работать вроде можно со 100МПа.

Я лично человек небогатый, посему приходится марамойничать периодически. Соответственно и тут не буду пока рассматривать покупку готовых насосов брендовых, а буду думать как по максимуму создать самому. Какой вариант повышения давления я рассматриваю за основной? Мультипликатор. Мысль такая: берем гидроцилиндр обычный с поршнем допустим 160мм в диаметре и со штоком скажем 30мм в диаметре. Соответственно площадь поршня ГЦ = 20106 кв.мм, площадь штока = 707, соответственно отношение будет 20106/707=28,44 раза. Т.е. если мы будем давить на поршень ГЦ 16МПА, то шток 30мм будет давить уже 16МПА х 28,44 = 455 Мпа Верно я понимаю? Вполне себе давленице получается. Что нам нужно, что бы шток 30мм давил в некую емкость закрытую наполненную водой, вытесняя эту воду через клапан в транспортную трубку. Клапан должен настраиваться на открытие не ниже определенного давления. Далее для устранения пульсаций мы можем сделать наш ГЦ двухсторонним, с двумя выходами ведущими на гидроаккумулятор (если необходимо), в качестве которого в принципе может работать бухта транспортной магистрали. Ну и голова непосредственно. Понятно что это общая схема и черт кроется в деталях, но давайте сначала проверим общую концепцию, правильно ли я мыслю, верно ли считаю и пр.

От этого попробуем плясать дальше. nikirk2 , neon , T-Duke , и ВСЕ ВСЕ ВСЕ . присоединяйтесь, только чур не ругаться тут

Сообщение #2 neon » 24 янв 2020, 04:48

жили были Ох и Ах. Даже не знаю с чего начать. Не хочется говорить, что невозможно, это возможно, но затраты превысят все разумные пределы, особенно если необходимо обеспечить приемлемый срок службы до замены основных элементов и уплотнителей. Один цилиндр с гильзой чего стоят. В современных вариантах керамический цилиндр стоит около 140000 рублей, а китайские варианты около 35000. На одних уплотнениях можно разориться в самодельной установке. Про цилиндр (технологию изготовления) вообще молчу. Это ещё до расходных материалов не дошли (песок, сопла, смесительная трубка). РВД (рукава высокого давления) сложно достать и стоят они не мало.

В общем поговорим, поговорим и разойдёмся, такой прогноз данной темы на 99 %. Факты есть в сети. Даже по готовым чертежам изготовить выльется в приличные расходы. Дешевле будет китайский б/у насос купить и другие готовые компоненты. При этом довести дело до конца удавалось из большого количества желающих буквально единицам.

Ещё вспомнил про гидроаккумулятор, это ещё один финиш. Там специальные марки стали (дорогие, защита, предварительная обработка очень высоким давлением и т. д.), обычно труба в трубе. Посмотрите на толщину стенки и длину. Как делать будете такой простой со стороны компонент? Даже не этом можно встать и не подняться. Извините за пессимизм в тексте, хотя я и оптимист в квадрате, но и реалист одновременно. Самостоятельно изготовить можно имея много денег или запасную жизнь.

Сообщение #3 Денис# » 24 янв 2020, 05:00

Ну про дешевле и купить это как я говорил не интересно, так что упустим. Про “поговорим и разойдемся” – возможно, однако не вижу чего то плохого в таком разговоре, по крайней мере на фоне многих других тем.

А вот если Вы расскажете про особенности цилиндров, гильз, уплотнителей то будет интересно. Чем таким они заслужили ценник в 140 тыр, почему керамика и какие характеристики там требуются. Почему нельзя взять обычный ГЦ? У него как было 16МПа так и остается рабочих, чем он хуже керамики дорогой? Так же и по уплотнениям. Какие требуются характеристики этих уплотнителей? Из чего они состоят и как изготовлены? Народ по слухам спокойненько так вкорячивает в фирменные установки свой колхоз и трудится, чем мы хуже?

Что касаемо расходников вроде песка, сопел и пр. вообще непонятно. Их что на фирмовую установку покупать, что на такую. в чем разница?

Оборудование для гидрорезки

Называют «непыльным». Действительно, стружки фактически нет, вернее, они сразу вымывается водой, 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 нему, он достаточно массивный;
емкость для воды – крупная, обычно не меньше двух кубических литров, но может быть больше;
мощный насос – он выполняет важную функцию, нагнетает высокое давление и направляет жидкость из резервуара в место объединения двух компонентов;
прочные шланги – соединяют все узлы;
отсек для хранения и подачи абразивных частиц;
смеситель;
инструмент – он регулирует мощность струи, ее ширину, направление;
плоскость, на которой расположена заготовка и будет происходить работа;
блок управления.

Большинство станков оснащены ЧПУ, инженер только руководит процессом с помощью пульта, но не занимается резкой вручную. Это удобно – нет негативного воздействия на обслуживающего машину человека и при этом достигается отличная точность. Еще одно достоинство ЧПУ – возможность использования программ для автоматизированного проектирования, на которых можно создавать проект в формате, совместимым с блоком управления.

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 быстро 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 у нечаянному попаданию абразива. Дополнительное преимущество – их легко менять при износе. Подробнее об устройства посмотрим на видео:

Принципы выбора

Выбирая станки гидроабразивные, нужно учитывать следующие критерии:

площадь рабочего стола, точностью позиционирования рабочего инструмента над его поверхностью;
тип установленного водяного насоса, его системы охлаждения;
точность дозирования абразивного материала;
наличие системы очистки воды;
тип установленного рабочего инструмента;
объём бака для воды;
способ управления — ручной или автоматизированный;
возможность расширения функциональности;
стоимость оборудования, наличие гарантии от производителя.

Преимущества и недостатки

Станки для гидроабразивной обработки обладают рядом преимуществ:

резка заготовок различной толщины без деформирования или термического воздействия;
минимальные потери материала за счёт малой толщины струи;
эксплуатация оборудования в непрерывном режиме;
высокое качество шва: гладкая ровная поверхность с минимальной шероховатостью;
формирование сложных контуров резки;
пакетная обработка тонколистовых материалов;
высокая точность резки;
при обработке деталь не подвергается механическим воздействиям, поэтому сохраняет прочностные свойства, структуру;
не требуется применение традиционных рабочих инструментов при резке, требующих аккуратности в работе, частых обслуживаниях, восстановлениях;
простота эксплуатации, ремонта, обслуживания;
возможна резка любых металлов или сплавов;
во время работы отсутствуют выделения вредных химических соединений.

Гидроабразивные станки имеют также и недостатки:

высокая стоимость используемых абразивных составов;
малая скорость резки тонколистового металла;
небольшой ресурс работы режущей головки, а также комплектующих;
при контактировании с водой железо и сплавы на его основе подвержены коррозионным процессам.

Точность гидроабразивной резки

Производители и стоимость

Станок гидроабразивной резки изготавливается такими известными компаниями: ALICO, Bystronic, Caretta Technology, OMAX, Resato. Для практически всех моделей доступны расходные материалы, комплектующие производства AccuStream, BHDT, Thueringer, UHDE.

Средние цены на оборудование следующие:

настольные станки с ЧПУ — от 90 тыс. руб.;
портальные промышленные установки с ЧПУ — от 2,5 млн. руб.;
специальное оборудование с тремя рабочими инструментами — от 250 тыс. евро.

Назначение

Данные станки можно назвать довольно универсальными за счёт множества материалов обработки и сфер применения. Гидроабразивная резка имеет очень высокую точность – до 0,001 мм, а поэтому преимущественно задействуется в научных и производственных отраслях. В авиастроении этот тип станков позволяет работать с такими материалами, как титан и углепластик, которые требуют определенных условий обработки. В зоне реза температура не превышает 90 градусов, что не способствует изменению структуры заготовок, поэтому гидроабразивный процесс широко применяется для нарезки металла самых разных типов и характеристик.

Например, резка замороженных брикетов и заготовок осуществляется только водой, но принцип работы тот же, лишь без подводки песка. Универсальность гидроабразивных изделий дает возможность задействовать технологию для обработки камня, плитки, керамогранита и прочих строительных материалов.

При этом стоит отметить, что высокая точность используется не только для аккуратного нарезания заготовок, но и для создания сложных по исполнению фигур, воспроизведение которых другими инструментами требует больше усилий. Среди прочих областей применения можно выделить деревообработку, стекольное производство, создание различных инструментов, прочных пластмассовых заготовок и многое другое. Рабочий диапазон гидроабразивных станков, действительно, крайне широк, так как резка происходит гладко, эффективно и не приспособлена только к определенному материалу.

Все больше крупных предприятий использует эти станки не только за счет их универсальности, но и из-за простоты эксплуатации. Небольшие производственные отходы, отсутствие пыли и грязи, высокая скорость применения, быстрое изменение специализации оборудования и множество других преимуществ делают эти станки предпочтительными к использованию во многих отраслях.