24artstroy.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Технология резки металла водой

Технология резки 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.

Гидроабразивная резка металла

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 резки металла гидроабразивной струей

Оборудование, используемое для резки металла посредством гидроабразива, незаменимо в работе с толстостенными заготовками. Только эти станки способны обеспечить высокое качество линии реза стали во время прокладки труб.

После протачивания рабочего участка 200-мм металлического листа на поверхности линии реза стали нет ни окалин, ни заусениц.

Идеальное качество среза в сочетании со щадящим температурным режимом — это еще не все достоинства, которыми наделена водно-абразивная технология.

Высокая стоимость установок компенсируется экономией на крепежных элементах и узлах, которые не нужны даже при работе с тонкостенными заготовками.

Отсутствие дымовой завесы и пыли, а также других неприятных факторов – еще одно из многих достоинств гидроабразивной резки.

Помимо этого, нет надобности проводить замену изношенного режущего инструмента и контролировать остроту резака, так как, по сути, он отсутствует.

Вместо него функцию режущего инструмента выполняет струя воды в сочетании с абразивными компонентами.

Процесс начальной и финишной гидроабразивной обработки среза выполняется в один этап.

При этом скорость рабочего процесса проходит без замедлений, показатель скорости резки не понижается, даже если приходится обрабатывать толстостенные элементы, как, например, во время прокладки труб.

Универсальные характеристики станков для резки металла позволяют на одной установке проводить одновременную обработку разных материалов — это может быть пластик, стекло, резина или многослойное изделие.

Гидроабразивные установки для резки металла отличаются безопасностью эксплуатации, поэтому могут эксплуатироваться на заводах с вероятным риском взрывоопасности.

Какое нужно оборудование?

Основное требование, которому должно отвечать оборудование для гидроабразивной резки – наличие давления, подающего воду, и формирующее струю и ее направленность.

В комплект оборудования (станка) входит:

  1. Насос для гидроабразивной резки, создающий высокое давление. Его действие заключается в аккумуляции жидкости с абразивным составляющим, и подачей ее на обрабатываемую поверхность. Мощность насоса определяет производительность.
  2. Мощностной регулятор. Станки, работающие на подаче гидроабразивной смеси, и оснащенные регулятором мощности, производят рез разными водно-абразивными составами под давлением. Разность составов позволяет производить обработку материалов разной толщины и структуры. Для сверхтвердых деталей, применяют смеси из трех компонентов, а для вязки –двухкомпонентные.
  3. Вариативность сопла. Возможность замены сопла расширяет возможности оборудования с учетом состава, толщины, плотности.
  4. Применение смесителей – важный фактор в функциональности станка. Он обеспечивает равномерность, однородность состава, что в результате дает качество реза, скорость вне зависимости от толщины.
  5. Автоматическая коррекция. Инерционность струи состава – причина появления конусной кромки на обрабатываемой поверхности. Наличие системы автоматической коррекции учитывает плотность материала и позволяет минимизировать данный эффект при помощи изменения соплового угла наклона.
  6. Водоподготовка. Какая-либо вода не годится для создания смеси. Некачественная вода – серьезное препятствие для качества. Чтобы исключить данное явление станки оборудуются системой водоочистки.

Данные элементы оборудования – основные для качественной работы станков. Но кроме них аппараты для водно-абразивной резки могут иметь дополнительные элементы, расширяющие возможности станка:

  • фигурный рез;
  • рез вне зависимости от угла;
  • автоматический рез (ЧПУ) без участия пользователя;
  • обрабатывать металл различной толщины: для стали до 2 см, для титана – 1,7 см, сверхпрочные сплавы – 1,2 см, сплавы на основе меди;
  • резать трубы;
  • кран-балки с тельфером, которые могут оснащаться захватами на вакууме или механике, подъемники на пневматике или гидравлике.

Оборудование для гидрорезки

Еще в древние времена люди заметили уникальное свойство воды под давлением менять форму материалов, на которые она действует. Поверхность камней становилась гладкой, а постоянное падение с высоты воды оставляло выемки в твердых горных породах.

Такой же принцип применяется в промышленных целях. Для чего просто нужно увеличить в несколько раз давление воды, а также контролировать направленность струи. Делается это так:

  1. Насос высокого давления аккумулирует воду, и подает жидкость на поверхность материала. От производительности насоса зависит плотность, и толщина разрезаемой стали. К насосу вода подается шлангами, которые соединены с системой магистрального водоснабжения.
  2. Регулятор мощности. Толщина разрезаемого материала, скорость реза ГАР обеспечивается составом направляемой смеси и точными регулировками. Для вязких и прочных материалов применяют трехфазный наполнитель, для металлов с более податливой структурой хватает двухфазной жидкости (вода и абразив). Регулируется также не только состав жидкости, но и давление воды. Чтобы добиться минимальных показателей, нужен выход струи со скоростью 1200 м/сек, с давлением не меньше 4600 кг/см.
  3. Сопла резки — могут изменяться с учетом толщины и плотности обрабатываемого металла, а также состава жидкости применяемой при разрезании. Поскольку струя из сопла выходит под большим давлением, изначально сопла делаются из высокопрочной стали.
  4. Смеситель — это оборудование является одним из главных элементов станка. Именно смеситель отвечает за качество смеси, от равномерности пропорций зависит отсутствие сколов и толщина реза.
  5. Автоматика — обязательным условием является конусность кромки, которая появляется в результате инерционности водной струи. Конусность зависит от скорости разрезания. Чтобы снизить этот негативный эффект применяется компенсация конусности (технология Flow Dynamic Waterjet). Принцип компенсации состоит в том, что автоматика сама определяет плотность и качество материала и подает указание режущей головке на изменение угла сопла.
Читать еще:  Технология газовой сварки и резки металлов

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:

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.

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.

Гидроабразивная резка металла

На нашем сайте продолжается рассказ о технологиях раскроя металла. Сегодня продолжим тему резки металла водой. Гидроабразивная резка металла (это её фамилия, имя и отчество, то есть – полное и правильное название) происходит в результате эрозионного воздействия на него высокоскоростной струи воды (скорость V ≥ 900 м/мин), смешанной с твердыми абразивными частицами. В момент столкновения с разрезаемым материалом кинетическая энергия струи воды превращается в механическую энергию его микроразрушения. В результате этого происходит резание.

Читать еще:  Как сделать струну для резки пенопласта?

На сегодняшний день технология гидроабразивной резки металла является самым динамично развивающимся способом его раскроя и составляет серьезную конкуренцию традиционным технологиям:

  • лазерной;
  • плазменной;
  • кислородно-газовой;
  • механической.

Раскрой стали водой.

Физическая суть механизма резки

По своим физическим характеристикам гидроабразивная струя является идеальным режущим инструментом, который не имеет износа. Диаметр этой струи может быть равен, мм: 0,5…1,5. Конкретный размер зависит от типа и конструкции используемых смешивающих трубок и дюз. Такая конструкция даёт возможность добиться минимального отхода обрабатываемого материала (снижаются технологические потери) и позволяет начинать рез по контуру любой сложности в любой его точке (упрощается технология производства).

Физическая суть механизма гидроабразивной резки заключается в отрыве и последующем уносе из области реза частиц материала, осуществляемом скоростным потоком воды с твердофазными абразивными частицами. Эффективность воздействия двухфазной режущей жидкости (абразив и вода) определяется оптимальным выбором следующих параметров резки:

  • давление и расход воды;
  • размер и расход частиц абразивного материала.

Принцип работы гидроабразивного станка

Операция раскроя выполняется на станках гидроабразивной резки металла (далее — СГАРМ). Вода сжимается насосом высокого давления до значения P ≥ 4000 бар и подаётся в режущую головку. Далее, она проходит сквозь водяное сопло этой головки, которое образует струю диаметром, мм Ø = 0,2…0,35, и попадает в её смесительную камеру.

Схема режущей головки станка гидроабразивной резки металла.

1. Подвод воды под высоким давлением;

2. Сопло. Из этого сопла струя воды с абразивом выходит со скоростью V ≥ 900 м/мин и попадает на поверхность раскраиваемого металла. Происходит разрезание заготовки;

3. Подача абразива;

4. Смесительная камера. В этой камере в воду добавляется абразив (гранатовый песок) и происходит их перемешивание. Получившаяся суспензия воды с абразивом проходит через второе (твердосплавное) сопло с внутренним диаметром, мм: Ø = 0,6…1,2;

6. Режущая струя;

7. Разрезаемый материал.

Конструкция станка

СГАРМ состоит из следующих функциональных узлов:

  • рабочая ванна. Обработка заготовки на СГАРМ происходит в воде. Это позволяет пыль, образующуюся при раскрое, оставить в жидкости, а уровень шума — снизить до 65 Дб. Для создания комфортного обслуживания ванна станка оснащена системой быстрого набора и спуска воды. Несущие опоры станка, хотя и изготовлены из нержавеющей стали, подвержены преждевременному износу. Поэтому, их оснащают защитными быстросъёмными рёбрами, предохраняющими от воздействия гидроабразивной струи;
  • система перемещения. СГАРМ оснащён консольной конструкцией перемещения по осям, имеющей ременный привод. Перемещение всех осей осуществляется по линейным направляющим. Это обеспечивает:
    • высокую точность позиционирования;
    • плавность хода;
    • высокую скорость перемещения.

    Такой механизм прост в эксплуатации и при износе имеет высокую ремонтопригодность. А главное, он более других конструкций приспособлен для работы на СГАРМ, т. к. практически не боится попадания в него частиц абразива;

  • насос высокого давления. Это наиболее важный узел не только СГАРМ, но и любой другой установки гидроабразивной обработки;
  • система ЧПУ. Установленная на СГАРМ система ЧПУ, анализирует, как и на другом металлообрабатывающем оборудовании, сигналы от разнообразных датчиков и автоматизирует выполнение большинства технологических операций. Например, для повышения точности позиционирования в системе перемещения станка устанавливаются линейные индуктивные датчики. Благодаря им, выполняемое по линейным направляющим перемещение осей осуществляется с точностью позиционирования до ± 0,025 мм;
  • выносной пульт управления. Повышает комфорт при эксплуатации СГАРМ, и позволяет максимально точно и быстро выполнять настройку и привязку. Для удобства эксплуатации на многих моделях он оснащается маховиком;
  • бак для абразива. Его оснащение соответствующими датчиками контроля уровня количества и качества абразивного материала положительно сказывается на качестве реза и производительности оборудования. Конструкция позволяет производить пополнение запасов абразивного материала во время работы СГАРМ, что позволяет экономить время на обработку заготовок. Можно выполнять рез без постоянного присутствия и контроля оператора. При попадании в режущую головку посторонних материалов (посторонней фракции, остатков мешковины и т. п.) происходит автоматическая остановка обработки. Настройка и корректировка допустимых параметров абразива из бака может производиться на стойке управления в процессе обработки;
  • система поддержания постоянного зазора. В процессе выполнения реза необходимо неукоснительно выполнять два требования:
  • поддерживать постоянным оптимальный зазор между обрабатываемым материалом и фокусирующей трубкой. Это, в большой степени, способствует качеству и точности реза;
  • исключить возможность столкновения фокусирующей трубки с обрабатываемым металлом.

Система поддержания выполняет эти требования;

  • угловая голова. Обеспечивает поворот режущей головки СГАРМ в двух плоскостях. Подвижность угловой головы (максимальный угол наклона до 60 градусов) позволяет:
    • выполнять обработку фасок и криволинейных поверхностей;
    • компенсирует конусность при обработке и т. п.

Конструкция угловой головы, при выполнении фаски по контуру или компенсации конусности, позволяет осуществлять перемещение только по одной поворотной оси — это обеспечивает постоянство угла и, соответственно, высокую точность обработки. При необходимости обработки сложных поверхностей, режущая головка работает сразу по 5-ти координатам;

  • датчик сканирования материала. При возникновении необходимости обработки материала с неровной поверхностью на СГАРМ может быть установлена ультразвуковая или лазерная система сканирования материала. Она производит анализ поверхности металла до обработки с заданным интервалом. Это даёт возможность обеспечивать максимальную точность реза и поддерживать требуемый зазор во время обработки материала. При обработке малогабаритных деталей допускается сканирование только точек вреза;
  • блок удаления абразива. Система блока удаления отработанного абразива состоит из:
    • бак-отстойника. Ёмкость для отработанного абразива оснащена быстросъемными разъемами для подсоединения откачивающих шлангов. Кроме того, она имеет приспособления для транспортировки её погрузчиком или кран-балкой;
    • насоса. Используется мембранный насос, приспособленный для работы в агрессивных средах. Отличается простотой в обслуживании;
  • устройства загрузки обрабатываемых заготовок. СГАРМ оснащаются разнообразными системами загрузки металла. Чаще всего применяются:
    • кран-балки, оснащённые тельферами с вакуумными или механическими захватами;
    • пневматические и гидравлические подъемники с регулируемыми рычагами, которые предназначены для поддержания металла.

Достоинства гидроабразивной резки

Технология гидроабразивной резки имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с другими методами обработки:

  • низкая рабочая температура раскроя — в зоне реза: Т = 60…90 ºС. Она не оказывает вредного термического воздействия на обрабатываемый материал;
  • методика позволяет иметь низкий коэффициент расхода обрабатываемого материала;
  • возможен раскрой металла толщиной до 300 мм и более;
  • при обработке отсутствует воздействие на химический состав легированных сталей, что позволяет сохранить их свойства;
  • допускается разрезание тонколистовых материалов в пакете, состоящем из нескольких слоев. Это приводит к уменьшению количества холостых ходов рабочей головки и, как следствие, значительно повышает производительность труда;
  • в процессе обработки металлов не принимают участие взрывоопасные и воспламеняющиеся вещества, что значительно повышает его безопасность;
  • процесс высоко экологичен;
  • кромки реза имеют настолько высокое качество обработки, что зачастую не требуются дополнительные механические операции.

Установка гидроабразивной резки консольного типа бренда «DARDI» серии «DWJ13».

Где купить

Компания ООО «Кит-Комплект»;

Компания торгует установками гидроабразивной резки консольного типа бренда «DARDI» серии «DWJ13».

В заключение, предлагаем посмотреть видеоролик «Гидроабразивная резка брони — Flow Waterjet (водорезка)».

В своей работе сталкивался со станками гидроабразивной резки. Могу сказать, что они требуют к себе повышенного внимания к техническому обслуживанию. Наличие насоса и системы трубопроводов высокого давления требует обязательного наличия фирменных рем. комплектов. Вышедшие из строя детали невозможно сделать в местных условиях. Также необходимо регулярно менять сопла, вследствие их износа, так как работа на изношенных соплах приводит к ухудшению качества обрабатываемых заготовок(большое отклонение режущей струи от прямолинейности, увеличение шероховатости режущей поверхности). При покупке такого станка надо быть готовым к увеличенным расходам на его техническое обслуживание.

Расходные материалы

Так, время наработки фокусирующей трубки изготовленной из кристалла сапфира не превышает 60 часов. Такая же трубка, с наивысшим качеством выполненная из алмазного сырья работает гораздо дольше, но при этом стоит в 20 раз дороже. Сопла из искусственного керамокарбида прослужат до 120 часов, что примерно на 20% дольше, чем такие же детали, выполненные из других материалов.

Среднее время наработки расходных деталей и узлов приведено в таблице:

Эти цифры соответствуют работе гидроабразивного станка со средним давлением в 400 MPa. При применении давления режущей струи в 600 МРа скорость обработки увеличивается на 20-30 %, а износ основных расходных материалов происходит в два раза быстрее.

Какое давление воды нужно для резки металла

Вода, нагнетаемая насосом должна иметь давление порядка 1 500–6 000 атмосфер. Выходя через узкое сопло с околозуковой или сверхзвуковой скоростью (до 900–1200м/c и больше), водная струя направляется в смесительную камеру, где происходит смешивание с частицами абразива. Образованная струя выходит из смесительной трубки с диаметром внутри 0,5–1,5 мм и режет метал. Для гашения остаточного давления струи применяется слой воды толщиной 75–100 см.

Недостатки технологии

К недостаткам данной технологии относят:

  • конструктивные трудности, проявляющиеся при создании высокого давления жидкости;
  • незначительную стойкость водяного и абразивного сопел – быстрое стирание (ресурс отечественных сопел составляет 50 час., иностранных – 500-1000 час.);
  • сложность изготовления сопла;
  • образования косины до 1,5 по высоте заготовки.

  • а – при высокой скорости резания;
  • б – при очень низкой скорости резки — верхние кромки реза имеют незначительное закругление

При износе абразивного сопла или увеличении скорости резки ширина щели увеличивается – профиль щели имеет слабо выраженную V-образную форму. При очень маленькой скорости резки профиль щели имеет А-образную форму – турбулентность вызывает эрозию материала. Случай считается положительным, если нужны закругленные верхние кромки.

  • а – при расстоянии между соплом и заготовкой 2-4 мм;
  • б – при расстоянии между соплом и заготовкой больше 4 мм
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector