Андрей Смирнов
Время чтения: ~10 мин.
Просмотров: 0

Гидроабразивные станки

Возможности станков

гидроабразивная резка стекла

При сравнении технических свойств гидроабразивных станков с ЧПУ в качестве эталона используют камень. Ведь он очень сложно обрабатывается и отличается высокой плотностью. Поэтому справившись с горными породами, оборудование без труда разрежет любые другие материалы.

Направленная тонкой струей под давлением на камень, вода разрезает горные породы. При этом линия реза может быть любой конфигурации, поэтому технология позволяет создавать сложные резные узоры и орнаменты.

Абразивная резка металлов способна справиться даже с одним из самых прочных металлов — титаном. Необходимо только вложить правильные координаты в электронный мозг и запустить процесс. Мощность воздействия определяется сочетанием следующих характеристик, задаваемых оператором:

  • давление струи;
  • подача абразива;
  • скорость и характер подачи воды;
  • количество абразивных частиц;
  • характеристики абразивных частиц.

В качестве режущих частиц можно применять самые разнообразные материалы, в том числе:

  • гранат для титановых сплавов и высокопрочных сталей;
  • агломерат для камня;
  • песок используют для резки стекла;
  • шлаки силикатного происхождения для пластиков.

Принцип работы и виды станков гидроабразивной резки

станок для гидроабразивной резки с ЧПУ

Станок гидроабразивной резки с ЧПУ работает следующим образом:

  • насос подает волу в рабочую головку, здесь создается струя воды необходимого диаметра. Поступает в смеситель, где образуется водно-песчаная смесь, оттуда направляемая непосредственно в сопло. Диаметр сопла может быть от 1 до 5 мм;
  • из сопла под давлением от 100 до 6000 бар выливается смесь, выбивающая частички материала. Скорость движения смеси в несколько раз превышает скорость звука. Головка поворачивается в большом диапазоне и контролируется автоматикой;
  • происходит процесс искусственной эрозии, позволяющий работать с каменными плитами до 300 мм толщиной.

Обработка мягких материалов, например, древесины, резины, некоторых пластиков проводится без абразивных частиц, чистой водой. Сопло надевается сапфировое или рубиновое, а дюза должна быть минимального поперечника. Такие сопла служат дольше, ведь чистая вода более мягко воздействует на расходники.

Оборудование для гидроабразивной резки различается устройством, назначением, мощностью и стоимостью:

  • станки с ЧПУ;
  • портативные.

Станки с ЧПУ выполняют резку в соответствии с загруженными параметрами и чертежами. Они выполняют сложные фигурные изделия практически без вмешательства оператора. Производственные цеха обычно оснащаются таким оборудованием.

Преимущества гидроабразивной струи

Гидроабразивная резка была разработана для изготовления деталей для авиации. Впоследствии этот метод был назван лучшим в обработке тугоплавких материалов и сталей. Теперь он используется на производствах, где работает оборудование с ЧПУ. Не меньшее значение резка водой имеет для автомастерских и изготовления предметов быта своими руками, где применяется оборудование без крепежей.

Низкий температурный режим работы даёт преимущества в обработке стали. Резка металла плазмой или газом приводит к сильному нагреву металла, что вызывает окисление и прочие побочные эффекты (в зависимости от индивидуальных характеристик металла). Воздействие на металл абразивных частиц, подаваемых под большим давлением с водой, тоже приводило бы к нагреву листа и его оплавлению, но резка происходит настолько быстро, что сравнить её по чистоте реза можно только с лазером, а по скорости с плазмотроном. Прогрев обрабатываемой поверхности при работе соответствующий – он настолько незначителен, что даже окалин нет. Как нет зависимости от размера оборудования и способа работы — без участия человека или проведение реза оборудованием на ручном управлении.

Приятным моментом при проведении работ своими руками состоит в том, что никаких сильных запахов, дыма и пыли оборудование не производит. Держать под рукой запасные режущие инструменты так же нет необходимости, это оборудование работает без твёрдых резцов – только очень мелкий песок с водой. Скальпелем, отделяющим толстенные куски металла с хирургической точностью, выступает вода, поступающая в сопло под давлением, на выходе из сопла она насыщается абразивными микрочастицами, при мгновенном смешивании получается мощная режущая смесь.

Пример резки металла на установке ГАР

Весь цикл резки как на заводском оборудование с ЧПУ, так и своими руками на обычном станке проводится в один этап. Тонкие и толстые, тугоплавкие и тягучие материалы режутся на одной и той же скорости, без каких-либо ограничений. Станки с возможностью обрабатывать насколько деталей одновременно – это возможность в кратчайшие сроки провести необходимую обработку металла и стекла, пластика и резины, благодаря тому, что нет необходимости перенастраивать оборудование. Детали из материалов разной твёрдости при необходимости будут обработаны за один рабочий цикл.

При обработке материалов своими руками, обрабатывать их поочерёдно выгоднее в плане экономии времени, которое ушло бы на закреплении материалов на рабочей поверхности, а комбинированная деталь, состоящая из нескольких совершенно разных материалов, легко и точно будет разрезана при помощи гидроабразивной смеси подаваемой под высоким давлением.

Эксплуатация

Установки для гидроабразивной резки необходимо эксплуатировать с учётом следующих правил:

  • перед включением нужно убедиться в целостности всех механических узлов, электрокабелей, системы защиты, наличии щитов безопасности;
  • работать только в климатических условиях, которые заявлены производителем как допустимые;
  • контролировать давление смеси воды с абразивами для обеспечения качественной резки, а также предотвращения повреждений гидролинии, насоса;
  • использовать только качественные комплектующие;
  • своевременно выполнять техосмотры, обслуживания, ремонты;
  • при замене сопла крепления затягивать так, чтобы не повредить его;
  • использовать индивидуальные средства защиты для снижения вероятности травматизма оператора.

Многие производители предусматривают расширение функциональности станков. При необходимости можно устанавливать устройство удаления абразивов, насос мембранного типа для работы с агрессивными средами, погрузчик или кран-балку для транспортировки бака.

Принцип действия и конструкция станков водно-абразивной резки

Суть функционирования гидроабразивных станков сводится к следующему процессу. Мощный насос водно-абразивного станка подает воду в сопло (используется давление от 1тыс. до 6 тыс. ПА).

Диаметр сопла подбирается в зависимости от технических характеристик металла и может составлять до 0,5 мм.

После чего образуется скоростная струя, за счет которой и происходит вымывание частиц материала по линии среза.

Дополняя водную струю абразивом, ее мощность увеличивают в несколько раз, благодаря чему станок может с высокой точностью раскроить изделие, толщиной свыше 300 мм.

Все вышеописанное происходит на координатном столе станка, оборудованном приводными механизмами, благодаря которым режущая головка может двигаться в нужном направлении.

Дополнительно комплектуется станок для водоструйной резки металла:

  1. мощным насосом высокого давления;
  2. режущими головками, а также устройством, исключающим механический контакт заготовки с головкой;
  3. системой разводки высокого давления;
  4. приспособлением для подачи абразивной смеси (возможно дополнение ловушкой – с ее помощью собирается отработанный абразив и при необходимости понижается энергия водной струи).

Современные модели станков для гидроабразивной резки производятся с возможностью подключения к рабочей системе ЧПУ.

Цена на оборудование с ЧПУ более высокая, чем на обычные установки, но стоимость компенсируется возможностью проводить обработку кромок материала под углом и выполнять высокоточную художественную резку.

Кроме того, некоторые варианты гидроабразивных станков с ЧПУ могут оснащаться специальной системой просверливания, позволяющей ускорить рабочий процесс.

Расходные материалы для гидроабразивных станков:

  • Сопло – изготовление данного типа расходника для станков обходится дорого, так как сам процесс производства отличается сложностью, а цена на применяемые в данном случае материалы слишком высока;
  • В процессе изготовления сопел используют искусственно выращенный в лаборатории алмаз, рубин, сапфир или корунд. Именно по этой причине цена на гидроабразивную обработку металла не снижается;
  • Применение таких материалов позволяет увеличить рабочий период времени деталей до 500 часов;
  • Смесительные трубки – изготавливают с применением сплавов, отличающихся высокой прочностью, за счет чего расходное время их эксплуатации составляет около 200 часов.

Так как водно-абразивная технология проходит без образования нагрева рабочих участков обрабатываемого материала, в некоторых случаях ее можно считать единственной с возможностью применения для резки изделий на взрывоопасных объектах.

А также для материалов, структура которых при нагреве теряет свои изначальные свойства.

Специальная оснастка станков с ЧПУ

станок с подвижной консолью

Датчики высоты и предотвращения столкновений следят за расстоянием между поверхностью материала и соплом. Они предотвращают смещение головки под напором воды и столкновения с вертикальными поверхностями во время работы. Перед началом работы контроллер определяет толщину материала и необходимую глубину выработки. Периодически во время работы датчик вносит корректировки в работу в зависимости от уже проделанных операций.

Лазерная указка дает возможность точно «прицелиться» при размещении детали на рабочей столешнице, ускоренно позиционирует сопло. Функция применяется на малом и большом столах координат. Указатель надежно защищен от воды крепким водонепроницаемым корпусом.

Подложка используется для обработки мелких деталей, улучшения контакта водно-песчаной струи и материала. Подложки обладают специальной структурой, легко пропускающей воду и надежно удерживающей деталь.

Набор зажимов предоставляется с каждым станком. С его помощью на столешнице крепко фиксируются детали различных размеров и форм.

Система охлаждения насоса обязательна для эффективной работы. Она может быть замкнутой или проточной. Замкнутая более экономична.

Дозатор подачи абразива контролирует количество абразива для работы по материалу разной толщины

Исключает перебои с подачей абразива, что очень важно при резке ценных материалов, обработка которых чистой водой может их испортить

Система очистки воды предотвращает появление минеральных отложений на клапанах, шарнирах и других элементах станка с ЧПУ. Вода очищается от кальция и железа. Допустимое количество железа в 1 литре воды составляет не более 10 миллиграмм. Система очистки повышает производительность и срок эксплуатации станка с ЧПУ.

Видеоролики демонстрируют гидроабразивную резку в трехмерном и двухмерном пространствах:

Преимущества гидроабразивной резки:

Метод гидроабразивной резки может быть применён абсолютно к любым материалам (сталь, медь, дерево, стекло, мрамор, гранит, резина, пластмасса и др.)

Разрезаемый материал не подвергается термическому воздействию (холодное резание);

Отсутствие пыли и вредных газов (поток струи воды уносит пыль с собой);

Инструмент резки (струя воды или вода + абразив) не нуждается в переточке;

Низкое тангенциальное усилие резания на деталь (в общем случае даже не требуется зажима разрезаемого материала);

Небольшая, порядка 1 мм, ширина реза (уменьшение отходов и улучшение экономичности раскроя);

Высокая скорость резания;

Возможность резки сложных контуров по фасонным поверхностям;

Рациональный расход материалов;

Быстрое реагирование на нужды производства.

Вода из водопровода номинальным давлением >3.0 бар поступает в Систему очистки (5) и очищается от механических примесей фильтрами с ячейкой 1 мкм и 0,45 мкм. После очистки вода поступает в Насос высокого давления (2).
Электродвигатель насоса (2) создает рабочее давление200 бар в гидравлической системе, гидропанель подает гидравлическую жидкость (гидравлическое масло) попеременно в левую и правую части цилиндра низкого давления мультипликатора. Нагретое в процессе работы масло охлаждается системой вентиляционного охлаждения (8) Разница давлений вызывает возвратно-поступательные движения поршня внутри цилиндра низкого давления. На поршне жестко закреплены плунжера, которые передают возвратно-поступательные движения в цилиндры высокого давления. Площадь поверхности плунжера примерно в 10 раз меньше площади поверхности поршня. Плунжер создает давление ~4000 бар.

Вода под давлением в ~4000 бар поступает в режущую голову станка (4). Режущая голова станка установлена на портальной балке, которая перемещается посредством шарико-винтовой или зубчатой передачи над поверхностью рабочего стола (1). Режущая голова (4) станка гидроабразивной резки представляет собой пневмоклапан, перекрывающий подачу воды, электропривода и поворотный механизм для регулирования наклона режущей головы, мундштук для соединения пневмоклапана со смесительной камерой, смесительную камеру и абразивное сопло. На режущую голову возможно дополнительно установить: Систему контроля высоты (9) и Систему лазерного позиционирования (10) и Сверлильную головку (11). При открытии пневмоклапана вода проходит через установленное в смесительной камере сопло, внутренним диаметром 0,15-0,40 мм. Преобразуя потенциальную энергию давления ~4000 бар в кинетическую образуется струя воды, разгоняется до скорости в 900 м/с.

Гранатовый абразив подается в смесительную камеру ниже сопла, формирующего струю воды. Гранатовый абразив доставляется в смесительную камеру Системой подачи абразива (6), которая представляет собой емкость цилиндрической формы и управляемый стойкой ЧПУ дозатор. В смесительной камере гранатовый абразив затягивается струей воды в абразивное сопло. Внутри сопла частицы абразива разгоняются за 3-4 дюйма пути до ~250 м/с. Разогнанные частицы абразива сталкиваются с обрабатываемым материалом, разрушая его.
Рабочий стол (1) представляет собой раму прямоугольной формы, по бортам которой установлены направляющие для движения портальной балки. В ванне установлены кронштейны для установки разрезаемого материала и насосы Системы удаления шлама (7). Ванна заполняется водой для гашения струи абразиво-водяной смеси после прорезания материала. Система удаления шлама (7) представляет собой резервуар, систему трубопроводом и шламовые насосы. В процессе реза в Ванне рабочего стола (1) образуется абразиво-водяная смесь, которая постепенно осаждается на дно ванны. Шламовые насосы транспортируют эту смесь в резервуары, где происходит осаждение смеси. Пройдя через фильтр системы удаления шлама, вода поступает обратно в ванну рабочего стола.

Система подачи абразива (6), Система удаления шлама (7), Рабочий стол (1), Насос высокого давления (2), Система вентиляционного охлаждения (8) управляются Блоком ЧПУ (3). Стойка ЧПУ, посредством программного обеспечения регулирует интенсивность работы насоса для поддержания рабочего давления, управляет пневмоклапанами для подачи абразива и воды, Отвечает за перемещение портальной балки над поверхностью Рабочего стола (1).

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации