Гидроабразивная резка – как происходит, и где применяется

При раскрое твердых и прочных материалов важное значение имеет способ резки. Традиционные способы (дисковая либо ленточная пила) обеспечивают высокое качество и скорость работы, но подходят лишь для линейного раскроя.
гидрообразивная резка камня

При изготовлении заготовок сложной геометрической формы применяются иные способы:

  • Фреза позволяет резать материал с кромкой, не нуждающейся в последующей обработке, но диаметр фрезы влияет на потери материала (слишком широкий рез). К тому же, от этого диаметра зависит размер заготовок, мелкие детали получить не удастся. Фреза быстро изнашивается, возрастает стоимость работ (необходимо регулярно менять расходники).
  • Резка кислородом (автоген) относится к недорогим и эффективным методам, но оплавленные края реза требуют последующей обработка. Годится лишь для грубого раскроя.
  • Плазморез лишен перечисленных недостатков, но стоимость оборудования слишком высока, да и энергозатраты немалые. К тому же, плазмой обрабатываются только проводники. Камень или стекло разрезать не получится.
  • Наиболее сбалансированный способ — гидроабразивная резка. Высокая скорость работ, точность раскроя, недорогое оборудование. Кроме того, тонкая струя позволяет обрабатывать изделия небольшой площади с высокой точностью.

Пример работы гидрообразивной резки по металлу — видео

На последнем способе остановимся подробнее.

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:
схема работы гидрообразивного станка

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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

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.

Элементы станка для гидроабразивной резки

Основным элементом является станина. На ней жестко закреплена ванна для заготовки. Она заполняется водой, для эффективного гашения скорости струи после сквозного прохождения через обрабатываемый материал.

станок гидрообразивной резки

Если при резке, гидроабразивная струя будет свободно продолжать движение, несущие элементы быстро разрушатся, и станок выйдет из строя. Попадая в воду, поток моментально теряет энергию, абразив выпадает в осадок на дно ванны.

Поскольку материал используется недешевый, песок откачивается из ванны, просушивается, затем используется повторно. Оборудование для восстановления абразивного материала, как правило, располагается отдельно от основного станка.

На дне ванны расположены направляющие опоры для заготовки. Это могут быть металлические ребра, сетка, либо вертикально расположенные штыри. Главное, чтобы контакт с гидроабразивной струей был минимален.
станок гидрорезки в работе
Еще одна задача ванны с направляющими – жесткая фиксация заготовки. При воздействии гидроабразивным потоком, даже тяжелая заготовка может сместиться.

После установки нулевых координат, режущая головка перемещается автоматически, и любой сдвиг заготовки приведет к ее порче. Резка металла может выполняться с помощью электромагнитной фиксации, в остальных случаях станок предусматривает иные способы закрепления.

Координатная система позиционирования заготовки. В большинстве случаев, гидроабразивные станки оснащены системой ЧПУ. Оператор задает параметры обработки, далее станок самостоятельно выбирает траекторию движения форсунки для максимальной эффективности (и экономичности) процесса.

В программу управления закладывается так называемый алгоритм непрерывности. Суть его заключается в минимизации количества включений/выключений струи во время обработки одного изделия.

Каждый старт системы, это дополнительный гидроудар по заготовке и ускорение износа сопла форсунки. Да и края у разреза получаются ровнее, если обработка непрерывная.
инструмент сопло гидрорежущего станка
Современные резаки позволяют не просто позиционирование головки в плоской системе координат «X» и «Y». Оснащение форсунки поворотным механизмом позволяет изготавливать детали сложной формы, и выполнять резку под различными углами к плоскости заготовки.
резка водой под разными углами
Можно выполнять настолько сложные формы, что резка металла гидроабразивом в ряде случаев заменяет литье.

Вспомогательные элементы

Насос высокого давления с фильтром для воды. Как уже говорилось, давление на входе составляет тысячи атмосфер. Такие параметры требуют непрерывной подачи жидкости в соответствующих объемах.

Для минимизации затрат, вода и абразивный гранатовый песок используются повторно. Проходя через систему фильтров, жидкость очищается от грязи и масляных образований. Часто станки оснащаются отдельным резервуаром для воды.

Гранатовый песок для гидрообразивной резки — видео

Абразив просушивается и отделяется от кусочков материала, особенно если это пластик или металл. Для отделения металла используются магнитные сепараторы. Так же, как и вода, песок хранится в отдельных емкостях.

Физика процесса

Разберем, что такое гидроабразивная резка с точки зрения механики. Это локальная шлифовка материала более твердыми частицами. При столкновении на высокой скорости, абразивный песок выбивает и увлекает за собой частицы материала заготовки.

За счет минимального размера абразива, разрез получается точным и аккуратным, нагрев практически не происходит, вся энергия остается механической.

Резка металла в этом случае не сопровождается оплавлением и так называемым «отпускание» в зоне контакта. Это позволяет обрабатывать высоколегированные стали без нарушения прочностных характеристик.

Где применяется гидроабразивная резка:

  • точное машиностроение
  • авиация, космическая промышленность
  • судостроение
  • оборонные предприятия
  • обработка камней, минералов
  • производство инструмента

Какие материалы обрабатываются гидроабразивом:

  1. металл (в том числе твердые сплавы)
  2. пластик
  3. стекло (в том числе закаленное и триплекс)
  4. керамика
  5. бетон
  6. природный камень

Технология позволяет применять станки даже в пищевой и легкой промышленности. В этом случае абразив не применяется, резка происходит только водой под давлением.

Итог:
Применение гидроабразивной резки не имеет ограничений. Единственная сложность – это дорогое оборудование, требующее соответствующего периферийного обеспечения. В домашних мастерских использование маловероятно.

Что можно резать на станке гидрообразивной резки — видео

К тому-же, изготовить такое оборудование самостоятельно не представляется возможным. Но если в вашем распоряжении есть гидроабразивный станок – возможности мастерской расширяются на порядок.

Ссылка на основную публикацию