Гидроабразивная резка

Гидроабразивная резка металла — усовершенствованная технология раскроя материалов, основанная на эффекте эрозии. Рабочий инструмент — сфокусированная струя вода, которая движется со сверхзвуковой скоростью. Чтобы быстрее достичь результата, применяют добавку — твердые частицы: гранатовый песок, карбид кремния, зерна электрокорунда.

Возможности водоструйной резки — любые контуры, радиусы и профили. С помощью ГАР получают острые и наклонные края без доводочных операций.

Самой высокой эффективностью отличается процесс разрезания заготовок сложной формы с высокими требованиями к точности. Чем крупнее партия, тем больше выигрыш по времени и деньгам. ГАР выбирают для высокопрочных сплавов (толщиной до 12 мм) и титана (максимум, 17 мм).

Гидроабразивную резку используют для токопроводящих сталей и материалов, которые обладают диэлектрическими свойствами. Например, меди и некоторых цветных сплавов. Для раскроя этих металлов нельзя применять лазер и электрическую дугу. Чтобы разделить на части токопроводящие материалы малой толщины (5-10 мм), отключают подачу абразива.

Эрозионный способ сравнивают с механической и термической обработкой металла. Скорость гидроабразивной резки сопоставима с плазменным раскроем. Получают качественный рез, не хуже, чем при использовании лазера. Шероховатость поверхности Ra 0,5-1,25 мкм. Погрешность размеров — ± 0,1 мм.

Особенность всех технологий резания — торможение процесса при обработке прямых углов или изменении контура. По сравнению лазером, линейная скорость сопла ГАР уменьшается незначительно.

Технология гидроабразивной резки

ГАР ценят за простоту организации процесса. Станок подключают к источнику сжатого воздуха и электросети. Основные расходные компоненты — песок и жидкость. Воду предварительно фильтруют, чтобы отсеять примеси.

К установке подсоединяют две трубы: для подачи жидкости и абразивного порошка. Устройство с ЧПУ потребляет больше воды, чем ручной агрегат. Автоматический станок подсоединяют к нескольким отводам центральной магистрали. 

Насос создает давление 2000-5000 атм, реже — 6500 атм. Мощность гидравлической машины определяет производительность всей технологической цепочки и характеристики обрабатываемого металла: плотность, вязкость, толщину. Выпускают установки накопительного действия.

Основные элементы конструкции:

• корпус с силовыми компонентами и электроникой;
• головка с соплом;
• координатный стол;
• приводы, трубопроводы, дозаторы.

Рядом со станиной ставят ванну и наполняют жидкостью. Назначение емкости — гасить неизрасходованную энергию.

Внутри головки находится узел смешивания, внизу — выходной канал, который подает двухкомпонентный состав в зону реза. Угол наклона сопла при гидроабразивной резке регулируют. Когда объем песка уменьшается до критической величины, в резервуар добавляют новую порцию.

Когда включают станок, струя жидкости, смешанная с песком, выходит через сопло. Толщина канала 0,1-0,4 мм. Для регулировки скорости предусмотрен рычаг. Стандартное значение параметра равно 1000-1200 м/сек. Когда струя соприкасается с поверхностью, вода разрезает кристаллическую решетку стали на части.

В комплект входит несколько форсунок. При настройке учитывают зависимость между диаметром сопла и свойствами стали: вязкостью, твердостью.

Для гидроабразивной резки используют оборудование с ЧПУ и ручные установки. Станки для резки металла гидроабразивной резкой предоставляют возможности:

• работать с металлами разной твердости и толщины;
• получать изделия с точными размерами и чистыми кромками;
• разрезать заготовки под разными углами.

Максимальная толщина нержавейки для гидроабразивной резки — 120-150 мм. Параметры композитов и углепластиков — 150-200 мм, цветных сплавов и металлов — 110-150 мм. Предельная толщина среднеуглеродистой стали — 200 мм.

Выбор абразива для ГАР

Задача двухфазной рабочей среды — выбить из кристаллической решетки металла молекулы и соединения. Жидкость подхватывает частицы и выносит за пределы рабочей зоны.

Чем меньше размер твердых тел, тем ниже шероховатость кромки. Для абразива выбирают порошки твердостью выше 6,5 ед. по шкале Мооса.

Чтобы точно определить фракцию песка для конкретного процесса, используют пропорцию 10-30% от разницы диаметров: внутренней части смесительной трубы (0,6-1,2 мм) и сопла.

Самая популярная фракция гранатового песка 80 Mesh. Состав представляет собой природный минерал, измельченный до состояния порошка. С помощью абразива разрезают тугоплавкие стали.

Вещество не вредит окружающей обстановке. Использованный гранат выбрасывают в канализацию. Состав ценят за высокую твердость и плотность (4,1-4,3 г/см). Порошки типа «Garnet» изготавливают за рубежом (в РФ гранат не добывают).

Чтобы удешевить гидроабразивную резку, используют отечественные рецептуры на основе медного и никелевого шлака.

Иногда добавляют включения — электрокорунды, состоящие из окислов алюминия и титана. Пропорция: 95 к 1% (соответственно).

Массовая доля «прочих добавок» — менее 4%. 

Для материалов с податливой структурой используют простой (двухфазный) состав: вода и песок. Металлы и сплавы с вязкой и твердой основой режут с добавлением трехфазного наполнителя.

Качество при гидроабразивной резке на ЧПУ

Преимущество автоматизированных станков ГАР — минимальное вмешательство человека. Результат зависит от навыков программирования.

Специалист вводит исходные данные и следит за выполнением действий. Для каждой заготовки программа разрабатывают свой технологический процесс. Последовательность действий при гидроабразивной резке зависит от сложности контура, толщины листа и характеристик металла: вязкости, твердости.

Машинный интеллект задает настройки:

• рационального раскроя металла;
• оптимального состава рабочей жидкости;
• минимальной продолжительности работы.

АСУ с помощью датчиков контролирует давление, скорость и угол подачи струи. Ультразвуковой блок сканирует рез, распознает класс шероховатости, следит за точностью соблюдения размеров и зазоров. Если возникает аварийная ситуация, центр управления останавливает оборудование. Когда программа обнаруживает причины, которые мешают следовать плану, АСУ корректирует показатели.

В комплект поставки входит перекидная консоль для одновременного раскроя заготовки в нескольких местах. Пятиосевые головки ГАР обеспечивают критерии:

• повторяемость реза — ± 0.005º;
• скорость вращения — 90º/сек;
• точность позиционирования — ± 0.01º.

 Дополнительные опции станков для гидроабразивной резки с ЧПУ:

• изготовление чертежей в формате DXF, взаимодействие с программами проектирования сторонних производителей CAD/CAM;
• фотографирование заготовки в процессе работы (bitmap);
• готовые решения для корректировки параметров, например, системы компенсации и контроля конусности реза;
• уборка порошка после каждого рабочего цикла и защита подвижных узлов от оседания абразива;
• наличие датчиков контроля высоты и защиты от столкновения;
• сварная станина, подвергнутая термостабилизации (прочный корпус обеспечивает максимальную точность при гидроабразивной резке).

На автоматизированных устройствах выполняют раскрой и сверление. Станки с ЧПУ применяют при обработке деталей усложненной формы с повышенными требованиями к точности. Оборудование работает с алюминием, медью, черными металлами и нержавеющими сплавами.

Гидроабразивная резка стали на станке с ручным управлением

Преимущество метода — доступность, простота управления и обслуживания. Показания к применению — для раскроя изделий (пазов) простой формы (детали стандартного назначения). Если специалист имеет опыт, чистота кромок и точность соблюдения размеров отвечает стандартам качества.

Мастер задает настройки:

• угол наклона струи;
• зазор;
• скорость подачи жидкости.

Если сравнивать с работой на станке с ЧПУ, цена за метр гидроабразивной резки ручным способом в 1,2-1,5 раз ниже. Однако функции ручных установок ограничены. Конечный результат зависит от внимательности: оператор неотлучно контролирует процесс.

Ручные станки устанавливают в помещениях, под навесами и на открытых строительных площадках. На работу не влияют атмосферные явления.

Для прокладки и ремонта глубинных коммуникаций используют установки для гидроабразивной резки труб, которые работают под водой. 

Автоматизированные и ручные станки требуют постоянного обновления компонентов. Среднее время работы деталей:

• сопла — не более 50 час.:
• направляющей трубки — 100 час.

Техническое обслуживание включает регулярную проверку зубчатой рейки, ШВП, прокладок и уплотнителей насосной станции. Пренебрежение требованиями ведет к падению давления, увеличению времени обработки, ухудшению качества реза.

Таблица демонстрирует зависимость параметров на разных скоростях гидроабразивной резки.

Гидроабразивная резка: плюсы и минусы

К преимуществам техпроцесса относят отсутствие механической нагрузки. Рабочая зона узкая (0,1 мм): обрабатываемая поверхность не коробится. В отличие от механических способов разделения на части, при водоструйной резке не возникает трение. Металл почти не нагревается: струя жидкости охлаждает поверхность и отводит тепло.

Толщина для гидроабразивной резки не играет роли. Установка тратит одинаковое время на раскрой тонких и толстых заготовок.

Жидкость с песком не добавляет в процесс собственную тепловую энергию. В отличие от термических способов резки, структура металла не меняется (нет ЗТВ).

Достоинства технологии ГАР:

• высокая точность реза и скорость;
• сокращение трудоемкости, изделия не нуждаются в доработке: зачистке заусенцев, шлифовке;
• получение контуров простой и сложной формы;
• максимальная толщина стальных листов — 120-200 мм, в зависимости от мощности установки;
• экологическая чистота процесса: нет дымовой завесы, гари и пыли;
• минимальные отходы после разрезания.

К достоинствам гидрорезки относят безопасность. На рабочем участке нет соединений, способных взрываться или воспламеняться. При работе не образуются вредные испарения и выбросы.

Оборудование ГАР используют на производствах с повышенным уровнем опасности, например, предприятиях военной и химической промышленности (в цехах смешивания легковоспламеняющихся веществ).

Минусы водоструйной обработки металла

Основной недостаток гидроабразивной резки — образование конусообразной кромки в точке реза. Завал угла особенно заметен на заготовках большой толщины. Чтобы избежать дефекта, применяют специальные приспособления и АСУ. В режиме реального времени автоматика контролирует процесс, корректирует угол подачи жидкости и скорость обработки металла.

Минусы гидроабразивной резки:

• Как плазменный станок, установка ГАР шумит. Звуковые колебания производит жидкость, которая вылетает из сопла и ударяется о поверхность металла.
• Гидроабразивная резка листов из черной стали требует повышенного внимания. Существует риск появления очагов коррозии по линии реза. Чтобы предупредить дефект, после обработки поверхность высушивают или протирают ветошью.
• Скорость раскроя тонких заготовок ниже, если сравнить с термическими методами. Для повышения производительности труда листы укладывают в пачки. Сборную конструкцию обрабатывают за один проход.
• Стоимость гидроабразивной резки нельзя назвать низкой (примерно такая, как при раскрое лазером).

В смету включают расходы:

• плату за жидкость и абразив;
• амортизационные отчисления на смесительные трубки, уплотнители, форсунки;
• сумму за утилизацию расходных материалов и деталей.

Минимальное потребление воды — 4 л/мин.

От каких параметров зависит цена гидроабразивной резки металла?

На формирование стоимости влияет сложность контура, габариты заготовки, требования к точности, характеристики стали: толщина, плотность и состав.

При подсчете цены учитывают время работы станка и характер резания:

• прямой и криволинейный контур;
• грубый (шероховатый) или чистый срез, который в дальнейшем не обрабатывается.

Весомую часть стоимости составляет гранатовый абразив. Цена за одну тонну — от 50000 руб., в зависимости от фракции (30,60,80 и 120 mesh) и страны производства: Индии, Австралии, ЮАР, Китая. Расход наполнителя — 25 кг/час.

Чтобы заказать услуги гидроабразивной резки черного и цветного металла, позвоните или направьте сообщение в ООО «МеталлСклад Северо-Запад» (г. Санкт-Петербург)!

Гидроабразивная резка металла прайс: