Гідроабразивне різання металів – технологія, верстати, відео

Обов'язковим на будь-якому машинобудівному та металообробному підприємстві є обладнання, що дозволяє виконувати різання листового металу. Дуже часто технічних можливостей найпоширеніших видів такого обладнання буває недостатньо для того, щоб забезпечити високу якість різання.

Процес гідрообразивного різання

Сутність технології

Гідроабразивне різання металу не є інноваційною технологією, використовувати її почали ще у 1960-х роках. Перші верстати для виконання такого різання почала застосовувати американська авіабудівна компанія. Саме керівництво цієї компанії зробило офіційну заяву про цей метод, описавши його переваги та рекомендувавши застосовувати його для різання металу та інших матеріалів, що мають високу твердість. З цього моменту абразивне різання металу з використанням води стало активно застосовуватися підприємствами та завойовувати все більшу популярність.

Суть цієї технології полягає в тому, що в зону різу під великим тиском подається вода, до складу якої включені абразивні речовини. Будь-яка установка гідроабразивного різання працює за наступною схемою.

У змішувач апарату із спеціальної ємності подаються вода та абразивний матеріал, який переважно використовується дрібний пісок.
Після змішування вода з абразивом надходить у сопло установки.
У соплі формується тонкий струмінь гідроабразивної суміші, який під великим тиском подається в зону різання.

Принцип дії гідрообразивного різання

Технологія, що реалізується за подібною схемою, дозволяє не тільки виконувати різання швидко та з високою якістю, але й значно економити на витратних матеріалах,найдорожчим із яких є звичайний пісок. Слід зазначити, що за швидкістю виконання абразивне різання за допомогою води можна порівняти з плазмовою технологією, а за якістю одержуваного різу – з лазерною.

Сфера застосування

Дана технологія має серйозні відмінності від решти методів поділу листового металу. При використанні такого методу поверхня оброблюваного металу не відчуває тиску та механічного впливу іншого типу. Завдяки цьому в зоні різання відсутнє тертя, відповідно, виключено нагрівання інструменту та поверхні деталі, що позитивно позначається на якості обробки та значно розширює сферу застосування такої технології.

Найчастіше абразивне різання за участю води застосовується для поділу листового металу, але останнім часом такий метод все активніше використовують для обробки інших матеріалів, до яких належать:

природне каміння (граніт, мармур та ін);
керамічна плитка, листове скло;
вуглецева та нержавіюча сталь, титан та інші метали;
залізобетонні конструкції;
різні полімерні матеріали та гума.

Використання технології гідроабразивного різання дозволяє мінімізувати витрати матеріалів, що є її вагомою перевагою. Крім того, різання з використанням абразиву та води – це єдино можливий спосіб поділу металу на підприємствах з високою пожежо- та вибухонебезпечністю.

Устаткування для гідроабразивного різання

По суті, в апаратах для гідроабразивного різання використана здатність води руйнувати різні матеріали, помічена ще в давнину. Для того щоб така руйнація була точнішою, швидшою і ефективнішою, необхідно збільшити тиск, за допомогою якого вода з абразивомвпливає на матеріал, а також надати отриманому струменю необхідну спрямованість. У сучасних верстатах для гідроабразивного різання такі завдання вирішуються за допомогою наступних елементів та способів.

Гідрообразивне різання дозволяє розрізати матеріали значної товщини.

Насос у таких апаратах акумулює рідину з абразивом і подає цю суміш на поверхню оброблюваної деталі. Продуктивність таких верстатів і товщина деталі, яку вони можуть розрізати, залежать від потужності насоса, що використовується.

Гідроабразивні верстати з таким регулятором можуть різати з використанням робочих сумішей різного складу, що подаються під тиском, що регулюється, що дає можливість обробляти з їх допомогою матеріали різної товщини і структури. Так, для різання твердіших матеріалів використовують трикомпонентні гідроабразивні суміші, а для більш в'язких – що складаються з двох компонентів.

Зміна сопла апарата

Така методика передбачає підбір для матеріалів різної товщини, складу та щільності сопла певної конструкції.

Саме даний елемент, яким оснащений кожен сучасний гідроабразивний верстат, відповідає за якість та рівномірний склад робочої змісті та, відповідно, за точність та швидкість різання, а також за можливість пристрою обробляти деталі великої товщини.

Автоматизація процесу різання

При різанні металу через інерційність струменя робочої рідини обов'язково формується конусність кромки, яка прямо пропорційна швидкості процесу обробки. Щоб мінімізувати цей небажаний ефект, на сучасних гідроабразивних апаратах використовуються автоматичні системи, які в залежності від щільності матеріалу, що обробляється, коригують кут нахилу сопла.

Підготовкаводи перед її використанням для різання

Якість використовуваної води може серйозно впливати на результати і швидкість виконання різання. Саме тому на всіх сучасних верстатах використовуються системи попереднього очищення води від сторонніх домішок.

Крім основних систем та комплектуючих, апарати для гідроабразивного різання можуть оснащуватися додатковим обладнанням, яке значно розширює їх функціонал (йдеться, зокрема, про виконання фігурних різів).

Сучасне обладнання, що виконує різання матеріалів гідроабразивним способом, дозволяє:

виконувати точне та якісне різання під різними кутами;
різати навіть найскладніші деталі без участі людини – за допомогою програмного керування;
працювати з металевими деталями навіть значної товщини (сталь – до 20 мм, титан – до 17 мм, високоміцні сплави – до 12 мм, мідь та її сплави – до 5 мм);
отримувати фігурні різи, що дуже актуально під час виробництва виробів декоративного призначення;
виконувати різання труб (це можливо на окремих моделях гідроабразивних апаратів).

Верстат для гідрообразивного різання труб

Верстати для гідроабразивного різання з числовим програмним керуванням

Верстат для гідроабразивного різання, оснащений числовим програмним керуванням (ЧПУ), дозволяє ефективно вирішувати завдання з різання різного ступеня складності. Висока точність, з якою виконує різання такий верстат, дозволяє виготовляти навіть найскладніші деталі та значно мінімізувати витрату матеріалу. Технологічний процес виконання різання за допомогою цього апарата виглядає так.

Для кожної деталі на верстат встановлюється спеціальне ПЗ, якеконтролює всі параметри різання: склад робочої суміші, її тиск та ін.
Верстат для гідроабразивного різання з програмним керуванням забезпечує постійний контроль якості різання та коригує режими роботи, якщо це необхідно. Саме такі опції подібного обладнання сприяють тому, що ніяка додаткова обробка готових виробів, у тому числі шліфування, після нього не потрібна.
Верстати з ЧПУ можуть висвердлювати отвори, а також виконувати цілий перелік специфічних операцій.

Верстат гідроабразивного різання - OMAX 60120

Виконання гідроабразивного різання ручним способом

Ручні верстати для гідроабразивного різання відрізняються від автоматизованих тим, що всі параметри обробки в них виставляються, контролюються та коригуються оператором. Незважаючи на деякі незручності експлуатації, в порівнянні з обладнанням з ЧПУ, такі верстати мають цілу низку переваг.

Для обслуговування таких верстатів, що відрізняються простотою в управлінні та мінімумом функціональних можливостей, не потрібна профільна освіта.
Функціональні можливості, які мають ручні установки гідроабразивного різання, дозволяють виготовляти якісні та точні деталі простих геометричних форм.
Ручний верстат для гідроабразивного різання відрізняється доступною вартістю (в середньому в 1,5 раза дешевший за апарати з ЧПУ).

Тим часом для різання деталей складних геометричних форм і вимагають особливо високої точності одержуваних розмірів необхідно використовувати верстати з ЧПУ.

Різання складних форм

Необхідні матеріали

При гідроабразивному різанні витрачаються два основні матеріали, за заповненням яких необхідно постійно стежити:

дрібнофракційний абразивний матеріал, в якості якого найчастіше використовується гранатовий пісок, що відрізняється особливо високою твердістю (розмір крупинок такого піску не повинен перевищувати 600 мікронів);
вода, що пройшла попереднє очищення від сторонніх домішок.

Природно, що це не єдині матеріали, потрібні для здійснення різання з використанням води та абразиву. Для будь-якого гідроабразивного верстата необхідні електроживлення, подача стисненого повітря та заміна зношених елементів, до яких, зокрема, відносяться:

елементи системи, що відповідає за подачу абразивної суміші: сопло, що подають трубки та ін (якщо своєчасно не замінювати зношене сопло, то отвір в ньому може значно збільшитися в діаметрі, що призведе до зниження точності розмірів різу, що формується).
ущільнювальні елементи насосної станції, які відповідають за підтримання необхідного тиску робочої суміші.

Слід мати на увазі, що використання неякісних витратних матеріалів, зокрема абразивного піску, призводить не тільки до зниження якості готових виробів, а й до прискореного зношування апаратів для різання.

Переваги та недоліки різання з використанням абразиву та води

виключення нагрівання оброблюваної деталі (звідси неможливість її деформації та, відповідно, висока точність різання);
широкий функціонал обладнання, за допомогою якого можна вирішувати завдання навіть найвищої складності;
відсутність потреби у додаткових роботах з доопрацювання отриманих виробів;
універсальність, якою володіє будь-який верстат для гідроабразивного різання (з його допомогою можна як різати гуму, пластик, камінь або метал, так і свердлити отвори у різних матеріалах);

Гідрообразивне різання мармуру

При різанні утворюється конусність кромки деталі, що відрізається. Особливо такий недолік помітний при різанні деталей великої товщини. Щоб не допустити появи цього дефекту, необхідно використовувати спеціальні автоматизовані пристрої, які коригують кут нахилу сопла в процесі обробки.
На гідроабразивних верстатах обробляють як товстостінні, так і тонкостінні деталі з однією швидкістю, що дещо знижує рентабельність застосування такої технології. Щоб збільшити рентабельність, тонкі деталі розрізають відразу кілька штук, складаючи їх у пачку.

Використання гідроабразивного різання особливо доцільно в тих ситуаціях, коли необхідно розрізати складні деталі з особливо високою точністю, витрачаючи мінімальну кількість часу.