Верстати гідроабразивного різання – точна обробка будь-яких матеріалів Відео

Способів різання та відповідного обладнання практично стільки ж, скільки видів різних матеріалів (твердих, м'яких, тендітних та інших). Верстати гідроабразивного різання здатні точно та ефективно обробити будь-який.

1 Верстати гідроабразивного різання – технічне втілення передових технологій

Гідроабразивне різання – унікальна, одна з найефективніших технологій обробки матеріалів, заснована на природному процесі водної ерозії (поступове руйнування, вимивання грунтів та гірських порід). При проведенні робіт як ріжучий інструмент застосовується вода, вплив якої на матеріал багаторазово посилено абразивом, що додається до неї. Але найголовніше, що ця суміш випускається під високим (до 6000 атм) тиском і на величезній швидкості (800-1000 м/с - в 3 рази вище за швидкість звуку в повітрі).

Фізично суть механізму різання полягає в руйнуванні матеріалу швидкісним потоком абразивної складової струменя, що розганяється і доставляється до місця обробки водою. При цьому відбувається відрив та вимивання із порожнини різання частинок матеріалу з одночасним охолодженням зони обробки.

Стійкість закінчення двокомпонентного струменя (абразиву з водою) та ефективність його впливу підтримуються оптимальним співвідношенням параметрів різання, у тому числі витрати та тиску води, а також розміру та витрати частинок абразивного складу.

Гідроабразивний струмінь здатний різати практично будь-який вид матеріалів:

чорні, кольорові метали та сплави;
леговані важкооброблювані сталі та сплави (включаючи жароміцні, нержавіючі);
композиційні матеріали;
штучне, природне каміння (мармур, граніт і так далі);
керамічні матеріали (плитка, керамограніт);
скло звичайне, композиційне (триплекс, армоване, бронескло, склотекстоліт тощо);
прозорі, пористі матеріали;
бетон, залізобетон;
стільникові та сендвіч-конструкції.

М'які матеріали (поролон, поліуретан та інші піноматеріали, картон, пластмаси, шкіряні вироби, тканини тощо) ріжуть струменем лише води, не додаючи абразив. Також такий спосіб застосовується у харчовій сфері – для порціонування та різання харчових продуктів.

Для проведення гідроабразивного різання призначене спеціальне обладнання - верстати гідроабразивного різання. Принцип їх роботи полягає в наступному:

вода, стиснута насосом високого тиску (один з основних вузлів обладнання) до 4000 атм або вище, проходить через сопло, яке формує струмінь діаметром всього 0,2-0,35 мм, що подається в змішувальну камеру;
у змішувальній камері вода змішується з абразивним матеріалом (гранатовим піском, як правило), а потім проходить через інше, твердосплавне сопло, діаметр якого 0,6-1,2 мм;
з другого сопла струмінь суміші абразиву з водою виходить зі швидкістю приблизно 1000 м/сек і вдаряє поверхню оброблюваного виробу;
робочий процес характеризується як "холодне різання" - не супроводжується нагріванням оброблюваної ділянки заготівлі.

Типовий верстат складається з вузлів:

Корпуси.
Резервуара з водою об'ємом від 2 м3 і більше.
Насос, який прокачує під високим тиском рідину від резервуара-сховища до зони різання.
Шлангів, якими вода транспортується.
Ємності для заправки, системи подачі та змішування з водою абразиву.
Водяного "різака", що є штуцером з форсункою. Автоматика регулює пропускну здатність та інші параметри роботи різака.
Робочого столу, на якому кріпиться оброблена заготовка, розташованого у спеціальній ванні.
Захисний кожух.
Блоку автоматичного управління (ЧПУ) – координує переміщення робочого столу та водяного різака, контролює та задає параметри процесу обробки.

2 Установка гідроабразивного різання металу – особливості конструкції

Установка гідроабразивного різання настільки ж унікальна, як і сама технологія, непорівнянна по конструкції з жодним відомим обладнанням для подібного виду обробки виробів. Перша її особливість – наявність робочої ванни, в якій відбувається різання, що має такі елементи:

Несучі опори з нержавіючої сталі, пристосовані для простої швидкої заміни при настанні зносу.
Швидкознімні ребра для підтримки матеріалу, що розрізається. Встановлюються на несучі опори та забезпечують їх захист від гідроабразивного струменя.
Система швидкого набору, випуску води, що забезпечує обробку заготовок, повністю занурених у водне середовище – робоча зона захищена від пилу (залишається у воді) і шуму, рівень якого знижується до 65 Дб.

Наступна особливість – бак для абразиву, що забезпечує простоту роботи з обладнанням:

конструкція дозволяє поповнювати запас абразивного матеріалу навіть у процесі роботи установки – суттєва економія часу;
обладнаний датчиками контролю обсягу абразиву.

Має свої особливості та система переміщення:

У верстата консольна конструкція, оснащена ременним приводом, що здійснює переміщення по осях.
Ремінний привід найбільш пристосований для використання на гідроабразивних верстатах, тому що практично не боїться, коли до нього потрапляє абразивний матеріал. Привід простий в експлуатації, а у разі зношування легко замінюємо.
Висока точність позиціонування (±0,025 мм) забезпечується індуктивними лінійними датчиками.
Осьове переміщення здійснюється лінійними напрямними, завдяки чому забезпечується плавність швидкості і ходу, точність позиціонування.

Найважливіший вузол гідроабразивної установки – насос високого тиску, що здійснює стиск та доставку води в робочу зону. Автоматичне керування всіма параметрами процесу різання здійснюється системою ЧПУ. Для зручності швидкого та точного налаштування або прив'язки всі верстати оснащені переносним пультом із маховичком.

Система підтримки постійного зазору являє собою особливий контактний механізм, що переміщається листом і забезпечує підтримку оптимальної відстані між поверхнею виробу і трубкою, що фокусує. Це сприяє якості та точності різання, а також не допускає небезпеки зіткнення трубки із заготівлею.

Особлива конструкція верстатів – кутова голова:

забезпечує рухливість ріжучої головки в 2 площинах з поворотом на кути нахилу до 60° включно – це дозволяє обробляти криволінійні поверхні, фаски, компенсувати конусність у процесі обробки;
конструкцією передбачено, що при виконанні фаски або компенсації конусності переміщення відбувається лише по 1 поворотній осі – це забезпечує незмінність кута та високу точність;
складні поверхні можуть оброблятися одночасно з 5 координат.

Верстат для гідроабразивного різання металу обладнаний системою завантаженняоброблюваного матеріалу. Найбільшого поширення набули:

Кран-балки, оснащені механічними або вакуумними захватами. Як силова установка використовується тельфер.
Підйомники гідравлічні, пневматичні з регульованими важелями, які підтримують матеріал у найважливіших місцях – набули широкого застосування при роботах з крихкими матеріалами.

Датчик, що контролює подачу абразивного складу:

Перевіряє кількість абразива, що надходить під час обробки – різ може виконуватися без присутності оператора.
Забезпечує зупинку роботи верстата при попаданні сторонніх матеріалів (не передбачених фракцій чи залишків мішковини) у ріжучу головку. Допустимий діапазон визначається зі стійки оператора (можна змінити в процесі обробки).

На верстат, у разі потреби, можна встановити ультразвукову або лазерну систему сканування поверхні заготовки. Пристрій виявляє нерівності поверхні заготовки і цим забезпечує підтримку необхідного зазору, а також максимальну точність різання.

Гідроабразивне обладнання може бути оснащене пристроєм видалення відпрацьованого абразиву:

складається з насоса та бака відстійника;
відмінна особливість - використання насоса мембранного типу, який простий в обслуговуванні та максимально пристосований для експлуатації в агресивних середовищах;
зручність роботи забезпечується тим, що бак для абразиву обладнаний швидкознімними роз'ємами для легкого під'єднання шлангів, а також пристосований до транспортування навантажувачем або кран-балкою.

3 Переваги та недоліки гідроабразивної технології

Устаткування для гідроабразивного різання надає наступні переваги,переваги обробки:

заготівля не піддається термічній дії (в зоні різу 60–90 °С) – відсутність температурної деформації, пригоряння та оплавлення матеріалу на кромках та в прилеглій до розрізу області, легуючі елементи сплавів та сталей не вигоряють;
втрати матеріалу в процесі різання істотно менші, ніж за інших способів обробки;
широкий спектр оброблюваних матеріалів, товщин (до 150-300 мм і більше);
висока якість різання (шорсткість поверхні кромки Ra 1,6) – додаткова обробка не потрібна;
висока точність – мінімальна відстань від розрізу до отвору чи краю заготовки становить 0,5 мм (рекорд у обробці різанням);
контур обробки може бути будь-якого рівня складності;
висока ефективність розкрою листових матеріалів, товщина яких понад 8 мм;
можливість пакетного (у кілька шарів) різання тонколистових матеріалів, що значно підвищує продуктивність, у тому числі завдяки зменшенню загальної протяжності холостих проходів ріжучої головки;
обробка відбувається без істотного механічного навантаження на виріб – відсутність деформації, руйнування крихких матеріалів та економія на фіксуючих, кріпильних вузлах навіть при різанні тонкостінних деталей;
екологічна чистота технології, абсолютна відсутність виділень шкідливих газів, а також стружки, пилу, окалини, диму тощо, які зазвичай супроводжують різання;
повна вибухо- та пожежна безпека процесу;
відсутність різального інструменту (згідно з традиційним тлумаченням) – немає необхідності в періодичному відновленні гостроти інструменту та його заміні в міру зносу;
працездатність "різального" інструменту відновлюється закачуванням води та поповненням абразиву.

Недоліки, зумовлені особливостями технології:

обмежений ресурс ріжучої головки, окремих комплектуючих;
швидкість обробки тонколистової сталі недостатньо висока;
висока вартість витратного матеріалу (абразиву);
створення умов корозії металу.

4 Області застосування обладнання для гідроабразивного різання

Коли є таке обладнання, гідроабразивне різання металу стає не тільки найкращою альтернативою відомим способам обробки, але іноді і єдино можливим. Верстати відрізняються високою потужністю та здатні розрізати нержавіючу сталь завтовшки до 200 мм. Немає значення: кольоровий метал чи ні, і наскільки твердий матеріал. Швидкість та ефективність різання, звичайно, залежать від того, що саме піддається обробці, але висока якість, точність залишаються незмінними.

Традиційні теплові способи різання просто безсилі при великих товщинах, а механічні менш ефективні та точні. Лазерне різання титану, міді, алюмінію, нержавіючої сталі дуже проблематичне. Камінь або деякі волоконні матеріали лазеру зовсім не до зубів. Для пластмас, які покриті металом, гідроабразивна технологія часто є єдиним методом обробки, оскільки не має негативного впливу на поверхню.

Приклади промислового використання, де гідроабразивне різання особливо ефективне: