Установка гидроабразивной резки металла водой под давлением

Принцип работы

Водопроводная вода очищается от примесей. После этого воду подают в насос, где сжимают ее под давлением 4 000 бар и подают в сопло режущей головки. Режущая головка закреплена на опоре, которая перемещается вперед и назад по рабочему столу. Когда клапан открыт, поток воды вытягивается из сопла, диаметр которого составляет Ø 0,10-0,5 мм. В этом случае его скорость достигает 900 м /с. Смеситель для смешивания абразива, куда поставляется абразивная ткань, находиться немного ниже сопла. Вода смешивается с абразивом и ускоряет его частицы до 250 м/с на длине 7-10 см. Смесь с очень большой скоростью вступает в контакт с обрабатываемым материалом, закреплённым на рабочей плоскости и разрезает его. Смесь воды, абразива и мелких частиц разрезаемого материала оседает под рабочим столом на дне ванны.

Ванна перед началом работы должна быть заполнена водой, для эффективного гашения потока. Если используется устройство системы удаления осадка, то ванна механически очищается, и поэтому оборудование может работать беспрерывно. При очищении вручную, станок нужно выключать на 1-2дня. Все механизмы установки контролируются узлом ЧПУ, который контролирует насос, открывает и закрывает водяной и абразивный клапаны, а также отвечает за перемещение опоры и режущих головок. Процесс струйной резки абсолютно пожара — и взрывобезопасный.

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.

Области применения

Ракетостроение и самолетостроение — где требуется обработка углеродного волокна титановых сплавов и жаропрочных сплавов. Все области строительства. Гидроабразивные машины используются для резки железобетонных плит, камней, твердой напольной глины и фарфоровой плитки; для создания мозаики, уникальных панелей, инкрустаций из натурального гранита и мрамора. Обычная и фигурная резка камней природного и искусственного происхождения.

Резка стекла — усиленного, композитного и плексигласового. Деревообработка — структурная или художественная резка твердых пород дерева (например, дуб) ДСП панели или ламинит. Резка различных пластмасс — создание сложных форм и компонентов. Инструментальное производство – изготовление деталей требующих высокой точности для станков и производственного оборудования. Пищевая и легкая промышленность — резка замороженных брикетов и упругих материалов может производиться только водой и без абразивных материалов.

Ванна станка

Несущие части станка выполнены из сталей не подвергающихся коррозии и могут легко быть поменяны в случае их поломки и выхода из строя. Для базирования, обрабатываемого материала, на несущие опоры закрепляют быстросъемные ребра, это дает возможность максимально защищать детали станка от воздействия гидроабразива.

Для защиты от образующейся пыли и шума в рабочей зоне, ванна станка оборудована системой быстрого наполнения и удаления воды, что позволяет выполнять резание материала, полностью погружённого в воду. Пыль которая образуется в результате работы станка, оседает в жидкости, при этом уровень шума при резании составляет не более 70 Дб.

Технология выполнения гидроабразивной резки

Операция по выполнению гидроабразивной резки заключается в обработке заготовки водяной струей под большим давлением с добавлением в воду режущего вещества в виде мелких частиц твердых горных пород. Для точного позиционирования режущей струи используется лазер и специальная направляющая головка, выполненная из прочного сплава.

Рис. 1 Рабочая операция резки материала под большим давлением на гидроабразивном станке.

Операция резки протекает под воздействием абразивной смеси за счет использования специального насоса, от характеристик которого зависит толщина реза и скорость обработки заготовки. Для управления процессом на станке устанавливается регулятор мощности, который позволяет изменять толщину и скорость реза заготовки. При обработке наиболее прочных материалов применяют трехкомпонентный наполнитель, менее прочных – двухкомпонентную смесь (вода + абразив).

Большую роль в технологическом процессе играет напор воды, который должен иметь рабочие параметры не менее 4700 кг/см2 и скорость до 1200 м/сек.

Для точного позиционирования струи используются специальные сопла, которые имеют различный диаметр выходного отверстия, что позволяет за счет смены головки регулировать толщину реза. Ресурс работы водяных сопел обычно составляет 60 — 100 час. по истечении, которого производится их замена.

Для приготовления абразивной смеси на станке установлена специальная смесительная камера, где производится смешивание различных компонентов согласно заданной программе.

Для автоматизации операций обработки используется блок автоматики, который регулирует операцию резки и скорость подачи режущего вещества, а также осуществляет компенсацию конусности за счет использования технологии Flow Dynamic Waterjet. Система автоматически производит регулировку позиционирования головки со сменой направления угла сопла.

Гидроабразивные станки используются для разделки материалов:

1. нержавеющей стали;
2. алюминия;
3. титана;
4. гранита;
5. мрамора;
6. углепластика;
7. стекла

с образованием ровного реза необходимой толщины.

Система приводов станка

Станок оснащен консольной конструкцией с приводом ременного типа для перемещения осей. Привод ременных передач прост в эксплуатации, легко заменяется при поломки и идеально приспособлен для обработки на станках гидроабразивной резки, так как устойчив к воздействию абразивного материала на подвижные части привода.

Для увеличения точности перемещения режущей головки на станок устанавливают линейные индуктивные датчики, что позволят достичь точности позиционирования ±0,001 мм. Перемещение происходит по направляющим линейного типа, что позволяет обеспечить высокую точность позиционирования, плавность хода и сокращение времени на перемещения.

Насос высокого давления

Одним из главных узлов гидроабразивной резки выступает насос высокого давления.

Система ЧПУ

Органом управления станка является система с числовым программным управлением.

Выносной пульт с маховиком

Для работы на станке удобным является использование маховика и выносного пульта. Это устройство позволяет выполнять поправку или настройку, максимально качественно и быстро.

Бак с абразивом

Устройство бака позволяет пополнять абразив даже во время работы гидроабразивного оборудования, что позволяет значительно сэкономить время.

Бак оснащен датчиками уровнем используемого материала.

Аппарат контролирования постоянного зазора струи резки

Этот аппарат при помощи специального датчика контролирует оптимальное расстояние между обрабатываемым материалом и соплом, в результате этого получается наиболее качественный рез и не позволяет столкнуться подающему смесь соплу с материалом, тот который мы обрабатываем.

Поворотная голова

Угол поворота головы позволяет поворачивать в 2-х плоскостях с наибольшим углом наклона до 65 градусов, что практически позволяет выполнить снятие фаски, изогнутую плоскость, и для компенсации конуса во время обработки. При обработке сложных плоскостей машина работает с 5-ю координатами.

Система сканирования материала

В процессе обработки деталей на станках гидроабразивной резки появляется проблема, связанная с неровной поверхностью обрабатываемого материала.

Для устранения этой проблемы, на оборудование возможна установка лазерной или ультразвуковой системы сканирования материала. Данная система производит сканирование материала перед обработкой с определенным интервалом, что предоставляет возможность поддерживать заданный зазор в процессе обработки материала и помогает обеспечить высокую точность обработки. При изготовлении маленьких деталей возможно сканирование только точек вреза.

Датчик контроля количества абразива

Контрольный датчик подачи абразива позволяет выполнить проверку подаваемого абразивного материала и количество во время обработки, что предполагает произвести рез без постоянного присутствия рабочего у станка, и даже остановить процесс обработки в результате попадания в режущую головку посторонних предметов или материалов, таких как остатки материала мешка или иной фракции. Спектр возможных значений задается оператором со стойки ЧПУ и в процессе обработки может быть изменён.

Устройство удаления абразива

На ГАО возможна установка системы для удаления отработанного материала и абразивных частиц, которая состоящая из насоса и бака отстойника. Характерной особенностью этой системы является использование мембранного насоса, который максимально прост в обслуживании и подходит для работы в агрессивной среде. Для простоты работы емкость для использованного абразива оснащена быстросъёмными разъёмами для присоединения шлангов и приспособлена для перемещения краном, тельфером или погрузчиком.

Устройство загрузки материала

Гидроабразивные оборудования оснащаются различными приспособлениями для загрузки обрабатываемого материала. Чаще всего применяются кран-балки с тельферами, с механическими или вакуумными захватами; гидравлические и пневматические подъёмные механизмы с регулируемыми рычагами, поддерживающими материал в наиболее важных точках.

Конструкция станка

устройство рабочей головки

Гидроабразивная резка представляет собой обработку твердых материалов плотностью около 2,5 т\кубометр с помощью смеси твердых частиц и воды по принципу эрозии. Режущая смесь подается на материал под мощным давлением, водным потоком малого диаметра через головку особой формы. Скорость обработки зависит от параметров материала.

Гидроабразивные станки с ЧПУ представляют собой комбинацию нескольких модулей, в том числе навесных:

• механизм подачи твердых частиц;
• стол в виде ванны;
• насос для воды повышенного давления;
• портал;
• подвижная головка;
• механизм распределения давления;
• емкость для абразивной смеси.

Дополнительно установка гидроабразивной резки оснащается повышающими точность системами автоматического измерения и управления.

Головки выполняются из искусственных минеральных веществ, они достаточно дороги и требуют периодической замены. Также подлежат замене трубки смешения из прочных металлов.

Обработка проводится на столе специальной конструкции.

У метода гидроабразивной резки есть множество преимуществ:

• при работе специализированного станка отходы минимальны;
• поверхности камня не придается ненужная шероховатость;
• металл не покрывается окалиной;
• обработка происходит при комнатной температуре, исключается перегрев материала;
• качество получаемых деталей высочайшее;
• возможны самые разнообразные виды гидроабразивной резки, в том числе имитирующие ручную резьбу;
• материал не деформируется;
• можно полностью снять лицевой слой с обрабатываемой детали или снять фаску;
• не выделяются вредные пары, газы, сажа;
• обрабатывать можно плиты толщиной более 15 см.

Оборудование гидроабразивной резки с ЧПУ работают в автоматическом режиме, ручной труд не применяется. Все обрабатываемые материалы полностью сохраняют свои первичные качества.

Функции гидроабразивных станков

Основной целью использования оборудования является высококачественная резка материалов, составление сложных контуров или художественных узоров.

Гидроабразивные машины нового поколения могут: разрезать при скорости до 15 м / мин., на угол до 90 градусов поворачивать режущий инструмент, поддерживает высоту режущей головки, подавать воду и контролировать скорость ее движения, работать в 4 раза быстрее из-за одновременной установки четырех независимых головок, компенсировать отставания потока и конуса при резке, и получения высокого результата, при обработки материала создавать фаску, абсолютно точно распределят абразив, выполнять работу с пультом дистанционного управления, при аварийном выключении электроэнергии заканчивать операцию, выполнение загруженной программы и быстро переключаться при изменении режима, контролировать цену реза.

Принципы выбора

Выбирая станки гидроабразивные, нужно учитывать следующие критерии:

• площадь рабочего стола, точностью позиционирования рабочего инструмента над его поверхностью;
• тип установленного водяного насоса, его системы охлаждения;
• точность дозирования абразивного материала;
• наличие системы очистки воды;
• тип установленного рабочего инструмента;
• объём бака для воды;
• способ управления — ручной или автоматизированный;
• возможность расширения функциональности;
• стоимость оборудования, наличие гарантии от производителя.

Преимущества и недостатки

Станки для гидроабразивной обработки обладают рядом преимуществ:

• резка заготовок различной толщины без деформирования или термического воздействия;
• минимальные потери материала за счёт малой толщины струи;
• эксплуатация оборудования в непрерывном режиме;
• высокое качество шва: гладкая ровная поверхность с минимальной шероховатостью;
• формирование сложных контуров резки;
• пакетная обработка тонколистовых материалов;
• высокая точность резки;
• при обработке деталь не подвергается механическим воздействиям, поэтому сохраняет прочностные свойства, структуру;
• не требуется применение традиционных рабочих инструментов при резке, требующих аккуратности в работе, частых обслуживаниях, восстановлениях;
• простота эксплуатации, ремонта, обслуживания;
• возможна резка любых металлов или сплавов;
• во время работы отсутствуют выделения вредных химических соединений.

Гидроабразивные станки имеют также и недостатки:

• высокая стоимость используемых абразивных составов;
• малая скорость резки тонколистового металла;
• небольшой ресурс работы режущей головки, а также комплектующих;
• при контактировании с водой железо и сплавы на его основе подвержены коррозионным процессам.

Точность гидроабразивной резки

Производители и стоимость

Станок гидроабразивной резки изготавливается такими известными компаниями: ALICO, Bystronic, Caretta Technology, OMAX, Resato. Для практически всех моделей доступны расходные материалы, комплектующие производства AccuStream, BHDT, Thueringer, UHDE.

Средние цены на оборудование следующие:

• настольные станки с ЧПУ — от 90 тыс. руб.;
• портальные промышленные установки с ЧПУ — от 2,5 млн. руб.;
• специальное оборудование с тремя рабочими инструментами — от 250 тыс. евро.

Достоинства гидроабразивных станков

Действенная работа со всеми материалами: непроницаемыми, хрупкими, вязкими, композитными, недоступность в зоне реза больших температур (максимум — 90ºС), вследствие этого сберегается конструкция материала, меньше отходов производства из-за точности раскроя при узкой части реза (всего 1 мм),кромка готового изделия гладкая, не нуждается в дальнейшей обработке, толщина разрезаемого листа достигает от 150 до 300 мм, не появляется пыль и ядовитые соединения, вредные для самочувствия человека, для увеличения производительности, возможно, резать сразу несколько листов в пачке, невысокое напряжение резания разрешает обойтись без зажима обрабатываемого листа, высочайшая скорость резки, быстрая по времени перенастройка оснащения под новую деталь.

Принцип работы станков.

Процесс работы станков осуществляется следующим образом, насос станка подает воду в сопло, давление, которого составляет от двух тысячи до семи тысяч ПА

В следствии образуется скоростная струя за счет струи происходит смывание частиц материала по линии реза, если дополнить водяную струю абразивом ее мощность увеличится в несколько раз в результате чего станок может разрезать заготовку толщиной 305 мм. Режущая кромка струи может двигаться в любом положении в зависимости от обработки заготовки.