Гидроабразивная резка материалов и насосное оборудование

Машиностроительная отрасль для изготовления металлоконструкций использует заготовки с разным профилем и различной толщины. И для их получения используются различные методы резки. Но стоит отметить, что для резки толстых листов, свыше 150 мм, термические методы не подходят.

На помощь приходит гидроабразивная резка. Принцип основан на природных явлениях, когда вода, капающая на камень, вызывает в нем эрозию. Всем известна поговорка: «Вода камень точит». В природе процесс протекает в течение длительного времени. Искусственно созданные условия позволяют раскраивать различные материалы в кратчайшие сроки.

Основным отличием гидроабразивной резки от других методов является то, что процесс протекает без нагревания кромки материала (не выше 90°С). Вода подается под высоким давлением 600 МПа и на выходе имеет скорость около 1000 м/с, которая превышает скорость звука в три раза.

Установка гидроабразивной резки

Конструкция установки включает в себя следующие узлы:

• корпус (станина);
• стол координатный, располагается в ванне с водой, которая гасит энергию водяной струи;
• емкость для воды, объем которой не менее 2 м³ ;
• насосная станция, повышающая давление;
• соединительные трубопроводы;
• емкость для абразива;
• система подачи и смешивания;
• резак;
• кожух защитный;
• система управления;
• система перемещения;
• система очистки воды.

Для улучшения качества водоподготовки некоторые конструкции дооснащаются фильтрами, смягчителями, удалителями соединений железа.

Гидроабразивная установка способна резать следующие материалы:

• металлы:
  • черные;
  • цветные;
  • жаропрочные стали;
  • нержавеющие стали;
• композиты;
• камни:
  • природные;
  • искусственные;
• керамику;
• все виды стекла;
• бетон;
• сотовые и пористые материалы;
• мягкие материалы:
  • кожа;
  • ткань;
  • картон;
  • пластмасса;
  • полиуретан.

Оборудование для гидроабразивной резки работает следующим образом:

• Заготовка из листового материала укладывается на стол. Стол состоит из несущих опор, выполненных из коррозионно-стойкой стали; быстросъемных ребер, которые меняются при износе.
• Ванна заполняется водой до тех пор, пока заготовка полностью не скроется под ней. Это обеспечивает защиту рабочей зоны от пыли и шума. Громкость снижается до 65 Дб.
• Насосная станция создает рабочее давление и подает воду по трубопроводам в рабочую зону, к резаку в смесительную камеру.
• Резак оборудован форсункой, размер сопла которой равен 0,1 мм — 0,4 мм .
• В смесительную камеру подается абразив. Используется гранатовый или кварцевый песок мелких фракций.
• Получившаяся рабочая смесь, гидроабразив, выходит наружу через отверстие размером 0,6 мм — 1,2 мм. Струя выбивает из материала его частицы и смывает в ванну. Высокая скорость струи и твердость абразива позволяют вести раскрой на высокой скорости.
• Координатный стол оборудован приводами, состоящими из линейного двигателя и ременной передачи. Стол перемещается в горизонтальной плоскости в двух координатах X и Y. Также предусмотрена вертикальная подача Z круговое вращение С и наклон резака А.
• Наклон резака на угол ± 45° предназначен для создания фаски и коррекции реза. Чем толще материал, тем сильнее струя отклоняется от вертикальной плоскости. Для получения перпендикулярной плоскости торца применяется коррекция положения режущей головки.

Типы насосов

Одним из основных узлов станка считается насосная станция — насос высокого давления. В зависимости от необходимого давления воды используются два типа насосов:

• плунжерные;
• мультипликаторные.

Плунжерный насос или роторный прямого действия поднимает давление рабочей жидкости до 400 — 415 МПа. Плунжер перемещается в закрытой камере, вытесняя воду. При достижении необходимого давления срабатывает выходной клапан, рабочая жидкость подается на исполнительный орган. После снижения давления клапан закрывается и цикл повторяется. Для снижения риска гидроударов и для обеспечения плавности хода в схему включается гидроаккумулятор.

Мультипликаторный насос создает давление 400−600 МПа. Достигается данный эффект путем воздействия невысокого давления (первичного) на поршень, который толкает плунжер, который создает давление, увеличенное в 20 кратном размере за счет изменения площадей. Подаваемое первичное усилие в 20 МПа на выходе уже имеет рабочее давление равное 400 МПа. Непрерывность потока жидкости мультипликаторных насосов обеспечивает прокачка воды в обоих направлениях. Насосы двухстороннего действия.

Гидроабразивный резак

Сам гидрорезак имеет несложную конструкцию, состоящую из 2 трубок для подвода воды и абразива, смесителя для приготовления водной суспензии, сопла, формирующего струю и защитного кожуха.

Сопло резака подвергается интенсивному износу 3−4 мкм в час. Поэтому в некоторых случаях его изготовляют из драгоценных камней: сапфира, рубина, алмаза. Для создания реактивной струи в сопле предусмотрено отверстие равное 0,4 мм. При увеличении диаметра отверстия в сопле требуется более мощный насос.

Кромки на сопле должны быть шлифованными. Если на ней есть мелкая неточность или неровность создается зона турбулентности, приводящая сопло к выходу из строя. Сопла, изготовленные из рубина или сапфира, работают до 200 часов, а алмазные значительно дольше.

Смешивание абразива с водой происходит за счет разряжения в камере при проходе через нее воды. Смешивающую трубку на входе изготавливают в виде конуса, а используемый материал — композитный карбид.

Резак имеет 2 степени подвижности, что позволяет резать криволинейные поверхности. Фокусировать положение режущей головки помогает система высоты подъема и защиты от столкновений.

Защита от столкновений — это датчик удара, закрепленный на защитном кожухе головки. При появлении неровности на раскраиваемом металле подается сигнал в систему управления, и гидрорез останавливается до устранения возникшего чп или перемещается в вертикальной плоскости, компенсируя неровность поверхности.

Для отслеживания координат резаки оснащаются системой оптического локатора. Это влагозащищенная миниатюрная видеокамера. Передаваемое изображение переводится в систему счисления и ведется координация точек, записанных в память программы.

Преимущества и недостатки холодной резки

Достоинства:

• незначительная температура не выжигает с торца химические элементы, тем самым свойства материала не меняются;
• ровная поверхность по резу;
• минимальные потери материала;
• раскрой различных материалов;
• возможность обработки деталей толщиной 300 мм и более;
• технологическая точность;
• чистота обработанной поверхности Ra 1.6;
• минимальное расстояние от торца листа 0,5 мм ;
• контур заготовки любой сложности;
• пакетная обработка листовых материалов;
• отсутствие больших механических нагрузок;
• экологичность;
• взрыво- и пожаробезопасность из-за отсутствия использования горючих газов;
• быстрая замена изношенных сопел;
• точность перемещений, погрешность 25 мкм.

Недостатки:

• дорогой процесс;
• невысокий ресурс работы сопел;
• необходимость использования коррозионно-стойких материалов.

Область применения насоса для гидроабразивной резки

Некоторые материалы не приемлют термической обработки, а механическая резка может испортить внешний вид. Поэтому гидрорезка может быть единственным способом получения заготовок.

Где показывает наибольшую эффективность данный метод:

• автомобилестроение;
• авиастроение;
• машиностроение;
• электроника;
• продукты питания;
• художественное творчество.

Ведущие производители

Известные производители оборудования для гидрорезки:

• Omax;
• Water Jet Sweden ;
• Alico;
• Resato;
• Flow;
• PTV;
• Bystronic .

Кроме иностранных производителей на российском рынке, присутствуют и отечественные производители, но они известны ограниченному кругу лиц.