Резка металла водой своими руками

Ежегодно металлургическими предприятиями мира выплавляются сотни тысяч тонн стали. Повышенные требования к качеству среза привели к появлению новых технологий обработки. Особенно если учитывать, что многие сплавы являются достаточно твердыми. Наиболее передовые технологии — это лазерная и резка водой металла (гидроабразивная). Суть последней мы и рассмотрим детально в данной статье.

Резка металла водой своими руками

Первые испытания

Еще в 30-х годах 20-го столетия американские и советские ученые озадачились данным вопросом. Толчком стало то, что необходимо было добиться высокой точности и скорости проведения работ.

Первые разработки начали проводиться в 50-х годах 20-го столетия инженерами США и СССР. В 1979 году стали использовать песок, который добавлялся в струю с водой, так и появилось понятие «гидроабразивная».

Ключевые требования — высокое давление и скорость подачи воды на обрабатываемую поверхность.

Уже в 1983 году было развернуто серийное производство оборудования для гидроабразивной резки (ГАР).

По сути, даже сегодня это один из самых идеальных инструментов для резки, так как не имеет износа и есть возможность регулирования диаметра струи. Таким методом можно работать с толщиной листа до 300 мм.

Это привело к тому, что резка водой металла стала активно применяться в авиастроении, машиностроении, камнеобработке и производстве бронетехники и космической промышленности.

Резка металла водой своими руками

В основе лежит принцип эрозионной обработки. Заключается он в том, что на обрабатываемый металл подается струя воды под высоким давлением с абразивными частицами. В результате этого происходит отрыв частиц обрабатываемого металла. Различные параметры, такие как скорость и глубина, регулируются с помощью диаметра струи и размера, а также расхода абразива.

Основной компонент системы — насос высокого давления (4 000 бар). Он сжимает воду и подает на специальное водяное сопло, за которым находится смесительная камера. Там происходит смешивание гранатового песка и воды.

Дальше смесь поступает в алмазное или же твердосплавное сопло, которое имеет диаметр до 1,2 мм. Из него со скоростью более 1 000 м/с гидроабразив попадает непосредственно на обрабатываемый металл.

Так и происходит резка металла водой, а сейчас идем дальше.

Об особенностях ГАР

Высокие режущие свойства удается получить благодаря наличию высокопрочного абразива.

При этом стабильный поток обеспечивается только в том случае, если частицы гранатового песка не превышают 30 % от сечения струи. Вода же по большей части выполняет исключительно транспортную функцию.

Размер абразива зависит и от требований, выдвигаемых к качеству реза. Чем они ниже, тем более крупные частицы допустимо использовать.

Когда выполняется резка водой металла, то крайне важно подобрать оптимальную твердость абразива. Показатель зависит от обрабатываемого материала. Чем он более твердый, тем жестче применяют песок.

Рекомендуют не использовать абразив твердостью менее 6,5 по шкале Мооса. В это же время стоит обратить внимание и на износ сопла. Чем жестче песок, тем быстрее оно подвергается износу.

Поэтому на данном этапе крайне важно провести теоретические расчеты и только потом приступать к работам.

Резка металла водой своими руками

Резка металла струей воды: преимущества

Ключевое достоинство такого метода заключается в том, что он позволяет добиться высокого качества реза, то есть получить необходимую шероховатость после обработки. Помимо этого, стоит выделить следующие преимущества:

  • исключена вероятность возникновения пожара или взрыва во время проведения обработки;
  • экологическая чистота процесса (не образуются газы во время резки);
  • не выгорают легированные добавки в обрабатываемом металле;
  • возможность обработки металла толщиной до 30 см;
  • низкая температура в зоне резки (90 градусов по Цельсию);
  • высокая эффективность за счет отсутствия холостого хода режущей головки.

Как вы видите, резка металла водой под давлением имеет ряд преимуществ перед другими методами. Это экологично, безопасно и эффективно. Современные станки позволяют даже обработку сразу нескольких листов за один ход, если это позволяет толщина. В целом же ГАР с каждым годом развивается все больше, поэтому и характеристики значительно улучшаются.

Резка металла водой своими руками

Вкратце о недостатках

Но идеальной данная система быть не может. Поэтому тут есть некоторые минусы. Во-первых, из-за высокой скорости подачи воды с абразивом и нешуточного давления процесс является довольно шумным, вблизи находится желательно только в берушах. Во-вторых, малая скорость обработки тонколистовой стали.

Но это если сравнивать с лазерными и плазменными технологиями. Кроме того, головка для резания изнашивается достаточно быстро. Это, в свою очередь, приводит к высоким эксплуатационным затратам. Поэтому любой станок для резки металла водой необходимо регулярно обслуживать и менять вышедшие из строя или износившиеся механизмы.

В противном случае эффективность работы и качество среза будут постепенно падать.

Оборудование в промышленности

Современные станки для профессионального использования позволяют обрабатывать нержавеющую сталь толщиной до 20 сантиметров. При этом не важны прочностные показатели и группа металлов.

Небольшой диаметр струи (1 мм) позволяет получать рез с очень высоким допуском.

Читайте также:  Мембранно вакуумный пресс своими руками

Если используется промышленный станок, то появляется возможность обработки камня и других твердых пород, таких как мрамор и др.

В настоящее время это один из наиболее эффективных и популярных методов резки стекла. ГАР работает как с тонким хрусталем, так и с пуленепробиваемым стеклом с точностью до микрона.

Сегодня станки ГАР применяются для изготовления прокладок, обработки пеноматериалов, таких как резина и пластик.

Но чтобы добиться оптимальных результатов, необходимо использовать современные электронные системы и различные сканеры.

Резка металла водой своими руками

Об особенностях конструкции

Для достижения необходимого результата в промышленности используют станки исключительно с ЧПУ. Поэтому процессом практически полностью управляет электроника. В состав профессионального станка входят различные системы. К примеру, управление оптимальным зазором.

Такая система обеспечивает лучшее расстояние между режущей головкой и обрабатываемым металлом для наибольшей точности в месте среза. Используется и датчик сканирования материала. Он нужен для того, чтобы просканировать металл на наличие неровностей.

Показания передаются на ЧПУ, в результате чего изменяется зазор.

Для автоматизации процесса в систему внедряют датчик контроля подачи абразива. Он регулирует количество гранатового песка. Кроме того, такая система останавливает работу в случае попадания в насос высокого давления сторонних элементов (мешковина, крупная фракция).

Все это должно работать как одно целое, и только при таком раскладе можно добиться оптимальных результатов. Современный промышленный станок стоит больших денег, поэтому требует регулярного обслуживания. Если его не выполнять, то он может полностью выйти из строя.

Резка металла водой своими руками

Резка металла водой своими руками

Вполне логично, что для единичного использования промышленное оборудование с ЧПУ никто закупать не будет. В этом случае очень выручают так называемые ручные станки. Они не имеют программного управления, поэтому все параметры резки задает оператор. Собственно, качество среза полностью зависит от квалификации специалиста.

При должном подходе можно добиться не худшего результата, нежели на профессиональном оборудовании. Ручные станки все же имеют свои преимущества. Они заключаются в низкой стоимости оборудования и возможности изготовить заготовку нужной геометрической формы под определённым углом своими силами.

Но для этого желательно полностью разобраться с управлением, и тогда резка водой металла будет вполне простым занятием.

Подведём итоги

В настоящее время самый популярный метод обработки — резка металла водой. Давление в этом случае очень высокое, о чем не нужно забывать.

Несоблюдение техники безопасности может привести к печальным последствиям. Обратите внимание еще и на то, что самостоятельно изготовить подобное оборудование не представляется возможным.

Обусловлено это тем, что детали должны быть очень высокого качества.

Резка металла водой своими руками

Ручной станок для домашнего использования наиболее оптимален. Он стоит не таких больших денег, как промышленный, но в это же время имеет гибкую настройку и позволяет владельцу сделать весьма качественный срез. Вполне возможно, что в скором времени резка металла под водой усовершенствуется и даже тут появится возможность применения такого принципа, как ГАР.

Гидроабразивная резка – любой материал поддастся!

Базируется данная технология на принципе влияния эрозионного плана абразивных твердых элементов и водяного направленного высокоскоростного потока на материал, подвергаемый резке.

 С точки зрения физики процесс обработки заключается в отрыве частиц материала из полости реза скоростной струей частиц, находящихся в твердой фазе.

Эффективность данной операции, а также стабильность ее протекания зависят от грамотного подобранных значений:

  • размера и расхода абразивных элементов;
  • расхода и давления воды.

Резка металла водой своими руками

При сжатии обычной воды под нагрузкой примерно 4 тысячи атмосфер и последующем ее пропускании через малое по сечению сопло (до 1 миллиметра), ее скорость в 3–4 раза превысит скорость звука.

Если направить такой поток сжатой воды на какую-либо поверхность, он будет представлять собой мощнейшее режущее приспособление.

А если еще дополнительно добавить в поток специально подобранные абразивы, он сможет без труда разрезать изделия из прочного металла толщиной от 10 и выше сантиметров.

Гидроабразивная резка своими руками ничем не отличается от процесса, предлагаемого в наши дни многими фирмами и предприятиями. Для обработки материала нужно приобрести специальное оборудование, которое функционирует по следующему принципу:

  • в режущую головку агрегата при помощи нагнетательного механизма подается вода под давлением от 1000 до 1600 атмосфер;
  • через дюзу малого сечения (от 0,08 до 0,5 мм) вода на сверхзвуковой либо близкой к ней скорости (около 1200 м/с) идет в устройство, где происходит ее смешивание с карбидами кремния, частицами электрокорунда или песка, иного материала с высокой твердостью;
  • из смесительного отсека, который имеет диаметр (внутренний) сопла, полученная смесь подается на материал и разрезает его.

Резка металла водой своими руками

Остаточная энергия режущего потока гасится 70–100-сантиметровым слоем воды. Стоит отметить, что в некоторых агрегатах для резки абразивный материал смешивается с водой не в отдельной камере, а непосредственно в трубке, откуда он поступает на обрабатываемое изделие. При обычной гидрорезке абразивных частичек нет, и вода сразу направляется на поверхность, которую планируется разрезать.

Читайте также:  Материал для изготовления мебели своими руками

Струя при описываемой технологии обретает свой разрушительный потенциал в основном за счет абразивных составляющих потока. А уже сугубо транспортная функция ложится на воду. Частицы абразива при этом по размеру подбираются таким образом, чтобы быть не более 10–30 процентов от показателя сечения струи. Именно при таких условиях гарантируется стабильный поток и высокий эффект обработки.

Резка металла водой своими руками

В тех случаях, когда требуется получить малую шероховатость поверхности реза, используют частицы размером от 75 до 100 мкм, в остальных – от 150 до 250 мкм. В целом же, «идеальный» показатель абразива высчитывают как разницу между внутренними сечениями трубки для смешивания агрегата и водяного сопла, разделенную на два.

Выбор твердости абразивных элементов производят с учетом твердости детали, которая подвергается обработке, и вида материала, из которого она сделана. Не рекомендуется применять абразивы твердостью менее 6,5 единиц по шкале Мооса. При этом следует помнить, что режущая головка и ее отдельные компоненты изнашиваются намного быстрее, если используется очень твердый абразив.

Резка металла водой своими руками

Интересующий нас вид резки дает возможность обрабатывать:

  • гранит, прочный камень, мрамор и аналогичные материалы;
  • металлические, стальные, алюминиевые листы;
  • армированные пластики;
  • используемые в космической и авиационной сфере титановые, композитные и алюминиевые сплавы, пластмассы с особо толстыми стенками;
  • деревянные изделия;
  • керамические конструкции;
  • любые стройматериалы, включая высокотвердую дорожную брусчатку, железобетон и бетон, блоки из гипсовых композиций;
  • изделия со специальными покрытиями;
  • бронированное и обычное стекло;
  • шестерни и аналогичные детали из металла.

Как правило, разные материалы режутся струей, содержащей определенные виды абразива:

  • армированный углеродными либо стеклянными волокнами пластик обрабатывают потоком с силикатным шлаком;
  • гранит, железобетон, стальные поверхности и прочие высокотвердые материалы – черным либо зеленым кремниевым карбидом, а также частицами электрокорунда;
  • сплавы на основе титана и высоколегированные стали – гранатовым песком.

Резка металла водой своими руками

Большую часть трубок для смешения воды и абразива выпускают из специальных сплавов, которые характеризуются высоким уровнем прочности.

Эксплуатироваться без замены они могут до 200 часов непрерывной работы. А сопла производят, как правило, из драгоценных камней – рубина, сапфира, алмаза.

Алмазные конструкции без проблем выдерживают до 1,5–2 тысяч часов использования, остальные рассчитаны на 150–200 часов.

К самым важным достоинствам процесса резки с применением струи воды и абразива относят:

  • отличное качество реза, обеспечивающее показатель 1,6 Ra (средняя величина шероховатости обработанной кромки материала);
  • абсолютная взрыво- и пожаробезопасность операции;
  • малые потери материалов при обработке;
  • отсутствие в легированных и высоколегированных сталях и сплавах на их основе явления выгорания легирующих добавок;
  • отсутствие выделений газов при резке, как следствие, экологическая «безупречность» процесса;
  • в зоне обработки нет термовоздействия (материал в данной области нагревается максимум до 90 градусов по Цельсию);
  • большой спектр толщин материалов, которые можно разрезать (до 30 сантиметров включительно);
  • высокая производительность (допускается упаковывать материалы небольшой толщины в общую связку и производить их разрезание за один проход потока);
  • нет пригорания и плавления металлов в прилегающей к зоне реза областях, как, впрочем, и непосредственно в месте обработки;
  • режущая головка делает минимум холостых ходов, что увеличивает общую эффективность применения технологии.

Резка металла водой своими руками

Описываемая резка признается оптимальной для изделий из меди, алюминия, латунных сплавов, которые имеют высокую теплопроводность. При других вариантах их обработки необходимо применять мощные нагревающие источники, что влечет за собой повышение стоимости работ. Даже лазерная резка медных и алюминиевых конструкций не так эффективна, как гидроабразивная.

Кроме того, такая обработка подходит для:

  • выполнения скосов на обрабатываемых изделиях;
  • резки объемных конструкций и высокоточного разрезания деталей по сложному контуру.

Резка металла водой своими руками

К недостаткам использования гидроабразивного оборудования относят:

  • обусловленный огромной скоростью высокий уровень шума во время работы агрегата;
  • малая (по сравнению с лазерной и плазменной технологиями) скорость резки тонколистовой стали;
  • недолговечность головки для резания и иных компонентов оборудования;
  • высокие затраты на эксплуатацию установки.

Резка металла водой своими руками

Время от времени достигнуть нужного свойства среза нереально даже средством плазменной резки, в связи с чем применяется оборудование для резки средством гидроабразивной струи.

Резка металла водой своими руками

В первый раз гидроабразивная резка металла была применена американской авиастроительной компанией, которая потом представила данные о том, что таковая разработка является наилучшим вариантом для обработки стали и иных тугоплавких металлов.

С тех пор водно-абразивный способ не перестает воспользоваться спросом в различных производственных сферах. Сейчас станки, назначение которых — обработка стали, труб и пр. гидроабразивной струей, весьма популярны.

Достоинства способа резки металла гидроабразивной струей

Оборудование, применяемое для резки металла средством гидроабразива, неподменно в работе с толстостенными заготовками. Лишь эти станки способны обеспечить высочайшее свойство полосы реза стали во время прокладки труб.

  • Опосля протачивания рабочего участка 200-мм железного листа на поверхности полосы реза стали нет ни окалин, ни заусениц.
  • Безупречное свойство среза в сочетании со щадящим температурным режимом — это еще не все плюсы, которыми наделена водно-абразивная разработка.
  • Высочайшая стоимость установок возмещается экономией на крепежных элементах и узлах, которые не необходимы даже при работе с тонкостенными заготовками.
Читайте также:  Как сделать клиромайзер своими руками

Резка металла водой своими руками

  1. Отсутствие дымовой завесы и пыли, также остальных противных причин – очередное из почти всех плюсов гидроабразивной резки.
  2. Кроме этого, нет надобности проводить подмену изношенного режущего инструмента и надзирать остроту резака, потому что, на самом деле, он отсутствует.
  3. Заместо него функцию режущего инструмента делает струя воды в сочетании с абразивными компонентами.

Процесс исходной и финальной гидроабразивной обработки среза производится в один шаг.

  • При всем этом скорость рабочего процесса проходит без замедлений, показатель скорости резки не снижается, даже если приходится обрабатывать толстостенные элементы, как, к примеру, во время прокладки труб.
  • Всепригодные свойства станков для резки металла разрешают на одной установке проводить одновременную обработку различных материалов — это быть может пластик, стекло, резина либо мультислойное изделие.
  • Гидроабразивные установки для резки металла различаются сохранностью эксплуатации, потому могут эксплуатироваться на заводах с возможным риском взрывоопасности.

Принцип деяния и применение гидроабразивных станков

Станки для обработки металла гидроабразивом всепригодны в применении, ведь их способности не завершаются на раскрое металлопроката. Принцип деяния водно-абразивных установок можно поглядеть на видео.

Основывается разработка на специально разработанной системе подачи воды под высочайшим давлением на обрабатываемую поверхность.

Вспомогательным компонентом воды является абразив, который добавляется в воду. Обычно в качестве абразивной добавки употребляют наночастицы песка.

Вода и песчинки сразу подаются в смеситель из отдельных резервуаров, где кропотливо перемешиваются. В итоге приобретенная взвесь под давлением попадает в сопло установки.

Потом рабочий водно-абразивный инструмент, в виде интенсивной с определенными параметрами струи, направляется на заготовку и разрезает ее.

В этом случае скорость гидроабразивной резки можно сопоставить разве что со скоростью работы плазмореза, а вот свойство выполненного таковым способом среза может соответствовать лишь качеству разрезания лазером.

Быстрое развитие современных технологий позволило усовершенствовать станки методом расширения их эксплуатационных способностей. По этому их сфера использования возросла.

На нынешний денек водно-абразивное оборудование дает возможность:

  • Проводить необычное разрезание хоть какого материала, при всем этом меняющийся наклон реза не сказывается негативно на качестве. Рабочий процесс, выполняемый под хоть каким углом наклона, дает возможность на выходе получить стопроцентно готовые заготовки и не подвергать их финальной обработке;
  • Вырезать детали самых сложных геометрических форм при помощи числового программного обеспечения. В этом случае обработка проходит стопроцентно в автоматическом режиме и не просит людского роли. Оборудование управляется специально данной компьютерной программкой. Гидроабразивная резка (к примеру, обработка труб) дозволяет выполнить подходящую окружность без допустимых погрешностей;
  • Станки для обработки металла (труб) гидроабразивом, применяемые в металлопрокате, дают возможность проводить разрезание наибольшей толщины различного металла, как показано в видео. Так, обработка заготовки из среднеуглеродистой стали может производиться с внедрением материала наибольшей толщины – 200 мм. Наибольшая толщина титанового материала может составлять 15-17 мм; прочные сплавы могут иметь толщину 12 мм. А вот толщина медной заготовки добивается только 5 мм;
  • Гидроабразивная разработка отыскала свое применение также и в сфере искусства. Оборудование дозволяет создавать различные предметы дизайна и декорации, почаще всего обработка фигур происходит с применением ЧПУ.

Индивидуальности эксплуатации установок с ЧПУ

  1. Гидроабразивное оборудование с компьютерным программным управлением — одна из способностей расширить сферу использования станков, повысить эффективность работ и при всем этом прирастить производительность.
  2. Больше подробностей можно почерпнуть из ниже предложенной инфы и видео сюжета.
  3. Станки с ЧПУ используются для производства заготовок из стали, дюралевых, медных и остального типа металлов.
  4. Строгая точность резки, которую обеспечивает водно-абразивное оборудование с ЧПУ, фактически не имеет отклонений от намеченных целей.
  5. Гидроабразивные установки с программным управлением, дают последующие достоинства:
  • Станки, оборудованные ЧПУ, работают в согласовании с данной программкой. При всем этом обработка каждой заготовки производится по персональному программному обеспечению. С его помощью автоматом подбирается давление струи, состав рабочей режущей взвеси и остальные характеристики;
  • Если на станках без ЧПУ подбор режущей струи быть может избран некорректно, то в данной ситуации этот момент исключается. Оборудование без помощи других контролирует свойство среза, потом автоматом изменяет применяемый режим;
  • Обработка металлов при помощи программного обеспечения также предугадывает возможность проделывания отверстий подходящего поперечника;
  • Как можно судить по видео материалу, по окончанию гидроабразивного процесса из заготовки выходит стопроцентно готовая деталь, которую нет необходимости подвергать шлифовке либо доборной обработке, в местах среза.
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector