Гидроабразивная резка металла

Технология гидроабразивной резки

Резка металла пропан-кислородным пламенем является дешевым и простым способом обработки и создания металлических элементов из листов стали различной толщины. Но это не всегда применимо. Если материал плохо плавится от температуры факела горелки, или не поддается горению вообще, а также в случае слишком толстых изделий, то используется гидроабразивная резка металла. В чем суть и преимущества данного метода? Какое применяется оборудование, и что входит в основные параметры настройки?

hqdefault (1)

За счет чего выполняется резка

В специальных аппаратах давление воды нагнетается до показателей в несколько тысяч атмосфер. Затем, жидкость подается через ультра тонкое сопло, благодаря чему ударная сила струи возрастает. Таким тонким потоком можно разделять дерево, кожу, пластик. Называется это гидрорезка.

В сочетании с этой технологией, используется более длинное сопло, имеющее внутри смесительную камеру и дополнительный подвод для подачи абразивного материала. Жидкость под давлением здесь играет второстепенную роль, являясь переносчиком твердых частиц. Последние, врезаясь на высокой скорости в основной материал, пронизывают его насквозь, рассекая элементы изделия под углом, заданным соплом. Это называется гидроабразивная резка. Количество и масса абразива зависит от толщины и вида обрабатываемого материала, и настраивается индивидуально для каждой работы.

Преимущества метода

Разрезание материалов при помощи струи воды и твердофазных частиц имеет несколько преимуществ:

  • возможность разделывать любые виды твердой материи (включая: сталь, бетон, титан, брусчатку, мрамор, стекло, дерево, керамику);
  • тонкость реза;
  • способность вырезать произвольные формы на изделии (круги, трапеции, ромбы, арки и т. д.);
  • отсутствие деформаций, которые возникают при работе с пропан-кислородным пламенем;
  • высокое качество реза (ровные края без наплывов, нет сильной ребристости на боковых сторонах изделия);
  • возможность проводить работы на материалах, чувствительных к высоким температурам (ламинат и др.);
  • экологическая чистота всех происходящих действий, не вредящая здоровью рабочего и окружающей среде;
  • отсутствие пожарной опасности.

Применяемое оборудование

Для осуществления гидроабразивной резки, как можно рассмотреть на видео, используется аппарат и рабочее основание, рассчитанное на расположение изделия и прием отработанной жидкости. В состав оборудование входит насос, который нагнетает высокое давление, от 1000 до 5000 атмосфер.

По коммуникациям вода переходит в режущую головку. Внутри последней находится сквозное отверстие, диаметром 0,08 до 0,5 мм. При прохождении жидкости под таким давлением через узкий канал ее скорость возрастает до 1000 м/с. На выходе из этого отверстия расположена смесительная камера, куда по другой трубке подается абразив. Это могут быть частицы кремния, гранатовый песок, или элементы синтезированного синтетического корунда. Смесь выходит из камеры через расширенное сопло 0,5 — 1,5 мм. Благодаря высокой твердости и скорости, эта струя способна разделять любые материалы, толщиной до 300 мм.

Сопло имеет защитный кожух снаружи, сохраняющий целостность конструкции. Внутренние частицы передвигаются в смесительной камере по спирали. Такая траектория не позволяет им повредить стенки самого оборудования.

На рабочем основании располагается обрабатываемое изделие. При необходимости его края фиксируются во избежание смещения. Пронизывающая струя воды сохраняет свою силу и после прохождения толщины материала, поэтому для ее гашения используется емкость с жидкостью, располагающаяся под изделием. Толщина воды в емкости может быть до 800 мм.

Сопла, взаимодействующие со струей, должны быть особо прочными, поэтому их производят из сапфира или алмаза. Последние могут служить до 2000 часов эксплуатации, но это зависит от твердости используемого абразива.

Настраиваемые параметры

Чтобы производить гидроабразивную резку металлов, необходимо правильно подобрать параметры и режимы ведения работ. На процесс влияют следующие факторы:

  • скорость резки;
  • нагнетаемое насосами давление;
  • толщина и структура обрабатываемого материала;
  • концентрация абразивных частиц в смеси;
  • тип твердых веществ;
  • размер истирающих твердофазных элементов;
  • диаметр сопла и трубки.

Оптимальным соотношением параметров между отверстием в сопле головки и подающей трубки для входа в смесительную камеру достигается экономное расходование твердотельных частиц. Данные указаны в таблице.

Расход частиц, г/мин Диаметр отверстия головки, мм Диаметр подающей трубки (внутренний), мм
260-360 0.25 0.76
500-650 0.36 1.02
800-1100 0.46 1.27

Виды абразива

В зависимости от разрезаемого материала подбирается и состав твердофазных элементов, наиболее подходящий под истирание основного полотна на высокой скорости. Гранатовый песок, состоящий из корунда, оксида железа и кварцевого песка, является оптимальным при разделывании высоколегированных сталей, а также их сплавов с титаном.

Мелкие фракции силикатного шлака служат для быстрой резки пластика, углеродного волокна, и стекла с армированными вставками. Электрокорунд хорошо подходит для работы с: алюминием, титаном, железобетоном, углеродистыми сталями и гранитом. В резке этих материалов активно применяют и гранулы кремния. Кварцевый песок используется преимущественно для разрезания стекла.

Скорость резки

Чтобы края разрезаемого материала имели ровные линии и минимальную ребристость, важно правильно устанавливать скорость гидроабразивной резки, которая заключается во времени ведения головки аппарата над поверхностью. Этот параметр задается исходя из видов и структуры изделия, его толщины, и применяемого абразива. Главным визуальным показателем будет прорезанная кромка с углом в 90 градусов с каждой стороны. Это означает абсолютно ровный рез.

Если же ширина на верхней части поверхности больше, чем на нижней, то разрез примет форму конуса. Это послужит сигналом для снижения скорости, иначе придется затратить больше времени на последующую обработку изделия. При работе с толстыми материалами (от 30 мм), появляется сферообразная форма реза, имеющая тонкий вход и выход, и расширяющуюся среднюю часть. Это происходит за счет увеличенного времени преодоления толстой стенки, вследствие чего абразив успевает выбить больше внутреннего материала. Здесь ничего сделать уже нельзя.

Зависимость скорости реза от толщины стенки приводится в таблице. Условное давление установлено в 4000 атмосфер, а диаметр сопла 0,25. Значение скорости приведено в м/ч.

Материал Толщина изделия, 5 мм 10 мм 20 мм 50 мм 100 мм
Стекло 272.75 148.6 67.9 19.6 7.25
Нержавейка 52.6 28.55 13.02 3.83 1.45
Углепластик 247.1 134.6 61.75 17.7 6.5
Титан 68.45 37.1 16.97 4.98 1.85
Алюминий 142.1 77.3 35.3 10.1 3.7
Мрамор 295.1 160.7 73.4 21.25 7.7
Гранит 251.3 137.2 62.75 18 6.5

Несмотря на хорошие показатели, гидроабразивная резка все же отстает от плазменной и лазерной. Этот метод отличается и многочисленными расходами по заменам комплектующих (сопла и трубки истираются, уплотнители под высокое давление изнашиваются), а также затратен по воде, электроэнергии и твердым веществам. При работе аппаратом стоит громкий шум. Но благодаря взаимодействию с любыми материалами и небольшому нагреву поверхности (около 70 градусов) гидроабразивная резка и дальше широко используется на предприятиях.

Понравилась статья ?
125 голосов
Поделись с друзьями
0
0
1
Похожие публикации
Комментарии
Макс 03/06/2017
Да, в свое время про это много слышал, особенно на занятиях в техникуме и у меня это просто не укладывалось в голове, что вода режет метал и так четко заданным параметрам.
Оставьте комментарий
Форма защищена с попомщью google invisible reCaptcha.