Гидроабразивная резка металла как работает


Принцип гидрообразивной резки металла - как режут материал водяной струей, какое давление воды на железо должно быть в станке

12Ноя

Содержание статьи

  1. Сущность технологии
  2. Принцип работы гидроабразивной резки металла
  3. Область применения
  4. Оборудование для гидрорезки
  5. Возможности водной резки металла
  6. Управление
  7. Расходные материалы
  8. Преимущества гидроабразивной установки
  9. Недостатки гидроабразивной установки
  10. Цена гидрорезки

Гидроабразивная резка – это технология обработки металла, которая проводится с использованием воды и смеси абразива в роли рабочего инструмента. Причем жидкость подается под огромным давлением и с большой скоростью.

Сущность технологии

Заготовка из металлического листа кладется на рабочую поверхность. Она раскраивается по нужному формату. Места кроя подвергаются воздействию воды с добавлением абразивных частиц. Эти вещества взаимодействуют c поверхностью, разрушая ее. При этом необходимо поддерживать определенное давление, напор, который обеспечивает нужную скорость подачи жидкости и твердых частичек. Задача оборудования по этой технологии – отделить часть от целого. Мощность аппарата велика, но способности ограничиваются плотностью сплава и его толщиной.

Принцип работы гидроабразивной резки металла

Во время раскроя металлопроката происходят следующие процессы:

  • Двигатель приводит в движение насос, который создает водяную струю – она подается в смеситель из резервуара.
  • С другой стороны, одновременно с этим происходит подача абразива нужного количество и диаметра частиц.
  • Два элемента смешиваются до относительно однородной жидкости.
  • Смесь с высоким напором направляется на сопло, которое управляет наклоном и скоростью процесса.
  • Материал соприкасается с поверхностью заготовки, разрезая ее.

При этом происходит охлаждение металла.

Область применения

Распространенность метода объясняется большими возможностями аппарата. Его можно использовать фактически для любых природных и синтетических материалов. Не распространяется это только на алмаз и каленое стекло. Особенность (а вместе с тем и востребованность) – можно проводить обработку таких вещества, которые нельзя нагревать – они теряют, меняют свои физико-химические свойств или подвержены легкому воспламенению. А резка струёй воды происходит без изменения температурного режима. Таким образом, значительно расширяется спектр возможных работ. Чаще всего металлообработке подвергают:

  • нержавейку;
  • инструментальную сталь;
  • алюминий;
  • титан;
  • латунь.

Также разрезают указанным методом гранит, мрамор и прочие натуральные и искусственные камни. Применение станка возможно только в условиях цеха, налаженного производства. Видео покажет, где его применяют:

Оборудование для гидрорезки

Называют «непыльным». Действительно, стружки фактически нет, вернее, они сразу вымывается водой, получается очень ровный и чистый срез, который, в большинстве случаев, даже не требует шлифовки. Технологический процесс построен на природном явлении водоемов – эрозии, то есть способности размывать берега, при этом обтачивая камни, корни деревьев. Суть остается прежней, но чтобы многократно ускорить воздействие, в жидкость добавляют абразив.

Такая смесь выпускается струей очень высокого напора. Давление доходит до 6 тысяч атмосфер, при этом развивается скорость, которая в три раза превышает распространение звуковой волны в воздухе, – 800-1000 метров в секунду. Две основные задачи оборудования:

  • отрыв и вымывание частиц материала заготовки;
  • моментальное охлаждение и очищение.

Устройство станка, который режет водой

Классический аппарат имеет множество узлов:

  • корпус – обычно состоит из металла, как наиболее износостойкого и долговечного материала, благодаря нему, он достаточно массивный;
  • емкость для воды – крупная, обычно не меньше двух кубических литров, но может быть больше;
  • мощный насос – он выполняет важную функцию, нагнетает высокое давление и направляет жидкость из резервуара в место объединения двух компонентов;
  • прочные шланги – соединяют все узлы;
  • отсек для хранения и подачи абразивных частиц;
  • смеситель;
  • инструмент – он регулирует мощность струи, ее ширину, направление;
  • плоскость, на которой расположена заготовка и будет происходить работа;
  • блок управления.

Большинство станков оснащены ЧПУ, инженер только руководит процессом с помощью пульта, но не занимается резкой вручную. Это удобно – нет негативного воздействия на обслуживающего машину человека и при этом достигается отличная точность. Еще одно достоинство ЧПУ – возможность использования программ для автоматизированного проектирования, на которых можно создавать проект в формате, совместимым с блоком управления.

Особенности устройства основных узлов

Уникальность установки заключается во многих отличиях, начиная с рабочего стола. Вместо привычной плоскости здесь представлена ванна с неглубокими бортами. Она оснащена ребрами для захвата и фиксации заготовки, они быстро снимаются и накладываются. Также емкость быстро набирается жидкостью, а затем сливается. Постоянное нахождение металла в водной среде позволяет избавить производство от шума и пыли. Емкость, которая содержит абразивные частицы, легко вынимается, имеет функцию пополнения даже в ходе работы, а также оснащена датчиками, контролирующими количество смеси.

Очень важна система перемещения инструмента. Она поставлена на ремни, которые двигают резак по линейным плоскостям. используются именно ремешки, а не цепи, так как они более невосприимчивы к влаге, а также у нечаянному попаданию абразива. Дополнительное преимущество – их легко менять при износе. Подробнее об устройства посмотрим на видео:

Возможности водной резки металла

Многие способы применяются только для прямой распиловки, в то время как гидрорезка позволяет:

  • делать фигурный разрез;
  • не обрабатывать края;
  • обрабатывать листы (металлозаготовки) толщиной до 120 – 200 мм, в зависимости от типа стали;
  • подключить к автоматическому пульту управления трудный проект и фактически не участвовать в процессе, только контролировать;
  • разрезать окружности, трубы.

Сейчас активно пользуются технологией в различных сферах:

  • автомобилестроение и машиностроение в целом;
  • изготовление заготовок, деталей из материалов, которые не поддаются штамповке;
  • резка водой железа, утеплителей, стекловолокна, изоляторов, мрамора и прочих материалов;
  • художественная обработка.

Управление

Для эффективной работы станка необходим труд нескольких инженеров и операционистов. Проектировщик обязан создать проект в специальной компьютерной среде. Затем файл помещается в память устройства. Машина сама распределяет функции на остальные узлы. Сотрудник отвечает за достаточное количество расходных материалов, за запуск программы, контроль за выполнением и своевременное оповещение о поломке. Специалист по оборудованию обязан проводить техническое обследование (профилактическое), а также устранять неполадки.

Гидроабразивные станки с ЧПУ

Числовое программное управление позволяет осуществлять наиболее трудные детали с погрешностью в половину миллиметра. Производственный процес полность автоматизирован, он не требует постоянных команд, ему необходимо только однажды задать программу (выбрать из списка или ввести в память) и поставить запуск. Такое оборудование дорогостоящее, но более эффективное. Нет человеческого фактора, то есть минимизирован риск ошибок.

Как режут металл водой вручную

Менее популярные на производстве, зато теоретически возможны для изготовления в домашних условиях. Задача оператора – выбор угла резки, давления, напора и ширины струи. Работать с ним труднее, но, однажды научившись, специалист сможет делать очень эффективные простые формы. Точность остается высокой, но при этом набор функций относительно небольшой. Еще одно достоинство – цена значительно ниже, чем у оборудования с ЧПУ.

Расходные материалы

Основное сырье – это вода (чистая, прошедшая многоступенчатую фильтрацию, чтобы там не находилось примесей, которые могут вступить в реакцию с заготовкой) и абразивные частицы. Расход достаточно большой, при этом чем толще металл, тем больше расходников используется в секунду. Самое недорогой абразив – мелкий песок. Песчинки размером около 650 микрон эффективно справляются даже с тугоплавкими, высокопрочными сплавами. При этом имеют доступную стоимость. Также регулярно требуется проводить замену запчастей – трубок и шлангов, уплотнителей. Реже – мотора, резервуаров, сопел.

Какое давление нужно для резки металла водой под давлением

Минимальный напор – 1500 атмосфер, максимальный – 6000. Показатель настраивается в зависимости от плотности стали, от необходимой скорости работы. Делать это можно вручную или довериться умному блоку управления.

Преимущества гидроабразивной установки

Сейчас это один из наиболее эффективных и востребованных методов, благодаря своим достоинствам:

  • вода быстро нормализует температуру, это самый «холодный» способ металлообработки, что позволяет работать даже с веществами, чьи физические и химические свойства меняются от жара;
  • малые потери материала – стружки фактически нет, срез ровный и узкий;
  • хорошо для тонких листов, но можно и с более плотными – до 3 см;
  • нет необходимости финальной шлифовки, края очень ровные;
  • самая большая точность – 0,5 мм;
  • можно вырезать любые трудные детали;
  • есть возможность резать «пакетом», то есть в несколько слоев сразу, если заготовки достаточно тонкие;
  • очень высокая чистота работы – нет пыли, шума, газов;
  • пожарная безопасность полная;
  • отсутствие острого режущего инструмента, то есть его не нужно менять, точить.

Недостатки гидроабразивной установки

Есть и некоторые сложности, связанные со станком:

  • необходимо часто пополнять уровень абразива, которое имеет достаточно высокую стоимость;
  • при резке тонколистового металла скорость остается невысокой;
  • при воздействии воды и кислорода заготовка автоматически приобретает склонность к коррозии, то есть если не нанести слой защитного покрытия, то может вскоре появиться ржавчина.

Цена гидрорезки

Стоимость такого оборудования, а также его обслуживания, достаточно высока. Именно по этой причине метод используют в основном на крупных производствах – там все затраты компенсируются высококачественным итоговым продуктом. Ценник складывается из:

  • мощного насоса;
  • дорогостоящей системы ЧПУ;
  • сопла из искусственного алмаза.

В статье мы рассказали, как водой разрезать металл. В качестве завершения покажем несколько видео:

Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.

Как вода может прорезать сталь?

A waterjet - это инструмент, используемый в механических цехах для резки металлических деталей струей воды (очень) высокого давления. Как ни удивительно это звучит, если вода течет достаточно быстро, она действительно может разрезать металл.

Думайте о гидроабразивной машине как о чем-то, давление в струе мойки которой примерно в 30 раз превышает давление на местной мойке. Мощная мойка на автомойках - это повседневный пример того, как грязная пленка «срезается» с кузова, колес и шин автомобиля.

Объявление

Ключ к резке металла водой заключается в том, чтобы аэрозоль оставалась однородной. Гидравлические форсунки могут резать, потому что струя направляется через очень узкое сопло, украшенное драгоценными камнями, под очень высоким давлением, чтобы сохранить однородность струи. В отличие от резцов по металлу, гидроабразивная машина никогда не тускнеет и не перегревается.

Гидравлические форсунки низкого давления были впервые применены для добычи золота в Калифорнии в 1852 году. В начале 1900-х годов для очистки использовались струи пара и горячей воды.Гидроабразивная установка высокого давления использовалась в горнодобывающей промышленности в 1960-х годах, а около 10 лет назад промышленность начала использовать гидроабразивную машину для резки. Абразивные водяные струи (abrasivejets) были впервые применены в промышленности примерно в 1980 году.

Раньше пилой или другим механическим способом резки металла можно было резать только один кусок металла. Это было трудоемко и дорого. Гидроабразивная и абразивная резка с компьютерным управлением сегодня используются в промышленности для резки многих мягких и твердых материалов. Обычная водно-абразивная смесь покидает сопло со скоростью более 900 миль в час.Новейшие станки могут резать с точностью до двух тысячных дюйма и имеют скорость струи около 3 Маха.

Гидроабразивная резка:

  • Мрамор
  • Гранит
  • Камень
  • Металл
  • Пластик
  • Дерево
  • Нержавеющая сталь

Струя воды может разрезать «бутерброд» из разных материалов толщиной до четырех дюймов. Этот процесс без запаха, пыли и относительно без нагрева также позволяет разрезать что-нибудь толщиной до пяти тысячных дюйма.Крошечный струйный поток позволяет первому разрезу быть также и окончательной обработанной поверхностью. Этот единый процесс резки экономит материальные затраты и затраты на обработку. Например, инженер просто передает чертеж шестерни в цех резки на дискете или по электронной почте и получает готовую шестерню обратно.

Гидравлическая струя режет более мягкие материалы, а абразивная струя используется для более твердых материалов. Фактическая резка часто выполняется под водой, чтобы уменьшить разбрызгивание и шум. Используется более высокая скорость подачи, чтобы струя не прорезалась полностью.

Давление воды обычно составляет от 20 000 до 55 000 фунтов на квадратный дюйм (PSI). Вода нагнетается через отверстие (отверстие) в камне диаметром от 0,010 до 0,015 дюйма.

Водоструйная очистка может удалить кору с дерева на расстоянии 40 футов, если изменить химический состав простой воды, добавив SUPER-WATER®, доступную от Berkeley Chemical Research. SUPER-WATER® - это растворимый полимерный химикат, который действует как серия молекулярных спинных колонн или бетонных арматурных стержней, которые связывают отдельные молекулы воды вместе более структурированным образом, образуя когерентную струю.Представьте себе потенциал вырубки придорожных сорняков.

.

Руководство для инженера по гидроабразивной резке> ENGINEERING.com

Детали, вырезанные абразивной струей воды. (Изображения любезно предоставлены Jet Edge, Omax и Flow International.)

Невозможно приблизиться к духу инженерии, чем когда-то начиналась гидроабразивная резка.

«Я начал много лет назад, примерно в 71 году», - сказал доктор Джон Олсен, один из основоположников технологии гидроабразивной резки и в настоящее время вице-президент по операциям в Omax Abrasive Waterjets. «Я читал о некоторых экспериментах, проведенных в Англии и моем друге, и подумал, что было бы весело попробовать построить насос и что-нибудь вырезать.Это было что-то вроде закулисной операции; это было в моем гараже и в его гараже ».

Доктор Джон Олсен держит водомет с наклонной головкой и двумя линейными приводами. (Изображение любезно предоставлено Omax.)

Это может походить на многие истории, которые вы слышите о стартапах в Кремниевой долине сегодня, но связь между гидроабразивной обработкой и вычислительными технологиями гораздо глубже, как объяснил д-р Олсен:

«Как ни странно, одним из самых больших изменений, сделавших абразивные струи практичными, стало появление ПК.Струя - не очень жесткий инструмент - он изгибается повсюду, сужается и все такое. Чтобы изготавливать прецизионные детали, вам понадобится немало вычислительных мощностей, чтобы предсказать, какой будет форма струи, чтобы вы могли ее компенсировать. В то время нам сказали: «Никто и никогда не возьмёт ПК в производственном цеху. Разве это не смешно сегодня звучит? "

Основы Waterjet

Чистая и абразивная водоструйная обработка

Сопло для абразивной гидроабразивной резки. (Изображение любезно предоставлено Omax.)

В самом широком смысле термин «гидроабразивная резка» охватывает любой режущий инструмент, в котором используется струя воды под высоким давлением.Более конкретно, гидроабразивы можно разделить на подкатегории чистых и абразивных материалов.

Термин «чистая гидроабразивная резка» относится к режущим инструментам, которые используют только воду, в то время как термин «абразивная гидроабразивная струя» или иногда просто «абразивная струя» относится, как вы могли догадаться, к гидроабразивным станкам, в которых используется абразив для ускорения процесса резки.

Чистая водоструйная резка используется для резки более мягких материалов, включая прокладки, пену, продукты питания, бумагу, пластик и ковровые покрытия.

Абразивная гидроабразивная резка используется для резки более твердых материалов, таких как металл, керамика, камень, дерево и стекло.

Абразивы для гидроабразивной резки обычно изготавливаются из граната с размером зерна от 50 до 220 меш, хотя наиболее распространенным является 80. Многие гидроабразивные машины могут переключаться с чистой гидроабразивной резки на абразивную гидроабразивную резку, что делает их универсальными.

Материалы для гидроабразивной резки

Универсальность - одна из главных сильных сторон гидроабразивной технологии. Чтобы проиллюстрировать огромное количество материалов, которые можно разрезать с помощью гидроабразивной резки, Чип Бернхэм, вице-президент по глобальному маркетингу Flow International Corporation, представил список материалов в порядке скорости резки, от самой медленной до самой быстрой, для любой заданной постоянной толщины материала. :

Примерный список материалов, которые можно резать с помощью абразивной гидроабразивной резки, в порядке скорости резания от самой низкой до самой высокой.

Этот список ни в коем случае не является исчерпывающим, и на самом деле легче перечислить то, что не поддается гидроабразивной резке.

«Есть только несколько вещей, которые мне не удалось сократить за свою карьеру», - сказал Бернхэм.

«Одно из них - закаленное стекло - хотя некоторые люди до сих пор это делают, закаленное стекло необходимо повторно запечатать, потому что в нем есть напряжения, и когда вы режете его водяной струей, вы снимаете напряжение. Я вырезал красивые вещи из закаленного стекла и изумлял стеклодувов в первые годы использования гидроабразивной резки, чтобы на следующий день вернуться в лабораторию и найти миллион частей, потому что они разбились за ночь.”

Скотт Виртанен, региональный менеджер по продажам Jet Edge, также подчеркнул универсальность гидроабразивной резки: «Гидроабразивная резка будет практически одинаково работать практически с любым материалом. Так что универсальность гидроабразивной резки как по материалам, так и по толщине не имеет себе равных ».

Давление гидроабразивной резки

Если вы хоть немного пообщались с инженерами по гидроабразивной технологии, вы, вероятно, знакомы с давней темой споров: насколько важно давление?

Один из способов понять, какое огромное давление возникает при гидроабразивной резке, - это сравнить его с другими источниками воды с точки зрения максимальных фунтов на квадратный дюйм (psi).

Логарифмическая шкала для сравнения четырех источников воды с точки зрения верхних пределов давления.

Как видно из этого графика, давление может иметь огромное значение - например, между мытьем рук и их отрезанием. Но колебания давления в гидроабразивной струе намного меньше, обычно 60 000–90 000 фунтов на квадратный дюйм.

Некоторые инженеры утверждают, что более высокое давление является ключом к более быстрой резке, в то время как другие утверждают, что действительно важен КПД двигателя.

Чтобы встряхнуть обе стороны, давайте уделим время их аргументам.

90,000psi и 60,000psi

Сторонники 90k отмечают, что увеличение давления гидроабразивного насоса с 60 000 до 90 000 фунтов на квадратный дюйм увеличивает скорость потока, что, как они утверждают, увеличивает скорость резания на 50 процентов или более, в зависимости от области применения.

Flow Mach 4c Dynamic XD гидроабразивная резка углеродного волокна. (Изображение любезно предоставлено Flow International.)

Они также утверждают, что резка под давлением 90 000 фунтов на квадратный дюйм снижает расход абразива, поскольку каждая частица граната передает больше энергии.Наконец, предполагается, что более высокое рабочее давление при прошивке и резке уменьшает расслоение композитных материалов.

«Скорость резки напрямую зависит от мощности сопла», - сказал Бернхэм. «Итак, потребляемая мощность в лошадиных силах зависит от количества воды, выходящей из отверстия, и давления. Небольшое отверстие с низким давлением потребляет очень мало энергии и медленно режет. Напротив, отверстие большего размера с высоким давлением потребляет много энергии и быстрее режет. Количество воды и давление требуют лошадиных сил.”

Виртанен соглашается, заявляя, что если бы вы использовали одну и ту же комбинацию сопла, такое же количество абразива и тот же объем воды, 90 000 фунтов на квадратный дюйм все равно будут превосходить 60000 фунтов на квадратный дюйм каждый раз.

«Однако, - добавил он, - эта область может быть немного затемнена, если вы начнете смотреть на двойные режущие головки, использующие один насос. Например, насос-усилитель на 60 000 фунтов на квадратный дюйм при мощности 100 лошадиных сил будет производить два галлона в минуту. Насос мощностью 100 лошадиных сил при давлении 90 000 фунтов на квадратный дюйм выдает примерно 1.4 или 1,5 галлона в минуту. Таким образом, способность приводить в действие двойные режущие головки в этот момент ограничена для насоса мощностью 90 000 фунтов на квадратный дюйм из-за того, на что он способен ».

Гидроабразивная установка Mach 4c с двумя головками. (Изображение любезно предоставлено Flow International.)

Виртанен продолжил: «При 1,4 или 1,5 галлона в минуту с насосом мощностью 90 000 фунтов на кв. Дюйм, мощностью 100 лошадиных сил, вы можете работать с максимальным давлением через отверстия 0,011 дюйма. Насос мощностью 100 лошадиных сил и 60 000 фунтов на квадратный дюйм может работать через отверстия 0,015 дюйма. Таким образом, из-за этой разницы, обусловленной пропускной способностью каждого из насосов, вы можете резать с одинаковой скоростью с двумя головками.”

В ответ на эти утверждения сторонники 60k указывают, что если вы увеличиваете давление, вам нужно уменьшить размер сопла. Это основано на том факте, что мощность пропорциональна давлению, умноженному на объемный расход, как показано в формуле:

Мощность = кПВ

Сторонники 90k могут ответить, что сопло с более высоким давлением и меньшим объемом будет резать быстрее, потому что оно имеет более высокую удельную мощность (то есть такое же количество мощности на меньшей площади), но сторонники 60k отрицают, что это верно вне приложений чистой гидроабразивной резки. .

«Одна из серьезных проблем заключается в том, что если вы хотите прокачать 90 000, то вы застряли с усилителем, а система перекачки усилителя настолько неэффективна, что вы фактически получаете большую мощность резки при более низком давлении с помощью насоса с прямым приводом, - сказал Олсен. «Таким образом, эффективность превосходит давление».

Это поднимает важное различие в гидроабразивной струе и другую спорную тему: интенсификаторы и насосы с прямым приводом.

Водоструйные насосы: усилитель против прямого привода

Схема насоса гидроусилителя.(Изображение любезно предоставлено Jet Edge.)

В водоструйных насосах есть два основных типа насосов: с прямым приводом и с усилителем. В насосах с прямым приводом для перемещения плунжеров, создающих давление воды, используется коленчатый вал, тогда как в усилителях с гидроцилиндрами используются гидроцилиндры.

У каждого типа есть свои преимущества и недостатки, как объяснил Виртанен:

«Насосы с прямым приводом по своей природе имеют более простую конструкцию, но требуют значительно большего обслуживания, чем насос с усилителем. Поскольку они более просты в конструкции, они менее дороги для первоначальных вложений, но в долгосрочной перспективе насосы-интенсификаторы имеют значительно более низкую стоимость владения.”

Схема насоса с прямым приводом. (Изображение любезно предоставлено Jet Edge.)

Следовательно, если ваша основная задача - первоначальные вложения, тогда вам подойдет насос с прямым приводом. С другой стороны, если вы стремитесь к минимальным затратам на техническое обслуживание, лучше использовать насос-усилитель. Это иллюстрирует один из основных принципов производства: все сводится к вашему конкретному применению.

Стоимость гидроабразивной резки

Как и в случае с любой производственной технологией, существует несколько способов расчета стоимости гидроабразивной резки.Однако некоторые дают более точную оценку, чем другие. Например, попытка подсчитать затраты в долларах за час машинного времени проблематична, потому что гидроабразивы могут быть сконфигурированы с одной или несколькими режущими головками, что влияет на время резки.

Детали из толстого пенопласта, вырезанные с помощью гидроабразивной машины Flow Mach 4c Dynamic XD. (Изображение любезно предоставлено Flow International.)

Типичный ценовой диапазон для гидроабразивной машины с одной режущей головкой составляет приблизительно 100-135 долларов США в час, хотя дорогие детали могут работать до 2000 долларов США в час в зависимости от типа материала и толщины, а также геометрии детали.Эти же три фактора затрудняют расчет стоимости гидроабразивной резки в долларах на квадратный дюйм разрезаемого материала, поскольку все они способствуют увеличению времени резки.

Лучше всего рассчитывать стоимость гидроабразивной резки в долларах за деталь. Однако есть большой список факторов, которые используются в таких расчетах, в том числе:

  • Время, необходимое для программирования траектории инструмента
  • Опасность поломки хрупким материалом
  • Сколько раз нужно проткнуть материал
  • Стоимость расходных материалов
  • Время установки, разгрузки и обслуживания
  • Количество для заказа

Распространенные заблуждения о гидроабразивной резке

Режущая головка на обрабатывающем центре MAXIEM 1515 JetMachining.(Изображение любезно предоставлено Omax.)

«Когда они начинались, они были своего рода орудием последней надежды», - объяснил д-р Олсен. «Струя не была очень жестким и точным режущим инструментом, поэтому первые абразивные струи, скажем, в 80-х годах, использовались, если у вас не было абсолютно никакого другого способа резать материал. Затем вы возьмете абразивную струю и ожидаете получить очень неточный рез, почти как при кислородно-ацетиленовом горении. Поскольку гидроабразивная обработка началась с этого приложения, потребовалась долгая борьба за то, чтобы принять их в качестве точной техники обработки.”

Еще одно распространенное заблуждение о гидроабразивных станках связано с их способностью резать более толстые материалы, как объяснил Бернхэм: «Люди говорят, что вода и абразив не могут резать толстые [секции], но мы можем прорезать толщину более фута практически в любом обычном материале. Придется резать медленнее, но у него есть возможность резать толстые ".

Толстая стальная зубчатая передача с гидроабразивной резкой. (Изображение любезно предоставлено JetEdge.)

«У меня есть люди, которые экономят недели резки за счет черновой обработки материала толщиной 24 дюйма», - добавил Бернхэм.«Они черново обрабатывают его, а затем помещают на мельницу и, черновая обработка, экономят недели времени на измельчение, но это не обычное дело - большинство резки в наши дни составляет три дюйма или меньше».

Конечно, тот факт, что черновая обработка с помощью гидроабразивной резки позволяет сэкономить время, не означает, что это особенно быстрый метод резки по сравнению с плазменной или лазерной резкой.

«Многие клиенты ожидают, что они будут резать на той же скорости, что и лазер или плазма», - заметил Виртанен. «Гидроабразивная резка определенно медленнее, поэтому нельзя упускать из виду важность двух режущих головок или трех из четырех режущих головок.”

Это подводит нас к неизбежным сравнениям между гидроабразивной резкой и другими технологиями резки, включая лазерную, пламенную и плазменную резку. Несмотря на то, что каждый метод резки имеет свои преимущества и недостатки, гидроабразивной резке часто не уделяется должного внимания, несмотря на ее преимущества.

«Сейчас это начинает меняться, - сказал доктор Олсен, - но, по крайней мере, десять лет я бы сказал, что так было. Но он начинает меняться, потому что стал популярным и теперь используется в качестве первой операции практически для всего, что человек хотел бы сделать.Многие магазины используют водоструйную очистку таким образом ».

Так каковы преимущества гидроабразивной резки?

Преимущества гидроабразивной резки

Waterjet имеет два основных преимущества по сравнению с другими методами резки: универсальность и простота.

Его универсальность иллюстрируется огромным разнообразием материалов и толщин, которые можно разрезать с помощью гидроабразивной резки, но его простота лучше всего иллюстрируется сравнением гидроабразивной резки с лазерной, плазменной и газовой резкой.

Waterjet vs.Лазер

Лазерная резка.

При лазерной резке сфокусированный луч света используется для плавления, сжигания или испарения разрезаемого материала. Лазер может быть статическим, когда материал движется под ним, или он может двигаться по материалу, который остается на месте. В последнем случае требуется дополнительная оптика для компенсации изменений расстояния от излучающего конца лазера.

Хотя лазерная резка часто рассматривается как дополнение к гидроабразивной резке, и многие магазины используют обе технологии, последняя имеет некоторые явные преимущества перед первой.

«По сравнению с лазером, например, когда вы смотрите на титан, нержавеющую сталь или алюминий, есть ограниченные возможности по толщине. Я думаю, что максимальная толщина в целом составляет от полутора до полутора дюймов », - сказал Виртанен.

«Мы прорезали материал толщиной восемь или девять дюймов. Когда вы смотрите на возможности лазера, обычно понимаете, что есть трудности с обработкой отражающих материалов, таких как алюминий или любые желтые металлы, такие как бронза или медь », - добавил он.

Другими словами, материалы и толщина материалов, которые трудно или невозможно разрезать с помощью лазера, обычно не представляют особых трудностей для гидроабразивной резки. Эта способность резать толстые материалы - одна из причин, по которой гидроабразивная резка является популярным выбором для черновой обработки деталей, а обработка поверхности - другой.

«Самое прекрасное в черновой обработке с помощью гидроабразивной резки на мельнице - это то, что это чистая поверхность, прошедшая процесс эрозии», - сказал Бернхэм. «Если вы попытаетесь выполнить черновую резку с помощью плазмы или лазера, а затем закончите ее на фрезере, вы удаляете механически упрочненный и термоупрочненный материал.”

Это раскрывает одно из самых больших преимуществ гидроабразивной резки - отсутствие зон термического влияния (HAZ). Это проблема лазерной резки и другой конкурирующей технологии производства: плазменной резки.

Гидравлическая струя против плазмы

Плазменная резка.

Плазменная резка работает с электропроводящими материалами с использованием ускоренного потока газа, который превращается в плазму с помощью электрической дуги. Плазма плавит материал, двигаясь достаточно быстро, чтобы выдувать расплавленный металл из зоны резки.

Хотя плазменная резка обычно быстрее, чем гидроабразивная, она страдает, когда дело касается обработки поверхности.

«Плазма может превзойти гидроабразивную резку по скорости, но качество резки намного хуже», - сказал Виртанен. «Что касается качества кромок, допусков и дополнительных операций, которые требуются для плазменной резки, вы не увидите тех, которые используются для гидроабразивной резки».

ЗТВ делает вторичные операции плазменной (и лазерной) резки еще более проблематичными, поскольку ЗТВ может упрочнить поверхности и сделать их более хрупкими.Это, в свою очередь, затрудняет выполнение дополнительных операций, таких как нарезание резьбы или снятие фаски.

Еще одно преимущество гидроабразивной резки перед плазменной, в частности, заключается в способности резать материалы, которые трудно плавятся, например гранит, или материалы, разрушающиеся при плавлении, например ламинат.

Гидроабразивная резка против газовой резки

Газовая резка.

Газовая резка, которая используется только для чугуна и стали, включает нагрев металлов до высоких температур с последующим введением кислорода для плавления металла для резки.Нагретый металл реагирует на кислород и образует оксид железа, который имеет более низкую температуру плавления, чем сам металл.

Еще раз, основное преимущество гидроабразивной резки перед этой конкурирующей технологией резки - это ее способность резать не только железо и сталь. В отличие от газовой резки, при которой образуются зоны термического влияния, гидроабразивная резка не вызывает значительного нагрева разрезаемого материала. Несмотря на то, что во время прошивки он может нагреваться до 120 ° F (49 ° C), во время резки материал нагревается только на несколько градусов.

Гидроабразивная резка также более точна, чем газовая резка, и при первой резке остается почти пескоструйная обработка, которая значительно более гладкая, чем шероховатая кромка, полученная при газовой резке. Меньший пропил, получаемый с помощью гидроабразивной резки, является еще одним преимуществом, особенно при резке дорогих материалов.

Будущее Waterjet

Несмотря на универсальность и простоту, гидроабразивная резка остается относительно нишевой технологией резки. У такого положения вещей множество причин, но Бернхэм особо выделил одну:

«Какая резка из твердых материалов наиболее распространена? Это низкоуглеродистая сталь, которую можно резать все: плазменная резка, лазер, пуансоны, фрезы, фрезерные станки, пилы; резать низкоуглеродистую сталь может каждый.Переходя к листу, все еще многие процессы могут разрезать низкоуглеродистую сталь в листе. По сути, по мере того, как вы переходите от супер-распространенных материалов к более экзотическим материалам, и вы становитесь более толстыми, примерно до 30 см, вы попадаете в царство, где сияет гидроабразивная струя ».

Металлические шестерни, нарезанные гидроабразивом. (Изображение любезно предоставлено Flow International.)

Это говорит о том, что по мере того, как производители переходят на более экзотические материалы, спрос на гидроабразивную обработку будет расти. Итак, если вы хотите заняться гидроабразивной резкой, с чего начать?

«Самое важное - это сделать тестовые разрезы, чтобы убедиться, что он делает то, что вы думаете», - сказал доктор.- посоветовал Олсен. «Вы хотите знать, насколько точной получилась деталь. Подходит ли покрытие для моего применения? Как долго это займет?

«Эти вещи лучше всего известны по факту изготовления детали, которая указывает на то, какие детали вы собираетесь изготавливать. Есть много вещей, на которые стоит обратить внимание. Например, если вы делаете что-то из углеродного волокна и хотите его разрезать, вам нужно посмотреть и узнать о расслоении при пирсинге и найти способ его минимизировать », - заключил он.

Для получения дополнительной информации о гидроабразивной резке посетите сайт WaterJets.org или посетите веб-сайты Flow International, Jet Edge и OMAX.


Следуйте за Иэном Райтом на Twitter.

Создайте свой собственный опрос отзывов пользователей .

Гидроабразивная резка Плюсы и минусы

Имеет ли смысл абразивная гидроабразивная резка для 2-осевой резки металла?

Современная гидроабразивная резка уходит корнями в использование воды (хотя и при относительно низком давлении) для резки мягких материалов, таких как бумага и еда, начиная с 1930-х годов. Благодаря развитию технологий и оборудования высокого давления, сегодняшний абразивный метод позволяет производить точную резку металла.

Но имеет ли смысл гидроабразивная резка для двухкоординатной резки небольших металлических деталей? Оценка преимуществ и недостатков процесса имеет решающее значение для принятия решения о соответствии метода вашим потребностям.

Некоторые преимущества гидроабразивной резки

Водоструйная резка для резки металла с использованием воды под высоким давлением и гранулированного абразива, в первую очередь, гранатового порошка. Таким образом, гидроабразивная резка обычно используется для изготовления сложных форм по осям X / Y больших плоских листов металла или композитного материала.

Добавление абразива в сопло увеличивает режущую способность струи воды с высоким PSI. Это также позволяет использовать станок только с водой для позиционирования (или «быстрое»), а затем с абразивом для резки заготовки.

Абразивная гидроабразивная резка не выделяет тепла. Это означает, что с его помощью можно резать различные металлы, а также пластмассы и другие материалы без плавления, деформации или деформации. При необходимости метод допускает допуски до ± 0,005 дюйма (0,127 мм).

В зависимости от конечного использования разрезаемых деталей гидроабразивная резка металла также может обеспечить различное качество режущей кромки. Эти различия достигаются за счет изменения скорости процесса; более высокая скорость может использоваться, когда целью является разделение материала безотносительно к кромке среза.Однако там, где детали должны иметь жесткие допуски и более гладкую кромку, требуется более низкая скорость резания. Таким образом, качество кромки влияет на стоимость работы, а изготовление кромки более высокого качества требует больше времени.

Некоторые недостатки гидроабразивной резки

Как и в случае с лазерным лучом, струя гидроабразивной резки наиболее эффективна, когда она наиболее сконцентрирована. Но при прорезании трубки пустоты могут привести к диффузии потока, быстро теряя точность и режущую способность.

Точно так же скрученные или волокнистые материалы будут действовать как соты, а также могут «извиваться» в потоке, что приведет к плохому разрезанию. Кроме того, при резке волокнистого материала часть гидроабразивной струи «скользит» вокруг разрезаемого материала, вместо того, чтобы проходить через него и делать чистый разрез. Это может вызвать дефектный обрез, который часто называют острием.

Чтобы обеспечить оптимальную резку при гидроабразивной резке, правильная высота зазора - расстояние между выходным отверстием водоструйного сопла и заготовкой - составляет 1 мм (0.От 0394 дюйма) до 1,5 мм (0,0591 дюйма). Это непрактично с 3D-деталями, которые просто не допускают такой близости.

Более частым последствием является то, что для точных размеров пропил для гидроабразивной резки всегда имеет коническую форму. Этот конус может нанести серьезный ущерб допускам на точность, с коническими и цилиндрическими эффектами. В то время как современный станок для гидроабразивной резки компенсирует эти эффекты за счет «наклона» сопла, поверхность разреза может иметь узор изгиба, который вызывает наклон разреза.

Абразивные порошки, выпуск

Абразивная гидроабразивная резка металла требует, чтобы обрабатываемый металл был мягче, чем абразивный порошок, подаваемый в сопло как часть водоструйного потока.Так, например, хотя можно резать вольфрам с помощью гидроабразивной обработки с использованием порошка граната, это очень сложно, потому что вольфрам и гранат настолько близки по твердости по шкале Мооса.

При водоструйной абразивной струйной очистке граната со скоростью 60 000 фунтов на квадратный дюйм или более гранатовый порошок может сделать шероховатую поверхность или матировать поверхность любого окружающего открытого материала. Это помутнение может быть чисто косметическим - или функциональным, если оно влияет на чистоту поверхности и значение Ra материала.

При средней настройке гидроабразивной резки можно получить 2 фунта потраченной впустую абразивной мощности граната за каждую минуту резки. Конечно, количество отходов зависит от толщины реза, материала и других факторов. Но, как правило, то, на что требуется 15 минут, дает 30 фунтов абразивного гранатового мусора, смешанного с большим количеством воды. Это становится серьезной проблемой утилизации.

Кроме того, только около 5% используемого гранатового порошка фактически выполняет режущее действие; баланс - это лишь часть пути гидроабразивной струи.Исследования показали, что после выброса часть граната ломается. Это затрудняет переработку гранатового порошка для повторного использования; треснувший материал, хотя и не тусклый, не будет обеспечивать должного режущего действия.

Для гидроабразивной резки или нет?

Как и другие методы прецизионной резки металла, абразивная гидроабразивная резка имеет недостатки - проблемы, которые необходимо сопоставить с преимуществами. Однако другие методы могут быть лучшим выбором для таких приложений, как 2-осевая отсечка небольших прецизионных трубок, стержней и проволоки.

Принятие решения требует глубокого понимания вашего уникального приложения и его конкретных параметров, а также понимания других вариантов.

Чем отличается гидроабразивная резка от других методов точной резки металла? Продолжайте читать, чтобы узнать.

.

Основы процесса гидроабразивной резки

Основы процесса гидроабразивной резки

Самый универсальный процесс фигурной резки

  • Высочайшая точность резки практически любого материала
  • Можно комбинировать с плазмой или кислородным топливом на одной детали
  • Самый универсальный процесс резки

Для гидроабразивной резки используется струя воды сверхвысокого давления для удаления абразивных частиц. Абразив выполняет резку за счет механического пиления, оставляя гладкую и точную поверхность реза.

Waterjet - это самый универсальный процесс, поскольку он может резать практически любой материал. Ограничения касаются очень хрупких материалов, таких как закаленное стекло и некоторая керамика.

Водоструйная резка - это очень точный процесс резки. Он имеет узкую ширину пропила, что позволяет вырезать мелкие контуры и производить детали с высокими допусками. Однако это очень медленный и дорогостоящий процесс по сравнению с плазмой для большинства металлов.

Вот почему ESAB предлагает запатентованную комбинацию гидроабразивной и плазменной резки на одной машине.Эта опция позволяет вам воспользоваться преимуществами точности струи воды там, где вам нужна точность, а также получить выгоду от скорости и низкой стоимости плазмы там, где высокая точность не требуется. В результате вы сможете производить необходимые детали по значительно более низкой цене и за значительно меньшее время.

Принцип работы гидроабразивного насоса-усилителя

Процесс гидроабразивной резки начинается с насоса-усилителя, который создает давление воды сверхвысокого давления (до 90 000 фунтов на кв. Дюйм), необходимое для резки твердых материалов.

Насос-усилитель использует гидравлическую систему давления над водой. Мотор большой мощности приводит в движение гидравлический насос, создавая гидравлическое давление, которое приводит в действие поршень в цилиндре.

  1. Вход воды низкого давления
  2. Подкачивающий насос
  3. Фильтр для воды
  4. Клапаны обратные впускные
  5. Гидравлический насос
  6. Поршень усилителя
  7. Аккумулятор
  8. Клапан отключения воды
  9. Режущая головка
  10. Система дозирования абразива

Чистая вода всасывается через впускное отверстие для воды низкого давления (1) и нагнетается через впускной фильтр (3), а затем в усилитель через впускные обратные клапаны (4).Гидравлический насос (5) нагнетает гидравлическую жидкость и переключает давление вперед и назад между двумя сторонами гидравлического поршня (6), который, в свою очередь, нагнетает воду в усилителе. Вода под давлением выходит из усилителя в аккумулятор (7), что помогает сгладить колебания давления. Затем он течет по трубке высокого давления к режущей головке (9). Поток воды к режущей головке контролируется запорным клапаном (8), позволяя ЧПУ запускать и останавливать процесс резки в соответствующее время.В режущей головке (9) гранатовый абразив смешивается с водой под высоким давлением в смесительной камере. Поток граната контролируется системой дозирования абразива (10).

Как усилитель создает сверхвысокое давление

Гидравлическое давление увеличивается за счет того, что больший гидроцилиндр толкает меньший поршень в цилиндр, заполненный водой, создавая таким образом сверхвысокое давление воды. Таким образом, если размер гидроцилиндра в 20 раз превышает размер водяного цилиндра, то гидравлическое давление 3000 фунтов на квадратный дюйм увеличивается до давления воды 60000 фунтов на квадратный дюйм, или с соотношением 30: 1 давление воды 90 000 фунтов на квадратный дюйм.

Как работает гидроабразивная режущая головка

Вода под давлением подается к режущей головке по трубопроводу высокого давления или шлангу. На режущей головке вода под высоким давлением подается на отверстие с типичным диаметром от 0,005 до 0,020 дюйма. Это отверстие сделано из алмаза или сапфира, чтобы противостоять истиранию водой под высоким давлением. Отверстие определяет и создает струю воды, которая прорезает материал.

После выхода струи воды из отверстия в струю воды можно добавить абразив, чтобы она могла резать твердые материалы.При резке твердых материалов, включая сталь, нержавеющую сталь, алюминий, камень, дерево, пластик, стекло и т. Д., Именно абразив выполняет фактическую резку с использованием механической резки.

Абразив обычно представляет собой измельченный гранат, материал того же типа, который часто используется в качестве абразива для наждачной бумаги. В некоторых специальных приложениях используются другие типы абразивов.

При резке мягких материалов, таких как резина, кожа, ткань, бумага, картон, изоляция, поролон и т. Д., Резку выполняет струя воды под высоким давлением, и абразивные материалы не используются.

ЭСАБ производит станки для гидроабразивной резки Hydrocut с ЧПУ для больших и малых задач резки и может настроить станок в соответствии с вашими потребностями.

.

Смотрите также