Гидроабразивная резка: преимущества и особенности технологии

О чем речь? Гидроабразивная резка – альтернатива лазерной и плазменной технологий, обладающая рядом преимуществ: экологичностью, отсутствием тепловой деформации заготовки, большим количеством доступных для обработки материалов.

На что обратить внимание? Есть у гидроабразивной резки и недостатки: скорость реза ниже, чем у лазера (при определенных условиях), сам разрез получается конусным из-за разницы скорости струи на входе и выходе, а также малый ресурс расходных элементов оборудования.

Технология гидроабразивной резки

Гидравлическая резка – технология, суть которой заключается в разъединении материала под действием узкого потока воды, подаваемой под высоким давлением. Для того чтобы процесс протекал более интенсивно, к нему подключают подачу в рабочую зону мелкодисперсной абразивной среды.

Суспензия готовится с добавлением абразивных материалов искусственного или естественного происхождения. Такой метод называют гидроабразивной резкой. Крайне жесткая струя, образующаяся при соединении двух потоков, воздействует на обрабатываемую заготовку, соприкасаясь с ее поверхностью на чрезвычайно высокой скорости.

Это позволяет создать локальную нагрузку, которая выше предела прочности разрезаемого материала. Перемещение инструментальной головки позволяет вырезать детали сложной геометрии. Данный способ отличают высокое качество обработки краев и точность.

Основные рабочие характеристики водной суспензии абразива, применяемой для гидроабразивной резки металлических заготовок:

• давление – от 2 000 до 5 000 атмосфер в зависимости от толщины металла;
• скорость потока – от 1 000 до 1 200 м/с;
• расход абразива – до 50 г/с;
• средний размер зерна – от 100 до 600 микрон (чем больше зернистость, тем ниже точность обработки);
• расход воды – до 4 000 мл/мин.

Приведем последовательность действий при гидроабразивной резке металла. Обрабатываемая заготовка помещается в емкость с водой, позиционируется по отношению к рабочей части инструмента и закрепляется. На станках с числовым программным управлением эта операция автоматизирована, в остальных случаях она выполняется вручную.

Затем в воду опускается рабочая часть установки. В проходящую через головку под большим давлением жидкость подается абразивный материал. После смешивания общий поток покидает смеситель через второе сопло и направляется на обрабатываемую заготовку. Инструмент приближается к поверхности (на станках с ЧПУ сближением управляет программа).

Струя рабочей жидкости под высоким давлением воздействует на деталь, равномерно разрушая металл. Частички абразива теряют скорость, и вода увлекает их в ванну. Специальный насос откачивает жидкость, из которой затем выделяется твердое вещество, после высушивания оно используется повторно.

Емкость ванн для гидроабразивной резки металла позволяет выполнять обработку заготовок с применением высокоскоростного потока суспензии в непрерывном режиме. В установках ГАР (сокращенное обозначение гидроабразивных станков) емкость предназначена для:

• снижения уровня шума при резке (от 78 до 80 дБ против шумности от 130 до 140 дБ при обработке без использования ванны с водой);
• предотвращения запыления рабочей зоны.

Сферы применения гидроабразивной резки

Гидроабразивная резка широко применяется и показывает высокую эффективность:

• При обработке заготовок из диэлектрических или проводящих электрический ток материалов (цветных металлов, медных сплавов). Электропроводность последних делает невозможным применение электродуговой или лазерной резки.
• При разрезании металлических заготовок толщиной от 250 до 300 мм (плазменно-дуговая резка в этом случае неприменима из-за оплавления краев).
• В случаях, когда необходима высокая точность обработки. Правильно подобранные параметры резки позволяют добиться шероховатости кромок в диапазоне от Ra 0 до Ra 1,25 (это значительно лучше показателей, достигаемых при применении любых других высокоэнергетических технологий).
• Если необходимо избежать деформации готовых деталей, которая практически всегда имеет место при использовании любых термических методов резки металла.

Применяя данную технологию, необходимо принимать во внимание ряд моментов. Например, обработка заготовок толщиной от 5 до 10 мм из токопроводящих материалов затрудняется тем, что струи, вырабатываемой гидроабразивным станком, недостаточно для эффективной резки.

Процесс сопровождается большими затратами энергии, в то время как производительность сравнима с применением плазменно-дугового или лазерного методов. Использовать установку в этих случаях можно, но для этого необходимо отключить подачу абразива. При резке водяной струей металл не перегревается, а значит, не образуется окалина, не оплавляются края и не возникает других проблем, свойственных любым термическим способам резки.

Плюсы и минусы гидроабразивной резки

Специалисты отмечают следующие неоспоримые преимущества гидроабразивной резки, делающие ее применение более предпочтительным, чем с помощью лазера или ленточных пил по металлу:

• Универсальность технологии, которая применима для обработки практически любых материалов. Лазерные или ленточнопильные станки имеют ограниченную сферу использования. Гидроабразивные установки употребляются для резки металлов (в том числе титана), камня, резины, стекла, кожи, бумаги, полимерных материалов и т. д. Обрабатываемые детали могут иметь любую толщину. Если речь идет о металлических сплавах или камне, она может составлять несколько десятков сантиметров (правда, на разрезание толстых заготовок может уйти больше времени).
• Обрабатываемые материалы не перегреваются так, как это нередко происходит на лазерных или ленточнопильных станках, применение которых сопровождается оплавлением краев. Наплавленный металл приходится удалять с помощью шлифовки, что ведет к удорожанию производства готовых изделий и снижению производительности. Струя воды, помимо самой резки, играет роль охладителя. Это позволяет получать детали, кромка которых не нуждается в дополнительных процедурах.
• Экономическая эффективность гидроабразивной технологии, обусловленная тем, что из сопла выходит тончайшая струя абразивной суспензии или воды, что позволяет существенно уменьшить расход материала. При раскрое листовых заготовок вырезаемые детали можно располагать практически вплотную друг к другу, а обработка не сопровождается образованием больших количеств металлической стружки, что также приводит к заметной экономии.
• Экономическая эффективность и универсальность технологии сочетаются с экологичностью. Резка выполняется без выделения в окружающую среду вредных газов, что делает гидроабразивную обработку безопасной для людей, животных и растений.

Однако у данной технологии есть и недостатки, из которых стоит упомянуть:

• Конусность. Ослабевание потока при прохождении через материал при резке приводит к тому, что ширина зазора между краями уменьшается. Для минимизации этого эффекта обычно снижают скорость движения инструмента.
• Изнашивание рабочих частей механизма, на интенсивность которого влияют давление и количество абразивного материала в суспензии. Вышедшие из строя сопла подлежат замене. Новые детали для гидроабразивного оборудования можно приобрести в любом специализированном магазине.
• Относительно низкая скорость резки тонколистовых заготовок. По этому показателю данная технология уступает лазерной.

Оборудование для гидроабразивной резки

Станки для гидроабразивной резки выпускаются в различных модификациях: от станков с числовым программным управлением и небольших установок со столом для раскроя листовых материалов до больших линий, сравнимых размерами с прокатными станами.

Независимо от разновидностей и размеров все станки для гидроабразивной резки металла оснащаются:

• корпусом в виде ванны для воды, которая улавливает поток рабочей жидкости, поглощающей избыточную энергию, а также снижает уровень шума и запыленности рабочей зоны;
• координатным столом с сервомоторами, перемещающими режущую головку;
• насосом высокого давления с трубопроводами;
• пультом управления.

Функционал современных станков с ЧПУ для гидроабразивной резки позволяет выполнять различные виды высокоточной резки металлических заготовок под разными углами. Это может быть 2D-, 2,5D- и 3D-обработка, в том числе художественная.

Рабочая часть станка для гидроабразивной резки представляет собой технологически сложное устройство с относительно простым принципом действия. Давление жидкости создается плунжерным или поршневым насосом, передающим его по трубопроводам в режущую головку, оборудованную смесителем, в котором в воду добавляется заданное количество абразивного материала.

Затем получившаяся суспензия направляется во второе сопло для формирования режущей струи. Последняя на выходе из дюзы имеет скорость приблизительно втрое больше скорости звука.

При расчете диаметров смесителя и дюзы учитываются мощность насоса и характеристики конкретного абразивного вещества, в качестве которого чаще всего используется альмандин – разновидность граната в виде песка. Кристаллы данного минерала имеют чрезвычайно высокую жесткость и плотность от 4,1 до 4,3 г/см³, что делает его оптимальным абразивом для резки металла. Также важное его достоинство состоит в доступности, так как он в больших количествах добывается из залежей, расположенных главным образом в Юго-Восточной Азии и в Австралии.

Для изготовления основных расходных частей – сопел и фокусирующих трубок – используются искусственные материалы чрезвычайно высокой прочности (синтетические алмазы, сапфиры, рубины и кристаллы корунда).

К примеру, сапфировые фокусирующие трубки служат в среднем около 60 часов. Если эти детали изготавливаются из искусственных кристаллов алмаза, срок их эксплуатации намного больше, однако применение ограничено ввиду крайне высокой стоимости (цена в 20 раз больше, чем синтетического наносапфира). Керамокарбид, который применяется в производстве дюз, обеспечивает продолжительность службы до 120 часов (приблизительно на 1/5 дольше аналогов из прочих материалов).

Факторы, влияющие на стоимость гидроабразивной резки

Качество гидроабразивной обработки металлических заготовок во многом зависит от подготовительных работ, в ходе которых выполняется тщательное просеивание песка.

Сам технологический процесс должен быть отточен до мельчайших деталей, а оператору необходимы соответствующий опыт и навыки. Этим объясняется востребованность таких специалистов и высокий уровень оплаты их труда.

На стоимости гидроабразивной обработки металлических заготовок сказывается влияние ряда факторов, среди которых необходимо упомянуть:

• характер резки;
• уровень требований к качеству обработки готовых деталей;
• технические характеристики оборудования, посредством которого выполняется гидроабразивная резка металла.

Цена готовых изделий определяется сложностью выполняемой работы. Прямолинейные резы стоят дешевле, чем изготовление деталей сложной конфигурации. Стоимость гидроабразивной резки металлических заготовок также определяется качеством получаемой поверхности краев – если они требуют дополнительной слесарной обработки, это ведет к дополнительным затратам.

Себестоимость резки в значительной степени зависит от цены используемого абразива (стоимость гранатового песка, например, у разных поставщиков составляет от 55 до 60 тысяч рублей за тонну). Расход абразивного материала нередко достигает 25 кг/ч. Его повторное применение позволяет добиться существенной экономии. Значительно менее затратна обработка заготовок водой без добавления твердой фракции.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.