Практически ни одно предприятие металлопроката и машиностроения не может обойтись без оборудования для разрезания листового металла. Часто к качеству реза предъявляются высокие требования, что не дает возможности использовать традиционное оборудование: гильотины и плазменную резку.

Гидроабразивная резка металла водой применяется еще с 60-х годов прошлого века. Впервые раскрой металла гидроабразивным методом официально стала использовать авиастроительная компания США. Позже компания официально заявила о том, что данный метод является оптимальным для резки металла и других высокопрочных материалов.

С тех пор гидроабразивный способ обработки получил широкое распространение. Ограничивается ли водно-абразивная резка только металлопрокатом или имеет более широкую сферу применения? Какие преимущества и недостатки у раскроя металла по гидроабразивной технологии?

Область применения гидроабразивной резки

Главным отличием, которое имеет гидроабразивная обработка металла, от остальных способов обработки листового металла является то, что на поверхность материала не оказывается механическое воздействие. Отсутствие трения, нагревания инструментов влияет на качество реза и возможные сферы применения.

Больше всего распространена водно-абразивная резка металла струей воды, но оборудование также применяют для разрезания следующих материалов:

1. Мрамор, гранит, камень и другие горные породы.
2. Стекло, керамика.
3. Стали и металлы, включая: титан, нержавейку.
4. Железобетон.
5. Пластик, текстолитовые, эбонитовые и паронитовые плиты, резину.

При этом при разрезании удается достичь минимального расхода строительных материалов, комплектующих, и т. д. На предприятиях с повышенной пожаро и взрывоопасностью, гидроабразивные станки являются единственным возможным оборудованием соответствующим требованиям для проведения работ.

Принцип работы гидроабразивной резки

Применение станков водно-абразивной резки не ограничиваются только возможностью раскроя металлопроката, все же основная доля оборудования продолжает применяться непосредственно в этой сфере производства. Работа гидроабразивной резки основана на технологии подачи воды с определенным содержанием абразивного вещества под давлением, на поверхность материала. Что происходит во время резки?

• Вода подается из специального резервуара под давлением в смеситель.
• Одновременно в смеситель направляется абразивная смесь, обычно состоящая из мелких частиц песка.
• После смешивания с абразивом, вода подается на сопло для резки металла гидроабразивной струей воды.
• Тонкая струйка направляется на поверхность обрабатываемого материала и разрезает его.

Такой принцип работы позволяет существенно увеличить скорость обработки металла и качество его реза. Единственный расходный материал, который потребуется заменять, это сам абразивный порошок. Понадобится время от времени добавлять абразивный порошок в специальные резервуары.

Скорость гидроабразивной резки металла может сравниться с той, которая есть у плазменных автоматических станков. Но качество проведения работ может сравниться только с разрезанием с помощью лазера.

Оборудование для гидроабразивной резки

Еще в древнем мире заметили удивительное свойство воды под давлением изменять форму природных материалов, на которые она воздействовала. Камни становились гладкими, а постоянное падение с высоты небольшого количества воды оставляло глубокие выемки в самых твердых горных породах.

Этот же принцип используется в промышленных целях. Для этого просто необходимо в несколько раз увеличить давление воды при резке металла, а также проконтролировать направленность получаемой струи воды. Делается это следующим образом:

Помимо основных узлов оборудования, выбирая аппарат для резки металла водой, необходимо обратить внимание на наличие дополнительных опций для работы на станке. Расширенная функциональность устройства позволяет при необходимости выполнить фигурную резку.

Возможности гидроабразивной резки

Уникальный способ обработки материала с помощью узконаправленной струи воды под давлением нашел свое место во многих сферах производства и искусства. Одним из основных преимуществ гидроабразивного метода резки является полное отсутствие сколов, и нагревания поверхности, присутствующие при обычном разрезании предметов.

Благодаря современным технологиям и усовершенствованию станков удалось расширить их функциональные возможности и сферу применения.

В последнее время широкое распространение получила гидроабразивная резка труб. Благодаря специальным станкам для резки труб удается получить идеально ровно отрезанную окружность без отклонений.

Гидроабразивные станки с ЧПУ

Возможности использования программируемых станков с ЧПУ для гидроабразивной резки нержавеющей стали, алюминия, меди, других типов черных и цветных металлов разной прочности, позволили существенно увеличить и расширить сферы применения оборудования.

Благодаря станкам с ЧПУ обеспечивается производство точных деталей с минимальным отклонением от заданных размеров, что практически невозможно достичь традиционными способами резки. Принцип работы гидроабразивного оборудования с ЧПУ сводится к следующему:

Станки для гидроабразивной резки мелких деталей с числовым программным управлением могут отличаться по функциональным возможностям и основному предназначению. Перед приобретением станка с ЧПУ для резки мелко форматных деталей, необходимо обратить внимание на сферу применения и рекомендации связанные с эксплуатацией.

Ручная гидроабразивная резка

Некоторые станки управляются непосредственно оператором. В таком оборудовании угол наклона и все остальные корректировки необходимо выставлять вручную, что не совсем удобно и не может обеспечить комфортную работу. С другой стороны, УГР установка гидроабразивной резки листового металла без ЧПУ имеет свои преимущества, к которым относится:

• Меньшая стоимость - по сравнению с ЧПУ станками, такая установка обойдется приблизительно в 1,5 раза дешевле.
• Отсутствует необходимость в профильном образовании. Ручное гидроабразивное оборудование для резки железа имеет простое управление и минимальное количество функций. Это позволяет проводить все необходимые операции при обработке деталей простых геометрических форм.
• Общие функциональные возможности оставлены без изменений. Ровный рез, а также разрезание материала под углом, вырезание простых геометрических фигур и раскрой материала можно делать и на обычном оборудовании. Гидроабразивная резка алюминия, меди, стали, стекла и других материалов возможно и на таком оборудовании.

Применение ручных установок ограничено их малой функциональностью. Сложные геометрические фигуры, использование станка в художественной резке и там, где требуется высокая точность, и качественный конечный результат, потребуется приобрести оборудование с ЧПУ.

Расходные материалы для гидроабразивной резки

Во время резки материала с помощью абразивных частиц появляется постоянная потребность в замене расходного материала и быстроизнашивающихся деталей оборудования. А именно:

• Абразив для резки металла на гидроабразивном станке. Даже в наиболее экономных установках с ЧПУ расход абразивного порошка составляет около 300-350 гр. в мин. При этом толщина обрабатываемого материала может несколько увеличить коэффициент расхода. Для работы используется мелкий песок, изготовленный из натурального материала граната. Гранатовый песок обладает высокими прочностными характеристиками и используется даже для резки тугоплавких и тягучих материалов. При этом размер абразивных песчинок должен составлять не более 600 микрон.
• Вода - кроме абразивного порошка, для резки потребуется использование воды прошедшей процедуру подготовки и фильтрации. Жидкость с примесями существенно влияет на качество реза, поэтому использование систем водоподготовки является не только желаемым, но и обязательным требованием.

Кроме этих двух основных расходных материалов, для обработки материалов также понадобится электричество, достаточное количество воздуха и регулярная замена изнашивающихся деталей.

• Система подачи абразивной смеси чаще всего нуждается в замене. Установка нового сопла потребуется через каждые 50 часов работы, направляющей трубки 100 ч. Интересно, что по мере изнашивания этих деталей, абразивный гранатовый песок для гидроабразивной резки будет расширять диаметр этих узлов и в результате увеличит толщину реза с 1 до 1,5 мм. Что существенно, особенно если речь идет о дорогостоящих материалах.
• Прокладки и уплотнения насосной станции. Эти комплектующие также считаются расходными деталями, которые изнашиваются довольно быстро и требуют постоянной замены. От уплотнителей зависит поддержание давления в системе. И первым признаком, на который необходимо обращать внимание является – падение рабочего давления при тех же производственных параметрах.

Можно встретить предложения приобрести абразивный материал по низкой цене, выполненный не из граната, а из других осадочных пород. Использование некачественного абразива существенно снижает производительность и увеличивает износ деталей станка.

Преимущества гидроабразивной резки

Существует восемь основных преимуществ, которые можно выделить при использовании ГАР. А именно:

1. Отсутствие нагревания поверхности. В процессе обработки заготовки все выделяемое тепло моментально удаляется под воздействием воды. Из-за отсутствия металлических режущих элементов, получаемое от трения тепло незначительно. Минимальное тепловыделение обеспечивает точный рез материалов, поддающихся деформированию под воздействием высокой температуры.
2. Функциональные возможности - достоинства гидроабразивной резки металла сложно перечислить, но одним из самых важных является то, что с помощью ГАР станка можно вырезать самые сложные формы заготовок. Также появляется возможность изготовления сложного профиля с любым необходимым радиусом, формами и контурами.
3. Отсутствие дополнительных работ - после вырезания необходимой детали нет необходимости в последующем шлифовании и обрабатывании места реза. Небольшая шероховатость практически незаметна невооруженным глазом.
4. Технологичность процесса реза - станок является полностью универсальным, при необходимости можно использовать для сверления. Существует возможность выполнения операции независимо от атмосферных и других условий. Ручные установки могут быть использованы для разрезания материала даже под водой или на глубине до нескольких сот метров. При этом от одного насоса высокого давления можно одновременно запитать 2-3 установки.
5. Экономичность по сравнению с плазменной обработкой материала - плюсы водно-абразивной резки очевидны. Скорость разрезания может достигать 30000 мм/ мин. Причем это не влияет на качество реза. Если учесть что при разрезании теряется всего 0,5-1 мм материала, а также точность и полное соответствие готовой продукции задаваемым размерам, становится очевидным высокая рентабельность установки ГАР.
6. Безопасность - станки могут устанавливаться даже на производстве с повышенной взрывоопасностью, при изготовлении легковоспламеняющихся материалов. Отсутствие нагревания поверхности, вероятности возникновения искры и другие характеристики делают применение водно-абразивных станков максимально удобным и безопасным.
7. Возможность разрезания толстостенных материалов. Можно обрабатывать стальные листы до 3 см, а также бетонные армированные блоки с толщиной до 10 см.
8. Универсальность станков - одна установка позволяет одновременно обрабатывать сталь, пластик, резину, ткань и т. д. причем при необходимости можно разрезать многослойные заготовки, состоящие из нескольких материалов.

Наиболее функциональными считаются станки с ЧПУ, но недостаток квалифицированного персонала объясняет, почему ручная резка с ГАР пользуется более высоким спросом.

Недостатки гидроабразивной резки

Основные минусы ГАР металла включают в себя следующие факторы:

• Появление конусности - это особенно заметно при обработке толстостенной стали и других тугоплавких металлов. В результате торец заготовки вырезается не ровно, а в виде воронки. Конусность обычно устраняется с помощью дополнительного устройства автоматизации и контроля над конусностью.
• Одинаковая скорость, как для толстостенных, так и для тонких материалов. Это существенно влияет на рентабельность оборудования. Вопрос решается с помощью складывания листов слоями для одновременного разрезания сразу нескольких заготовок.

В остальном использование ГАР удобно, практично и экономически выгодно. Оборудование для резки с помощью воды с абразивным порошком помогает решить важные проблемы, связанные с некачественной обработкой деталей, а также сократить время необходимое для производства. Расходные материалы полностью компенсируются экономичностью данного оборудования.

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.

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.

Принцип работы и описание технологии

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 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.

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. 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.

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

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.

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.

Станки для резки металла представляют собой специальное электрооборудование высокой производительности, с помощью которого происходит резка (раскрой) различного металлопроката.

Наиболее часто они применяются для нарезки заготовок из металлических материалов таких как:

• лист;
• полоса;
• уголок;
• труба (круглая и профильная);
• швеллер;
• двутавр.

Станок для резки металла необходим производственным, монтажным и строительным предприятиям, металлобазам. Некоторые мастера, своими руками создают самодельный станок, рассчитанный исключительно под хозяйственные нужды.

1 Виды станков для резки металла

Для того чтобы разрезать металл применяются станки различного типа:

• — режущим элементом является замкнутая зубчатая лента. Используются в большинстве случаев на крупных производствах для многосерийного изготовления однотипных заготовок;
• ножовочные — рез проводится ножовочным полотном, которое закреплено в пильной раме. Привод у них ручной или электромеханический. Имеют небольшие габариты и просты в применении. Такими станками оборудованы цеха малых предприятий или небольшие мастерские;
• дисковые — режущим инструментом является диск. Это наиболее распространенный вид, который может быть применен практически во всех областях деятельности по работе с металлом. К этой же категории относятся инструменты под общим названием «вулканит», так как в них используются абразивные круги, которые сделаны из этого материала;
• гидроабразивные — материал разрезается водой под большим давлением, содержащей абразивную добавку (песок). Позволяет резать под любым углом в зависимости от направления форсунки;

1.1 Дисковые отрезные станки

Такие инструменты имеют жесткую металлическую раму или платформу с отверстием для углубления в него режущей кромки. Отрезной дисковый станок имеет приспособление для надежного закрепления материала под нужным углом в процессе его резки. Режущим элементом у таких станков является диск, который сделан из твердосплавной (быстрорежущей стали), или круг, покрытый абразивным материалом.

Вращательное движение диска (круга) задается электромотором посредством зубчатой или ременной передачи. В инструментах с малой мощностью возможна прямая насадка режущего элемента непосредственно на вал электродвигателя.

Дисковые станки могут иметь три вида подачи режущего инструмента:

• фронтальную;
• маятниковую;
• нижнюю.

Существует также разделение по числу режущих кромок:

• одноголовочные — имеют только один диск, и при смене операций требует переналадки под конкретную задачу;
• двухголовочные — возможна работа сразу двумя инструментами, что значительно повышает производительность. В них одна головка зафиксирована и имеет постоянно стабильное положение, а другая может перемещаться. Такие станки могут работать в автоматическом режиме.

1.3 Гидроабразивная резка

Такой вид разделения металла на гидроабразивном режущем станке очень эффективен и действие его основано на эрозии, которая создается водой. Режущим инструментом является струя воды под очень высоким давлением, а ее разрушающее действие усиливается добавлением абразивного материала.

Смесь воды и абразива вылетает из рабочего сопла направленного на обрабатываемый материал под давлением в 600 атмосфер и со скоростью до 1000 метров в секунду.

Параметры резки таким способом задаются давлением, под которым находятся абразив с водой, и размером частиц абразива. Таким способом можно резать практически любой материал под любым нужным углом:

• черные и цветные металлы, а также их сплавы;
• сталь, которая тяжело поддается обработке (легированная, жаропрочная, нержавеющая);
• композитные материалы;
• камень (мрамор, гранит);
• керамику (плитку, керамический гранит);
• стекло, как обычное, так и композитное (включая бронестекло).

При резке мягких материалов, таких как поролон, картон, пластмасса и т.д. используется только вода (без абразивных добавок).

1.4 Принцип работы

В резервуаре с водой, при помощи насоса давления, создается высокое давление (от 400 до 600 атмосфер). Поток воды проходит через сопло, диаметр которого составляет 0,2-0,35 мм (что еще больше увеличивает давление) и попадает в смесительную камеру.

Там она смешивается с абразивным материалом (песком) и направляется в другое сопло с диаметром 0,6-1,2 мм. Выходя из него, смесь воды и абразива имеет скорость до 1000 м/с, что позволяет легко разрезать даже самые прочные материалы.

Такой процесс относится к категории холодного резания, так как при его выполнении не происходит выделения тепловой энергии, потому что она полностью поглощается потоком воды.

1.5 Классическая компоновка

Стандартный гидроабразивный станок состоит из следующих узлов и деталей:

• корпус;
• резервуар для воды (объем от 2 куб. метров);
• насос высокого давления (обеспечивает подачу воды под давлением в зону резания);
• высокопрочные шланги, которые способны выдержать очень высокое давление;
• емкость для подачи абразива для смешивания с водой;
• резак — штуцер с регулируемой форсункой (возможно изменение параметров по величине выпускного диаметра);
• рабочий стол (ванна) — на нем крепится заготовка и собирается отработанная вода с абразивом);
• защитный кожух;
• блок ЧПУ — в промышленных образцах станков производит полное управление рабочим процессом.

Можно изготовить самодельный ручной гидроабразивный станок своими руками для личного пользования. Основная сложность заключается в приобретении оборудования для создания высокого давления и неоправданно высокие энергетические затраты по его использованию.

Принцип резки металла таким способом очень эффективен, но иметь такого класса оборудование в личном пользовании имеет смысл только лишь при его большой загрузке.

2 Самодельный станок

Как правило, это простые отрезные станки, сделанные своими руками с минимальными материальными затратами. Вариантов существует довольно много — от простого насаживания на вал электромотора режущего диска, до уже существенной рамной конструкции с вертикальной (маятниковой) ручной подачей.

При выборе варианта изготовления своими руками следует обратить внимание на то, насколько загружен работой будет инструмент, и какой сложности операции будут проводиться на нем.

2.1 Процесс изготовления

Станок сделанный своими руками, который имеет высокую производительность и позволяет отрезать заготовки под нужным углом, так как оборудован специальным креплением.

Последовательность сборки:

1. Сварить основание станка в виде рамы состоящей из двух взаимно соединенных частей на поворотных элементах.
2. Собрать режущий узел, который состоит из вала и шкива привода и отрезного диска.
3. Установить его на маятник (подвижную верхнюю раму) при помощи которого возможен подъем или опускание режущей части.
4. Установить электрический двигатель и соединить его со шкивом вала отрезного диска через приводной ремень.
5. Изготовить и присоединить защитные кожухи для приводного ремня и режущего диска.
6. Закрепить верхнюю раму на нижнем основании и оборудовать ее пружинами для облегчения подъема и плавного опускания.
7. Изготовить и установить устройство для надежного закрепления обрабатываемой детали в нужном положении.
8. Провести электропроводку.
9. Проверить правильность установки всех узлов и конструкционных элементов.
10. Выполнить пробный пуск.

Исходя из опыта мастеров, которые смогли сделать отрезной станок своими руками и получили опыт в процессе работы, следует обратить внимание на следующие моменты:

• при установке отрезного диска диаметром 400 мм, станку потребуется электродвигатель мощностью не менее 3 кВт;
• скорость вращения диска желательна в пределах 3000 оборотов в минуту;
• на рабочем валу станка желательно размещать шкив привода слева, а режущий диск справа. Это не позволит гайке крепления режущего диска самопроизвольно отвинчиваться во время работы;
• для вала, передающего через приводной ремень вращательный момент на режущую часть, наиболее подходят 204-е и 205-е подшипники.

Отрезной станок, сделанный своими руками, лучше оснащать 3-х фазным электромотором, рассчитанным на питание от 380 вольтовой сети. Если есть доступ только к электросети в 220 В, необходимо будет установить пусковые конденсаторы.

2.3 Альтернативная самоделка

Из вышеописанного устройства понадобится только рама, имеющая крепление для заготовок и позволяющая выполнять маятниковые движения. Вместо установки на ней вала с приводным шкивом делается крепление для установки стандартной .

Такое устройство позволит резать болгаркой металл с более высокой точностью и освободившейся одной руке, что не мало важно при выполнении сложных работ.

Новые высокотехнологичные способы обработки материалов нередко базируются на принципах естественных природных явлений. Гидроабразивная методика как раз к таким и относится, повторяя процесс эрозии. Суть ее заключается в воздействии водной среды на поверхность материала. Конечно, для производственной сферы данная технология была оптимизирована, например за счет совмещения жидкости с инородными элементами. Кроме этого, гидроабразивная резка металла предполагает подачу струи под сильным давлением, в результате чего достигается и высокая скорость обработки.

Особенности технологического процесса

Как уже отмечалось, технология базируется на принципе естественной эрозии. То есть физическое воздействие на обрабатываемый материал происходит за счет высокоскоростной струи, смешанной с твердыми абразивами. В ходе операции скоростной поток твердофазных элементов выполняет отрыв и унос из места обработки мелких частиц металла. Эффективность, с которой происходит гидроабразивная резка металла, зависит от множества параметров организации данного процесса. Например, имеет значение состав струи, расход воды и сила давления. Отдельного внимания заслуживает и - специалисты подбирают фракцию в соответствии с требованиями к характеристикам раскроя.

В отличие от других методов обработки данная техника не предполагает деформирующего и теплового воздействия. Это значит, что гидроабразивная резка металла позволяет сохранять первоначальные физико-механические качества заготовки. Но для достижения ожидаемого результата необходимо использовать специальное оборудование.

Оборудование для резки

Обычно для выполнения таких операций применяют специальные установки. В качестве их основы выступают несущие опоры из нержавеющего металла. Для поддержания заготовок применяются быстросменные ребра, которые также позволяют защищать опоры от воздействия рабочей струи. В целях обеспечения защиты рабочего участка от пыли и шума станок также снабжают механизмом быстрого управления водой. То есть в процессе операции обрабатываемый материал может полностью находиться в водной среде. Что касается эксплуатационных возможностей, то станок гидроабразивной резки металла дает возможность справляться с нержавеющей сталью толщиной до 200 мм. Примечательно, что показатели твердости материала для станков такого типа не имеют значения. Тонкая высокоскоростная струя диаметром в 1 мм способна выполнять четкую резку с высоким допуском.

Вспомогательные устройства

С целью повышения точности резки некоторые модели станков обеспечиваются и устройствами позиционирования. Их представляют индуктивные линейные сенсоры, с помощью которых оператор может достичь повышенной точности фиксации. Правда, многое зависит и от выполнения осей перемещения - в лучших моделях комбинация направляющих и датчиков позиционирования дополняется плавностью хода и оптимальной скоростью движения. Также установка гидроабразивной резки металла может комплектоваться баком для абразива. В процессе работы он автоматически пополняет запасы этого компонента, ориентируясь на информацию датчиков контроля.

для резки

Обычно к этой категории станков относят модели, не имеющие ЧПУ. Иными словами, управление рабочим процессом в определенной мере перекладывается на оператора. Пользователь своими руками должен выставлять угол наклона резки, а в некоторых случаях и фиксировать позицию функциональной установки. Но при условии соблюдения правил эксплуатации в этом случае также можно рассчитывать на высокую точность, с которой будет выполнена гидроабразивная резка металла. Оборудование без программного обеспечения снабжается теми же техническими узлами, что и более совершенные модели. Поэтому теоретически качество выполнения должно сохраняться на оптимальном уровне. Более того, в некоторых ситуациях самостоятельная настройка и контроль резки позволяют достичь более высоких результатов обработки.

Техника выполнения резки своими руками

Управление процессом резки в ручном режиме предусматривает, что пользователь будет самостоятельно осуществлять подачу заготовок и контролировать их передвижение с позиционированием. Также в некоторых случаях в перечень операторских задач входит и регуляция системы охлаждения. На практике гидроабразивная резка металла своими руками выполняется посредством специальных кнопок. Например, для позиционирования оператор должен ввести несколько значений по координатам. Но даже ручное управление полностью не избавлено от контроля со стороны электронной системы. Так, при вводе ошибочных данных техника возвращает значения рабочих показателей в исходное положение.

Плюсы и минусы технологии

К достоинствам резки такого типа можно отнести четкость линии раскроя, возможность справляться практически с любыми металлами, а также взрыво- и пожаробезопасность операции. Среди недостатков такой обработки отмечают низкую скорость при работе с тонколистовой сталью, невысокий уровень износостойкости функциональных элементов и дороговизну расходного материала, то есть абразива. Тем не менее экономически технология себя оправдывает. Например, услуги гидроабразивной резки металла позволяют качественно справиться с ответственными операциями при подготовке материала для последующего монтажа. Более того, сэндвич-панели, сотовые листы и другие ячеистые стройматериалы можно резать только таким способом. Для повышения производительности многие компании также практикуют и пакетную резку, что позволяет экономить время.

Заключение

Режущие качества давно используются в разных сферах. На схожем принципе, в частности, работает пескоструйный инструмент, позволяющий выполнять качественную и быструю шлифовку поверхностей. В свою очередь, гидроабразивная резка металла обеспечивает высококачественный результат в работе с разными листами и конструкциями. Кроме точности выполнения раскроя можно отметить и отсутствие вредных процессов, которыми сопровождаются традиционные способы обработки. В частности, тепловые и механические воздействия лишь в редких случаях позволяют обойтись без деформации зоны, окружающей место реза. Но расплачиваться за качественный результат гидроабразивной обработки приходится высокими затратами на расходный материал - чем эффективнее абразив, тем выше его цена.

Раскрой металла — обязательный этап в изготовлении любых металлоконструкций. Если не рассматривать механические способы резки тонкостенного листа или профиля, то остаются два вида технологии, которым под силу разрезать заготовки большой толщины. Это термические методы и гидроабразивная резка.

Сам принцип действия заимствован у природы. Естественный аналог — это эрозия горных пород под воздействием воды. Даже струя с ускорением свободного падения, падающая с небольшой высоты, вымывает гранит и базальт. Вопрос только во времени.

Если под высоким давлением поток чистой воды в виде тонкой струи разогнать до сверхзвуковой скорости (800-1000 м/с), а затем добавить абразив, твердость которого выше, чем у стали, то получится режущий инструмент с уникальными возможностями.

По такому принципу и работает станок гидроабразивной резки, способный раскроить лист металла толщиной до 300 мм.

Суть метода заключается в способности высокоскоростной струи с абразивом «отрывать» частички материала в зоне резки, и вымывать их вместе с потоком. При этом вода, помимо функции «транспортировки», одновременно охлаждает рабочую зону, не позволяя измениться физико-химическим свойствам металла от перегрева.

Технологически схема работы выглядит так:

• насос высокого давления с помощью труб связан с форсункой, диаметр сопла которой находится в пределах 0.1-0.4 мм;
• вода под высоким давлением (до 6500 bar), проходя через сопло разгоняется до скорости 1000—1200 м/с и поступает в смесительную камеру;
• в эту же камеру из резервуара дозирующего устройства подается абразив (кварцевый или гранатовый песок определенной фракции);
• рабочая смесь из воды и абразива проходит через смесительную трубку диаметром 0.6-1.2 мм на выходе рабочей головки, соприкасается с поверхностью металла и режет его.

Устройство станка

Крупноблочная типовая схема гидроабразивного станка имеет следующий вид:

• корпус, состоящий из станины и защитных кожухов;
• рабочий координатный стол с системой крепления заготовки;
• резервуар с чистой водой;
• насос высокого давления;
• шланги и трубопроводы низкого/высокого давления для транспортировки воды;
• емкость с абразивом и устройство его подачи в резервуар дозатора;
• система дозировки абразива;
• режущая головка (или блок из нескольких головок);
• привод перемещения режущих головок;
• система поддержки постоянной величины зазора между заготовкой и режущей головкой;
• датчики, система контроля и управления станком;
• емкость с водой для гашения энергии отработанной струи, сбора воды с абразивом и частичками металла.

В качестве обязательного условия надежной работы установки должна быть еще система водоподготовки с механической фильтрацией, обезжелезиванием и умягчением (удалением сульфатов, поглощением ионов кальция, магния и солей тяжелых металлов).

Особенности устройства основных узлов

В современных установках гидроабразивной резки применяют насосы высокого давления двух видов:

1. Классический роторный насос прямого привода. Способен обеспечить рабочее давление до 4130 bar, которое создается путем вращения электродвигателем коленчатого вала с тремя поршнями. Второе название — насос триплекс;
2. Насос-мультипликатор. Использует принцип гидравлического усиления давления в замкнутой системе, состоящей из поршня с большой площадью и плунжера с маленьким диаметром. Принцип действия заключается в том, что масло в опрессованной системе давит на поршень, который передает усилие плунжеру, контактирующему с водой. И если соотношение площадей сечения будет равно 20 к 1, то чтобы создать давление воды 4130 bar, надо обеспечить давление масла около 210 bar (с учетом потерь на трение о стенки поршня и плунжера). Этим видом насоса оснащено около 80% существующего парка станков с рабочим давлением 2700—6500 bar.

Контурный раскрой листового материала осуществляется режущей головкой. Но трёхосевого управления движением головки над координатным столом с заготовкой недостаточно.

Чтобы обеспечить высокое качество вертикальность стенки реза у заготовок с большой толщиной, надо компенсировать конусность струи. Кроме того, во многих случая требуется дополнительное создание кромочных фасок по внешней и внутренней грани плоскости реза, а также вырезку пазов и наклонных отверстий. Поэтому станки оснащают четырех- или пятиосевым приводом движения рабочей головки, работу которого можно разложить на две составляющие:

• перемещение над координатным столом по осям X, Y, Z с помощью линейных двигателей;
• вращение вокруг оси Z за счет прецизионного сервопривода — в одной плоскости для отработки вертикали и создания фаски, в двух плоскостях для обработки сложных поверхностей.

Минимальный угол поворота режущей головки у такого станка составляет ±45°, но есть модели установок с возможностью поворота даже в горизонтальную плоскость.

Станок с 5-ти осевой головкой

Если для гидрорезки (без использования абразива) режущая головка оканчивается соплом из драгоценного камня, то для гидроабразивной резки устройство этого узла более сложное, и состоит следующих элементов:

1. Сопло из сапфира, рубина или алмаза. Чтобы поток воды высокого давления сделать максимально узким и разогнать до сверхзвуковой скорости, используют тончайшее сопло с диаметром не более 0.4 мм (чем больше диаметр, тем больше необходимая мощность насоса для достижения «рабочей» скорости струи). Кромка сопла должна иметь идеальную поверхность с острым краем — любая мельчайшая неровность, дефект или закругленность края создает зону турбулентности, что заканчивается практически мгновенным выходом головки из строя. Вторая причина разрушения — отложение кальция или воздействие твердой частицы, содержащейся в струе воды. Поэтому так важна водоподготовка. При соблюдении всех обязательных условий надежной работы, ресурс сопла из сапфира или рубина находится в пределах 50-200 часов, а из алмаза — на порядок больше.
2. Смесительная камера. Работа основана на эффекте Вентури — при переходе потока жидкости с высокой скоростью из трубки большого диаметра через сопло, в камере за ним возникает зона разрежения с низким давлением. Абразив буквально всасывается в смесительную камеру, и вместе с потоком воды на большой скорости поступает в смесительную трубку.
3. Смесительная трубка. Это конечная деталь режущей гидроабразивной головки. Внутренний диаметр трубки лежит в пределах 0.4-1.8 мм, а ее длина — 30-150 мм. Чтобы выдерживать воздействие скоростной струи воды с абразивом, трубку изготавливают из композитного карбида с предельно малым содержанием вяжущего. На входе из камеры отверстие трубки сделано в виде конуса, поэтому износ носит концентрический характер от входа к выходу. Износ (увеличение диаметра) происходит со скоростью 0.003-0.004 мм/час.

Управление

Управление может осуществляться через интерфейс самого станка, либо путем загрузки в систему подготовленных файлов-заданий в виде чертежей и технологических параметров, подготовленных в формате любого графического редактора, совместимого с ПО станка (CAD. COREL-DRAW или подобных).

Оператор, используя сервис интерфейса, может задавать координаты начала и окончания движения, корректировать скорость резки и направление.

Задание передается в систему автоматизированного управления для выполнения операций.

После этого надо установить режущую головку в начальную точку и запустить станок в работу. ПО станка преобразует данные файла-задания в команды управления насосом, дозатором абразива и двигателями привода головки.

Обратная связь САУ считывает показания датчиков, корректирует подачу воды и скорость движения головки, следит за выполнением задачи, обеспечивает плановое или аварийное отключение станка.

Кроме того, у оператора есть возможность в любой момент остановить работу устройства, отключить насос и сбросить давление в системе.

Цена гидроабразивной резки

Есть как минимум пять компонентов, которые определяют высокую цену оборудования:

• насос и система трубопроводов высокого давления;
• высокоточные приводы управления движения головкой;
• интеллектуальная система управления;
• сопло из драгоценных камней (пусть и искусственного происхождения);
• смесительная трубка из композита с высокой твердостью.

А если учесть, что последних два компонента относятся к расходным деталям и добавить высокую цену абразива, то стоимость гидроабразивного раскроя получится самой дорогой среди всех видов. Но достоинства этого способа и качество обработки детали стоят этого.

Достоинства гидроабразивной резки

Если сравнивать с термическими и механическими методами раскроя, то у оборудования для гидроабразивной резки длинный список достоинств.