Різання водою металу (гідроабразивне різання): технологія та принципи роботи

Сучасна цивілізація не мислить себе без повсюдного використання сталі. Залізо, яке всього 400-500 років тому цінувалося чи не на вагу золота, сьогодні тоннами може бездарно іржавіти на звалищах. Сталь виплавляється мільйонами тонн, використовуючись абсолютно скрізь. Основною проблемою часто є її обробка, так як багато сортів цього матеріалу досить тверді, а сучасні технологічні норми досить жорсткі і не допускають рваних і грубих «ліній відрізу». Щоб підвищити якість готових виробів, вченими була винайдена різання водою металу.

Коли її стали застосовувати на практиці?

Як не дивно, але ця технологія досить-таки широко використовувалася ще в 60-х роках минулого століття. Вперше вона застосовувалася в досить специфічних галузях, на зразок авіабудування і космічної промисловості. Але незабаром компанії стали подумувати про те, що різка водою металу – чудове нововведення, яке може дати найширші можливості для всієї промисловості при її більш широкому впровадженні у виробництво. З тих пір цей метод обробки металів стає все більш і більш популярним. Може використовуватися різання водою металу тільки для листового прокату, або ж їй підвладні і інші металоконструкції? Які у цього методу існують переваги та недоліки? Про все це ми спробуємо розповісти в рамках даної статті.

Області застосування

Основною перевагою такого способу різання є те обставина, що на поверхню матеріалу практично не виявляється значущого механічного впливу. Повністю відсутнє тертя, механізми не нагріваються. Це робить вкрай позитивний вплив на якість зрізу і всієї готової деталі.

Оброблювані матеріали

По-перше, відразу хочеться відзначити, що область застосування методу не обмежується одними лише металами та їхніми сплавами. Він використовується і для таких матеріалів, як:

Граніт, природний камінь, інші мінерали.

Кераміка і скло.

Всі метали, включаючи навіть титан і його сплави.

Залізобетон і бетон.

Всі види пластику та інших синтетичних матеріалів.

Що ще краще, при цьому вдається досягти вкрай малого витрат як самого сировини, так і комплектуючих. Більш того, при роботі з небезпечними матеріалами саме різання водою металу є єдино допустимим методом, так як при цьому немає іскор, немає освіти шкідливого пилу, повністю відсутня можливість самовільного займання утворюються відходів виробництва.

Як це працює на практиці?

Як ми і говорили, металопрокат – не єдина сфера застосування методу, але все ж 70% робіт йде саме в цій області. Сама технологія заснована на подачі води з мелкодисперсионным абразивним матеріалом під тиском на поверхню матеріалу. Так що конкретно відбувається під час різання? Ось основні технологічні процеси:

Вода під величезним тиском подається в особливо міцний резервуар.

У той же момент туди «заправляють» абразив, зазвичай представлений найдрібнішої фракцією піску.

Після цього отриману суміш подається в сопло.

Цівка спрямовується на необхідну область і починає різати матеріал.

Якість і швидкість різання при такому підході зростають багаторазово. Час від часу лише потрібно додавати абразив. Процес повністю автоматизований, ніякого втручання обслуговуючого персоналу зазвичай не вимагається.
Варто врахувати, що гідроабразивне різання дозволяє досягти такої швидкості, яка зазвичай досяжна тільки при плазмовій обробці матеріалів. Але! Якість зрізу при цьому такий, що його можна повторити, лише використовуючи лазер. Вартість цих видів робіт, та складність використовуваного при цьому обладнання складно зіставити, так як це абсолютно різні «вагові категорії».

Який для цього використовується обладнання?

Ще за часів Стародавнього Єгипту люди помітили, що вода здатна кардинально змінювати властивості тих матеріалів, які зазнали її впливу протягом досить тривалого часу. Навіть тверді камені обкатувалися до стану гладких голяка, а на поверхні граніту та мармуру порівняно швидко з'являлися видимі поглиблення. Згодом той ж принцип взяла на озброєння сучасна промисловість. Звичайно, з давніх пір істотно змінився порядок використання можливостей «оксиду водню»: по-перше, потрібно забезпечити прийнятне тиск води, по-друге – товщину та спрямування її струменя. Досягається це наступним чином:

Спеціальний насос дуже високого тиску не тільки акумулює деякий запас рідини, але і подає її до оброблюваного матеріалу. Саме від потужності цього механізму залежать товщина і щільність сталі, яка може бути розрізана. До самого насоса вода подається зі звичайної системи водопостачання, причому (для запобігання перерв) бажано здійснювати її відразу з декількох джерел.

За товщину струменя відповідає спеціальний регулятор потужності. Швидкість розрізання і товщина оброблюваного матеріалу залежать не тільки від його налаштувань, але і від характеристик використовуваного абразивного матеріалу. Щоб «обробляти» щось більш в'язке, доводиться використовувати трифазний наповнювач, для простої стали достатньо лише води і наповнювача, в ролі якого, як ми вже неодноразово зазначали, може бути використаний звичайний пісок. Зрозуміло, що можна регулювати не тільки склад суміші Якими ще параметрами характеризується різання металу водою? Тиск і швидкість рідини. Майте на увазі, що мінімально прийнятна швидкість води повинна досягати 1200 м/с при тиску близько 47 т/см!

Інше обладнання

Дуже важливі сопла. Їх діаметр, а також матеріали, що використовуються безпосередньо залежать як від абразиву, так і від швидкості струменя. Тиск води при обробці металів настільки високо, що для цього можуть бути використані тільки високоміцні сплави. Сопла потрібно міняти, частота виникнення цього залежить від багатьох факторів. Однією з найважливіших складових будь-якого верстата для «водяний» різання є змішувач. Саме від нього залежить гомогенність одержуваної суміші, а також якість зрізів, наявність або відсутність сколів на кромках оброблених деталей.
Зауважимо, що гідроабразивне різання неможлива без використання високоточної автоматики. Особливістю цього способу обробки металу є конусність кромки, обумовлена властивостями води при настільки специфічних умовах її застосування. Чим вище швидкість, тим більше цей показник. Але! При підвищенні конусності прямо пропорційно знижується підсумкове якість обробки матеріалу. Щоб знизити настільки негативний ефект, може бути використана запатентована технологія Flow Dynamic Waterjet і подібні їй способи управління якістю продукції. У чому полягає принцип роботи «розумних» технологій? Все відносно просто: автоматика сама визначає тип, в'язкість і щільність оброблюваного матеріалу, а потім самостійно змінює кут нахилу і діаметр сопла. Тільки після цього починається постійно коректується різання металу піском з водою.

Підготовчі операції

Нарешті, не менш важлива система попередньої підготовки рідини для подальшого використання останньої в системі різання металу. Щоб максимально продовжити термін експлуатації обладнання, а також для забезпечення максимальної якості обробки, життєво важлива буквально кришталева чистота води. Досягається це шляхом фільтрації через «високоточні» фільтри, за допомогою яких з рідини прибирають все відносно великі домішки з великою молекулярною масою. Важливо розуміти, що різні виробники пропонують різну гидроабразивное обладнання, можливості оснащення якого додатковими функціями прямо залежить від вартості верстатів. Так, розширений функціонал дозволить при необхідності виконувати навіть складне фігурне різання, не кажучи вже про більш простих операціях.

Функціональні можливості різання водою

У багатьох сферах мистецтва різання металу водою, ціна якої значно нижче лазерної обробки (від 15 рублів за метр) також знайшла широке застосування. Справа в тому, що однією з переваг цього методу є повна відсутність відколів, а також нагрівання поверхні, чого отримується зображення або профіль виходять в точності такими, якими їх хотів бачити дизайнер або художник. Ось основні можливості, які пропонує цей метод обробки матеріалів:

Нестандартна різання металу. Важливо те, що при будь-якому нахилі сопла зріз виходить дуже якісним. Точність така, що готові деталі після їх виготовлення можна використовувати практично без підготовки.

Сучасні верстати можуть працювати при мінімальному втручанні людини, або ж зовсім не вимагати присутності обслуговуючого персоналу. За допомогою цього обладнання можна вирізати деталі самої складної конфігурації, причому робити це в найкоротші терміни, але із збереженням максимально можливої якості.

Особливо поширена обробка металопрокату. Так, верстат для різання металу водою може зрізати до 20 сантиметрів середньовуглецевої сталі. Для титану показники скромніше – в межах 15-17 мм. Особливо міцні сплави – близько 12 мм. Мінімальний коефіцієнт припадає на частку міді і складає всього 4-5 мм.

Декоративні елементи і прикраси при використанні цього методу виходять не тільки дуже якісними, а й дешевими. Крім того, конфігурація готових виробів залежать не від досвіду працівника і не від «твердості руки», а виключно від налаштувань. Якщо відхилення при різанні не може перевищувати 05%, використовують апарат для різання металу водою з ЧПУ.

В останні роки так все частіше ріжуть труби. Для цього застосовують спеціальні верстати, за допомогою яких зріз труби виходить спочатку відполірованим і дуже гладким. Таким чином, гідроабразивне різання, послуги по якій пропонуються в будь-якому великому місті, стає все більш поширеним і популярним методом обробки різних матеріалів.

Верстати гідроабразивного різання з ЧПУ

Особливо розширити сферу застосування даного методу допомогли верстати з ЧПУ, які дозволяють обробляти різні матеріали, гнучко змінюючи якість роботи, максимальну і мінімальну товщину різання, а також інші параметри. Відхилення від заданих параметрів виходять мінімальними, чого практично нереально досягти стандартними способами різання. Принцип роботи такого класу обладнання зводиться до наступних дій:

Спершу встановлюється відповідне програмне забезпечення, яке може бути різним для кожного типу матеріалу. Програма автоматично підбере склад суміші, вид абразиву і необхідний обсяг води, тиск та інші параметри. За фігурну різання матеріалів відповідають спеціальні програми.

Як правило, додаткова обробка готової деталі вже не потрібно. Якщо параметри різання були підібрані неправильно або неточно, може спостерігатися деяка шорсткість готового виробу. Але! Якщо використовується верстат з ЧПУ, який може самостійно підбирати параметри різання, такого практично не трапляється. У цьому випадку обладнання автоматично вибирає необхідний режим, орієнтуючись на товщину, в'язкість і щільність металу.

Крім різання, такі верстати дозволяють висвердлювати отвори різного діаметру і конфігурації. При цьому ми повторюємо слова вже описане вище: якщо від обладнання потрібно щось особливе, необхідно вибирати ті моделі, у яких є відповідні додаткові функції.

Іноді ці верстати можуть використовуватися не тільки для різання, але і для полірування готових виробів і деталей, які були зроблені на іншому обладнанні.

Ручне різання

У деяких випадках верстатами може керувати кваліфікований оператор. У цьому режимі всі налаштування доводиться виставляти у ручному режимі, що не завжди особливо зручно. Але мають ручні способи різання металу і чимало переваг, до числа яких відносяться наступне:

Вартість такої роботи обходиться приблизно в півтора рази дешевше.

Профільна освіта оператора при цьому, як ні дивно, не має особливого значення. Справа в тому, що ручне управління такими верстатами досить просто, і не має великої кількості складних функцій. Це обладнання використовується в тих випадках, коли необхідно вирізати деталі, що мають просту геометричну форму.

Функціональність верстатів при цьому залишається на колишньому рівні. Рівний зріз, просвердлювання отворів та інші прості операції – все це можна робити і при ручному управлінні. Крім того, є можливість обробки не тільки металопрокату, але і інших матеріалів.

Сподіваємося, що ви зрозуміли, як відбувається різка металу водою. Даний метод надзвичайно поширений в сучасній промисловості, з його допомогою можна виготовляти деталі практично будь-якої форми та конфігурації.