Принцип действия и устройство станков водно-абразивной резки

Содержаниеimage

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.

  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.

Принцип работы гидроабразивной резки

image

  • 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.

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.

  • Насос высокого давления для гидроабразивной резки аккумулирует воду, и подает ее на поверхность материала. От мощности насоса зависит толщина, и плотность разрезаемой стали. К насосу высокого давления вода подается специальными шлангами, соединенными с центральной системой водоснабжения.
  • Регулятор мощности. Скорость реза ГАР металла, толщина разрезаемого материала обеспечивается точными регулировками и составом направляемой смеси. Для прочных и вязких металлов используют трехфазный наполнитель, для материалов с более податливой структурой будет достаточно двухфазной жидкости (состоит из абразива и воды). Также регулируется не только состав наполнителя, но и давление воды для резки металла. Чтобы достичь минимальных показателей, необходимо, чтобы струя подавалась со скоростью 1200 метров в секунду, с давлением не менее 4700 кг на каждый см.

  • Сопла резки – могут меняться в зависимости от толщины обрабатываемого материала, его плотности, а также от состава жидкости используемой во время разрезания. Так как струя выходит из сопла под высоким давлением, сопла изначально изготавливают из высокопрочной стали. Время от времени будет требоваться замена сопел.
  • Смеситель – это оборудование гидроабразивной обработки стали является одним из важнейших деталей станка. Именно смесительный узел отвечает за качество получаемой смеси, равномерность пропорций от которых зависит толщина реза и отсутствие сколов на поверхности.
  • Автоматика – непременным условием и особенностью резки металла является конусность кромки, возникающая вследствие инерционности струи воды. Конусность прямо пропорциональная скорости разрезания. Чтобы уменьшить этот негативный эффект используется компенсация конусности при резке (Flow Dynamic Waterjet и подобные технологии). Принцип компенсации конусности заключается в том, что автоматика самостоятельно определяет качество и плотность материала и дает указание режущей головке на смену угла сопла.
  • Система водоподготовки для оборудования гидроабразивной резки металла водой. Чтобы продлить сроки эксплуатации и обеспечить необходимые условия для точной и качественной обработки материала необходимо, чтобы жидкость была чистой. Для этого из воды посредством фильтрации убирают все неоднородные частицы.

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.

  • Возможность выполнить нестандартную резку материала. Причем изменение наклона реза не влияет на качество разрезания. Точность резки металла под углом позволяет использовать полученные заготовки без дальнейшей обработки.
  • Существуют станки, которые в состоянии работать в полностью автономном режиме без участия человека. При этом требуется, чтобы была выставлена определенная программа, которая и регламентирует работу оборудования. С помощью программного управления появилась возможность вырезания даже самых сложных деталей.

  • Станки резки металла узконаправленной струей воды с абразивом можно использовать в металлопрокате. Так максимальная толщина металла при резке гидроабразивным оборудованием составляет 20 см для среднеуглеродистой стали, 15-17 мм для титана, 12 мм для особых высокопрочных сплавов. Минимальный коэффициент приходится на долю меди и составляет всего 4-5 мм.
  • Искусство – точная фигурная гидроабразивная резка металла позволяет использовать станки при производстве предметов украшения, декоративных элементов и много другого. Качество реза и точность выполнения фигур во многом зависит не от опыта рабочего, а от качества используемого оборудования и программного обеспечения. Там где необходимо чтобы отклонения составляли не более 0,5%, используются станки с ЧПУ.

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.

  • Устанавливается программное обеспечение для гидроабразивной резки на станках с ЧПУ. Для каждого материала есть свое ПО, автоматически подбирающее состав режущей смеси, давление струи и другие необходимые параметры. Программа позволяет предусмотреть фигурную резку материала.

  • Дополнительна обработка – обычно после обработки материала с помощью станка, таковая не требуется. Но при неправильном подборе состава режущей струи может наблюдаться небольшая шероховатость поверхности после ГАР. Шероховатость реза практически исключается при использовании станков с программным обеспечением. Станок с ЧПУ анализирует качество реза и автоматически корректирует выбранный режим.
  • Помимо разрезания материала, станок для гидроабразивной резки металла с ЧПУ позволяет высверливать отверстия необходимого диаметра. Некоторые гидроабразивные станки с числовым программным управлением содержат дополнительное оборудование для проведения определенных операций.
  • После обработки заготовки получается полностью готовая деталь, не требующая дополнительных работ по шлифовке или доработке места резки.

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

  • 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.
  • 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.

Преимущества гидроабразивной резки

  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

  • 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.

Раскрой металла – один важнейших технологических процессов в промышленности и производстве. Может выполняться различными методами, один из них гидроабразивная резка металла.

Что такое резка гидроабразивом?

Гидроабразивная резка — технология обработки металла с применением водного состава, состоящего из воды и абразива. Водный состав выполняет функцию режущего инструмента.

Данный метод используется уже почти 50 лет. А разработала его одна компания из США, описала технологию, а также рекомендовала его для выполнения резания металлов, гранита и прочего.

Особенности технологии состоят в том, что в место реза подается водно-абразивная смесь под высоким давлением.

  • В аппарат, оснащенный смесителем, из резервуара подается абразив (песок) и вода.
  • Микширование, с последующей подачи смеси в сопло станка.
  • Узкий диаметр сопла формирует тонкую струю водно-абразивной смеси, направляя ее в место, где будет выполняться резка.

Скорость резки водно-абразивной смесью можно сравнить с плазменной, а её качество только с лазерной технологией.

Где применяется

Сначала применения технологии, гидроабразивная резка применялась для раскроя металла в листах, но в данное время она востребована для обработки других материалов:

  • мрамор, гранит, другие натуральные камни, отличающиеся повышенной твердостью;
  • нержавеющие, углеродистые стали, титан;
  • плитка из керамики, стекло в листах;
  • конструкции из железобетона;
  • полимеры, каучук.

Практически на любом современном производстве, где есть необходимость раскроя, есть станки для резки гидроабразивным методом.

Такой распространённый метод обработки, как пескоструй, работает на основе абразивного реза, но только выполняет шлифовку обрабатываемой поверхности.

Водно-абразивная резка металлов особенно важна на предприятиях, где есть угроза взрывоопасности, пожароопасности.

Гидроабразивная обработка дает возможность получить безупречную точность раскроя, а вредные факторы при проведении работ отсутствуют. Это негативное влияние на здоровье рабочих задымленностью или повышенным содержанием пыли.

Какое нужно оборудование?

Основное требование, которому должно отвечать оборудование для гидроабразивной резки – наличие давления, подающего воду, и формирующее струю и ее направленность.

В комплект оборудования (станка) входит:

  1. Насос для гидроабразивной резки, создающий высокое давление. Его действие заключается в аккумуляции жидкости с абразивным составляющим, и подачей ее на обрабатываемую поверхность. Мощность насоса определяет производительность.
  2. Мощностной регулятор. Станки, работающие на подаче гидроабразивной смеси, и оснащенные регулятором мощности, производят рез разными водно-абразивными составами под давлением. Разность составов позволяет производить обработку материалов разной толщины и структуры. Для сверхтвердых деталей, применяют смеси из трех компонентов, а для вязки –двухкомпонентные.
  3. Вариативность сопла. Возможность замены сопла расширяет возможности оборудования с учетом состава, толщины, плотности.
  4. Применение смесителей – важный фактор в функциональности станка. Он обеспечивает равномерность, однородность состава, что в результате дает качество реза, скорость вне зависимости от толщины.
  5. Автоматическая коррекция. Инерционность струи состава – причина появления конусной кромки на обрабатываемой поверхности. Наличие системы автоматической коррекции учитывает плотность материала и позволяет минимизировать данный эффект при помощи изменения соплового угла наклона.
  6. Водоподготовка. Какая-либо вода не годится для создания смеси. Некачественная вода – серьезное препятствие для качества. Чтобы исключить данное явление станки оборудуются системой водоочистки.

Данные элементы оборудования – основные для качественной работы станков. Но кроме них аппараты для водно-абразивной резки могут иметь дополнительные элементы, расширяющие возможности станка:

  • фигурный рез;
  • рез вне зависимости от угла;
  • автоматический рез (ЧПУ) без участия пользователя;
  • обрабатывать металл различной толщины: для стали до 2 см, для титана – 1,7 см, сверхпрочные сплавы – 1,2 см, сплавы на основе меди;
  • резать трубы;
  • кран-балки с тельфером, которые могут оснащаться захватами на вакууме или механике, подъемники на пневматике или гидравлике.

Станки ЧПУ для водно-абразивной резки

Числовое программное управление на станках, выполняющих рез водно-абразивной смесью, позволяет эффективно реализовывать самые сложные задачи для обработки. Оборудование высокоточное, позволяет раскраивать материал со сложными конфигурациями и свести к минимуму его расход.

Этапы технологического процесса с применением ЧПУ-станков

Перед тем, как запустить деталь в обработку, разрабатывается конкретное программное обеспечение, контролирующее процесс и параметры реза: рабочую смесь, ее состав, давление, пр.

ЧПУ-станок контролирует качество разреза, режим выполнения работы. То есть, весь процесс автоматизирован, от начала, до конца.

В опциональных возможностях станка, работающего автоматически (ЧПУ), это выполнять отверстия и другие технологические операции.

Ручной метод

Гидроабразивная резка своими руками – станки, контролируемые пользователем. Также работы могут корректироваться, внося по мере выполнения. Выполнять водно-абразивный рез самостоятельно таким методом несколько неудобно, в сравнении с ЧПУ, но у этого метода есть и преимущества.

  1. Оператор, обслуживающий процесс, может не иметь профильной подготовки, потому что каждая операция проста, не требует специальных знаний.
  2. На ручных станках можно выполнять качественную обработку деталей, которые имеют простые формы по геометрии.
  3. Цена на ручной станок в полтора раза ниже, чем на числовой станок.

Нужно учитывать, что сложные формы недоступны для ручных станков.

Нюансы ручной резки

Для получения эффективности резки вручную, нужно подавать заготовку и следить за их перемещением самостоятельно. Также нужно уделять внимание на регулировку охладительной системы. Поэтому оператор должен нажимать технологические кнопки, менять параметры, которые были заданы ранее: изменение позиционирования по координатам или другие изменения. При обработке вручную могут быть полуавтоматические системы, которые при внесении ошибочных данных, блокируют их и возвращают к прежним настройкам.

Плюсы ручной резки:

  • четкость раскройной линии;
  • поддержка реза металлов вне зависимости от их твердости;
  • рез других материалов, в том числе и каучука.

Ручная водно-абразивная резка позволяет решить производственное задание для подготовки исходного материала для работ по монтажу. Тем более, нужно учитывать, что некоторые строительные материалы не могут обрабатываться другой технологией. Это сэндвич-панели, ячеистые стройматериалы, сотовые листы. А для повышения производительности обработки таких материалов, изготовители используют пакетный рез, который значительно экономит время.

Расходные материалы

Основные расходные материалы для водно-абразивного реза – вода и песок:

  • песок сверхтвердый гранатовый с размером фракции не больше 600 мк (микрон);
  • очищенная вода от посторонних включений.

Еще нужны электроэнергия, сжатый воздух, а также своевременная замена вышедших из строя или по изношенности деталей.

К таким деталям относятся:

  • Системные элементы, которые подают смесь абразива и воды: сопло, трубопроводы подачи и пр. Так, если своевременно не поменять сопло, то отверстие в нем расширится, что приводит к увеличению диаметра, а это в свою очередь снижает точность.
  • Уплотните насоса, контролирующие давление подаваемой водно-абразивной смеси.

Плюсы

  • Деталь, подвергаемая резке, не нагревается, поэтому различные её деформации исключаются. Это в свою очередь обеспечивает высокое качество уже готового продукта или изделия.
  • Наличие функциональных опций в оборудовании, чтобы выполнять работы вне зависимости от их сложности.
  • Отсутствие дополнительных работ в доработке обрабатываемых изделий.
  • Возможность проводить резы для любых материалов, а также выполнять в них отверстия.
  • Оперативность в проведении работ, экономическая целесообразность.
  • Безопасность метода позволяет его применение на производствах с повышенными требованиями по пожарной безопасности.
  • Рез деталей с большой толщиной, а также труб.
  • Отсутствие пыли, дыма, других малоприятных проявлений.

Минусы

  1. При резе абразивным составом всегда появляется конусная кромка. Особенно это видно на деталях, отличающихся большой толщиной. Поэтому нужно применять специальные автоматические устройства, которые будут корректировать наклонный угол сопла при проведении реза, чтобы исключить появление кромки.
  2. Водно-абразивные станки могут обрабатывать детали, как с небольшой толщиной, так и толстостенные. Но скорость всего одна. А это понижает рентабельность производства. Но выход в данном случае есть – складывание тонкостенных изделий в пачку, с последующим одновременным резом всех вместе.

Используемая литература и источники:

  • Актуальные проблемы физики лазерной резки металлов / А.М. Оришич. — М.: Сибирское отделение РАН, 2012.
  • Шлифование металлов / В.В. Лоскутов. — Москва
  • Теория газоструйного пылеосаждения над зоной продувки в кислородном конвертере / А.А. Кожухов, Э.Э. Меркер. — М.: ТНТ, 2011.
  • Статья на Википедии

Применение технологии разрушения породы для выемки полезных ископаемых под действием струи воды известно с 30 годов прошлого столетия, а вот промышленное использование струи воды под высоким давлением для резки различных материалов начали только в 80 годах того же века. Сегодня гидроабразивная резка металла является наиболее востребованным видом применения данной технологии в промышленном производстве.

Что такое гидроабразивная резка

Технология применения потока воды и абразива для разрезания практически любых материалов обеспечивается подбором необходимых условий и параметров, таких как:

  • давление струи,
  • расход воды,
  • количество абразива в струе,
  • размеры абразивных частиц.

Технологические возможности гидроабразивной резки ограничиваются только лишь толщиной обрабатываемой заготовки и физическими свойствами вещества, из которого она сделана. На что она способна хорошо показано на данном видео.

Область применения

Областью промышленного использования этих особенностей стала абразивная резка различного металла водой под давлением, в основном таких как:

  • нержавеющая сталь,
  • инструментальные сплавы,
  • титан,
  • латунь,
  • алюминий.

Также с ее помощью изготавливают художественные изделия из натурального и искусственного камня и применяют при обработке:

  • гранита,
  • мрамора,
  • стекла,
  • керамической плитки.

Незаменимой гидрорезка является для:

  • изоляционных,
  • огнеупорных,
  • многослойных,
  • и других композиционных материалов с особыми свойствами.

Преимущества и недостатки

  • механическая,
  • плазменная,
  • гидроабразивная,
  • лазерная.

Все они значительно отличаются друг от друга качественными характеристиками, при этом каждая имеет свои особенности, достоинства и недостатки.

Основными преимуществами гидроабразивного метода обработки является:

  • способность работать с любыми материалами,
  • отсутствие термического воздействия на заготовку,
  • исключение выделения пыли, дыма и ядовитых паров,
  • возможность использовать для материалов со взрывоопасными и пожароопасными свойствами.

Но при неоспоримых достоинствах есть существенные недостатки:

  • высокая стоимость замены быстроизнашиваемых деталей оборудования;
  • более существенные энергозатраты, в сравнении с другими методами резки,
  • требует постоянной настройки и наладки оборудования для соответствия заявленным характеристикам.

Промышленное применение

  • гидроабразивная резка нержавеющей стали позволяет учитывать особенности, которые возникают при обработке заготовок из сплавов металлов, таких как прочность, обусловленная легирующими добавками и высокая вязкость при механических или температурных воздействиях, приводящая к деформации готовых изделий;
  • гидроабразивная резка титана дает возможность не достигать критической температуры в 600 °С, при которой титан способен гореть на открытом воздухе и химически соединяться с другими веществами;
  • гидроабразивная резка алюминия сводит потери материала заковки к минимуму, несмотря на то, что металл является сравнительно непрочным и имеет низкую температуру плавления всего в 440 °С.

Такая обработка позволяет с должной эффективностью применять водяной резак по металлу, обеспечивая будущему изделию хорошие показатели качества:

  • незначительная ширина шва — всего 0,7-1,4 мм,
  • точность позиционирования до 0.1 мм,
  • при толщине заготовки даже в 300 мм,
  • получать безупречный край среза, не требующий дополнительной обработки.

Возможность начинать и вести раскрой в любом направлении позволяет минимизировать общие потери материала при раскрое заготовок металла.

Устройство оборудования гидроабразивной резки

Но по принципу устройства любой станок для резки металла водой имеет:

  • корпус в виде ванны для воды, которая служит ловушкой для гидроабразивной струи, поглощая ее энергию,
  • систему отстойников и фильтров, необходимых для очистки воды, а также для осаждения отработавших абразивных частиц,
  • координатный стол с сервомоторами для перемещения режущей головки,
  • блок насоса высокого давления с трубопроводами,
  • пульт управления оператора на базе промышленного компьютера.

Современные станки с ЧПУ и приводами для перемещения режущей головки позволяют осуществлять обработку материала по технологии 2D, 2,5D и 3D, то есть с высокой точностью осуществлять художественную резку в нескольких плоскостях и обрабатывать кромку под любым углом. Возможности выполнения 3D деталей с помощью гидроабразивной резки хорошо показаны на видео.

Режущий инструмент

Режущая головка станка

Размеры диаметра сопла и смесительной камеры определяют исходя из производительности рабочей насосной станции и материала абразивных частиц. В основном для абразива применяют гранатовый песок, который еще называется альмандином. Он обладает кристаллическим строением с крайней жесткостью и тяжелой плотностью в 4,1 — 4,3 г/см, что позволяет обеспечивать высокую абразивную способность. Он хорошо распространен в природе, так наибольшие его залежи находятся на юго-востоке Индии и Австралии.

Расходные материалы

Так, время наработки фокусирующей трубки изготовленной из кристалла сапфира не превышает 60 часов. Такая же трубка, с наивысшим качеством выполненная из алмазного сырья работает гораздо дольше, но при этом стоит в 20 раз дороже. Сопла из искусственного керамокарбида прослужат до 120 часов, что примерно на 20% дольше, чем такие же детали, выполненные из других материалов.

Среднее время наработки расходных деталей и узлов приведено в таблице:

Эти цифры соответствуют работе гидроабразивного станка со средним давлением в 400 MPa. При применении давления режущей струи в 600 МРа скорость обработки увеличивается на 20-30 %, а износ основных расходных материалов происходит в два раза быстрее.

Своими руками

Применение гидроабразивного оборудования для резки в домашней мастерской вполне возможно. К примеру: в реализации авторских работ для художественной или декоративной обработки небольших и некрупных заготовок. А вот изготовить своими руками такой станок можно разве, что для резки дерева, пластмассы, ламината или других не очень прочных материалов.

При этом надо учитывать, что стоимость оборудования плюс периодическая замена расходных материалов и постоянная потребность в абразиве, делают прямые затраты на один рабочий час гидроабразивной резки минимум 1400 рублей. Но это отдельная тема и если у вас есть свой опыт в использовании гидроабразивного резака в домашних условиях, поделитесь им с остальными в блоке комментариев.

image Гидроабразивная резка – современная высокоавтоматизированная технология, позволяющая совершать процессы обработки камня, недостижимые обычным традиционным технологиям

Различные работы, связанные с демонтажем, прорезкой технологических отверстий, каналов и проемов в массиве бетона связаны, как правило,  с таким шумом и пылью, что, порой, связываться с такой работой хотят очень немногие. Понятно, перфоратор и отбойный молоток в руках умелого таджика, порой творят чудеса, но как быть, в том случае, если линия реза должна быть криволинейной с поворотами и острыми углами.

image Резка бетона традиционным механическим способом всегда была неблагодарной работой, требующей высокой физической отдачи и максимальной концентрации

Не отчаивайтесь. Мы живем в XXI веке – веке высоких технологий, и этот век прошлый подарил человечеству технологию, которая называется гидроабразивная резка бетона. Просим любить и жаловать.

image Прорезание отверстий с помощью коронки и колонка несколько легче физически, но сопряжена с высоким уровнем шума и вибраций

Этапы большого и сложного пути

О том, что капля воды успешно камень точит, было известно давно. Суть вопроса заключалась во времени окончания процесса, который мог запросто растянуться на тысячелетия. Дело было за малым —  ускорить процесс, а с этим как-то долгое время не получалось.

image Такой результат противостояние воды и камня в естественной среде имеет за несколько тысяч лет

Первые попытки теоретического обоснования процессов гидравлической резки были предприняты немецкими военными инженерами третьего рейха еще в преддверии Второй Мировой войны. Идея заключалась в разрывании молекулярных связей стали очень доступным материалом и при этом хорошо передающим энергию – обыкновенной водой.

Практическая реализация уперлась в невозможность при тогдашнем уровне технологий создания прецизионного насоса, реально выдающего на выходе необходимые параметры рабочей струи.

  • Это на минуточку 4000 атмосфер давления и 1200 метров в секунду скорости потока. И сегодня выглядит внушительно, не правда ли? В общем, дело благополучно заглохло, и было поднято из архивной пыли советскими трофейными командами, активно охотившимися за технологическими секретами нацистской Германии в конце войны. После некоторой доработки, советские ученые в 1947 году объявляют об открытии инновационного способа резки материалов с помощью воды. Однако, учитывая отсутствие практических наработок, реализация проекта в действующей установке так же не состоялась.
  • Слово предоставлялось американцам. И они его сказали. Первый действующий образец был использован для раскроя бревен большого диаметра. Установка работала, но была нестабильна.
  • Дальше дело пошло несколько веселее, и режущая способность воды стала использоваться для раскроя композитов и жаропрочных материалов при броске в космос.
  • Следующий шагом стало создание технологии гидроабразивной резки, когда к воде добавляли небольшое количество абразива, что ускоряло скорость протекания процесса в десятки раз. Через год с момента создания действующей универсальной установки, уже в 1980-ом технология вышла на рынок и стала широко использоваться для резки металла, бетона и стекла.

image Гидроабразивная резка давно и успешно работает по таким деликатным и хрупким материалам, как, например, стекло, на представленном фото

Специализированная установка, созданная для гидроабразивной резки бетона, была успешно опробована в 1974 году, когда было необходимо создать технологическое отверстие в несущей железобетонной конструкции здания вычислительного центра, специфика которого не допускала проведение работ с высокими вибрационными нагрузками.

Конструкция и её сердце

Классическая установка, в которой применена технология — резка бетона гидроабразивная, состоит из:

  • Насоса высокого давления состоящего из прецизионных плунжерных пар, которые сжимают воду до высоких показателей и придают ей устойчивый динамический импульс. Необходимо отметить, что плунжерный насос бывает двух типов: прямого действия и редуцированный. В отличие от насоса прямого действия редуцированный имеет магистральный канал, меньшего сечения, чем рабочая камера, что дает увеличение показателей давления и скорости протока на 25% более высоких по сравнению с прямоточниками.

image Плунжерный насос высокого давления – сердце любой, даже самой бюджетной и простой системы гидроабразивной резки бетона

  • Миксерная магистраль, состоящая из высокопрочных трубок диаметром до 10 мм и длинной до 100 мм, в которых происходит смешивание абразива с водой и разгон его до рабочих скоростей. При этом соотношение внешнего диаметра к внутреннему может колебаться в определенных пределах, в зависимости от модуля крупности зерна применяемого абразива. Миксерная труба является расходным материалом, и срок ее службы составляет от нескольких часов до двухсот.
  • Подводящей арматуры и магистральной системой коммуникаторов.
  • Емкости для абразива.
  • Элементов группы безопасности.
  • Рабочего сопла различного диаметра, напрямую зависящего от вида выполняемых работ.

image Принципиальная схема работы плунжерного насоса напоминает работу такового в бытовых аппаратах, предназначенных для мойки под высоким давлением image Принципиальная схема устройства рабочей части установки гидроабразивной резки

Применение гидроабразивной резки и ее особенности

Мощные современные установки в состоянии прорезать массив бетона толщиной порядка 1000 мм, при этом такой метод имеет целый ряд преимуществ, которых не имеют традиционные способы:

  1. Отсутствие вредной пыли, которая массово выделяется при механической резке, и борьба с которой при традиционных способах воздействия на бетон требует применения дополнительных мероприятий по пылеподавлению, например, орошения.
  2. Гораздо более низкий уровень шума.
  3. Отсутствие вибраций и явных динамических колебаний, что очень важно при проведении деликатных работ в помещениях с особыми условиями.
  4. Возможность проведения криволинейного реза, реза под обратным острым углом, радиусного реза с малым шагом, что в большинстве способов традиционной резки трудноосуществимо или сопряжено с дополнительными операциями, затратными и по расходу инструмента и по трудозатратам оператора.
  5. Носителем энергии является вода, и в большинстве случаев — фракционированный обогащенный кварцевый песок, что менее затратно по сравнению с применение кругов, коронок, фрез из твердого сплава, композита и рабочих поверхностей с алмазным напылением.
  6. Вода и абразив являются экологичными материалами, не требующими применения особых мер по их утилизации по факту отработки операции.
  7. Оператор установки работает в более комфортных условиях по сравнению с традиционными технологиями.
  8. Установки гидроабразивной резки могут выполняться и в мобильном и в стационарном варианте, легко оцифровываются в трехмерной системе координат и могут использоваться как станки для изготовления сложных объемных изделий из бетона различного назначения.
  9. Может применяться под водой, при работе, связанных с устранением аварийных ситуаций на инженерных коммуникациях.
  10. Дают чистый, хорошо сопрягаемый рез.

Стационарная установка гидроабразивной резки, оснащенная системой числового программного управления – сложная, и в то же время потрясающе эффективная система

Бетон клином расшибают

Несколько отличным от гидроабразивной резки бетона является технология, при которой используется гидроклин для разрушения бетона. Причем отличия двух технологий весьма существенны. Примерно, как отличается топор мясника от скальпеля хирурга. И гидроклин для бетона выступает именно в роли топора.

Набор гидроклинов, размещенный на массиве литого бетона, медленно, но неотвратимо делает свою работу, без суеты, шума и пыли

В чем суть. При необходимости разрушения больших объемов монолитного бетона с минимальными вибрационными нагрузками и минимизацией возможности разлета вторичных фрагментов от демонтируемой конструкции, в массиве бетона с помощью алмазных коронок происходит забуривание шпуров диаметром примерно 160-180 мм.

В подготовленные отверстия вставляются рабочие цилиндры гидроклина, и подается давление, в результате чего происходит раскалывание массива на коржи – отдельные элементы, которые либо грузятся в транспорт, либо разделываются на месте с помощью ручного малогабаритного инструмента.

Боец невидимого фронта гидроклин, во всей свей скромной красе

Как работает

Работа технологии основана на слабой устойчивости массы бетона на разрыв. Бетон хорошо переносит высокие статические нагрузки, однако острые, локальные, динамические, интенсивно приложенные на отдельном участке, часто для него критичны, и ведут к деформации и разрушению массива на различной величины фрагменты.

По сути своей, гидроклин — это гидроцилиндр, быстроходный шток которого перемещает на коротком плече рабочий механизм в виде клина установленной формы, выполненный из высокопрочной легированной стали.

В целом такая система состоит из:

  • Гидроцилиндра с рабочим органом.
  • Маслостанции высокого давления.
  • Рабочих магистралей, выполненных в виде рукавов высокого давления.
  • Системы коммуникаторов, выполненных либо в виде быстросъемов, либо по классической системе штуцер-гайка.
  • Системы контроля и безопасности.

Маслостанция, как гидросиловая установка, генерирует необходимое количество энергии, которая по гидравлической магистрали передается на рабочий орган и совершает необходимую работу

Необходимо отметить, что описанная технология отличается высокой мобильностью, транспортабельностью и простотой обслуживания. В целом, при условии правильной эксплуатации гидроклиновые деструкторы надежны и долговечны.

Важно! Еще одним отличием от технологии гидроабразивной резки и применением гидроклина выступает то обстоятельство, что носителем энергии выступает не вода с примесью твердых частиц – абразива, а специальное гидравлическое масло. Причем, оно не является исключительно носителем, рабочим элементом выступает стальной клин, которому масло лишь передает полученную энергию.

Гидроклин, вещь для разрушения бетона очень удобная, а в ряде случаев, где важны мобильность, вес и габариты — порой, незаменимая. Однако как быть, когда массив железобетона нашпигован арматурой, словно арбуз семечками. В таком случае на помощь придут гидроножницы.

Ножницы, но не портновские

Как правило, ножницы в бытовом восприятии обязательно ассоциируются с разрезанием ткани, бумаги, кожи  и иных материалов, не отличающихся особой прочностью. А как вам вариант под названием гидроножницы для железобетона? Поверьте, есть и такие.

Гидроножницы всем своим агрессивным видом и неприкрытой мощью здорово напоминают ископаемого ящера — тиранозавра

Крашер и кранчер: братья, но не близнецы

Гидроножницы — это один из многочисленных инструментов, которыми комплектуются экскаваторы, как правило, гусеничные. Рабочий механизм выполнен в виде пары щек из высоколегированной инструментальной стали, которые перемещаются по заданному алгоритму с помощью штоков гидроцилиндров, запитанных от штатной гидросистемы высокого давления.

Гидроножницы у серьезных производителей смонтированы на ротаторной головке, что позволяет вращать рабочий орган вокруг своей оси.

Гидравлический ротатор – крайне полезная штука, позволяющая ножницам не только поворачиваться относительно оси, но и вращаться вокруг нее

Гидроножницы являются быстросъемным механизмом и современные модели сконструированы и выполнены таким образом, что устанавливаются и снимаются одним человеком – оператором экскаватора, причем, непосредственно своими руками он соединяет лишь коннекторы гидросистемы.

Инструкция для работы оператора составлена таким образом, что повторяет рабочие алгоритмы движения стрелы и ковша экскаватора при основных и самых распространенных работах и поэтому легко осваивается экскаваторщиками даже низкой квалификации, которые составляют основную массу на отечественном рынке труда.

Защита кабины экскаватора, оснащенного гидроножницами вещь абсолютно необходимая для защиты не только остекления, но и самого оператора от фрагментов разрушаемого бетона

Стоимость таких систем высока, в первую очередь потому, что эффективные механизмы изготавливаются исключительно американскими, европейскими и японскими производителями. Китайские и отечественные разработки крайне неэффективны и недолговечны, и, по сути своей, являются низкокачественными копиями заслуженных брендов.

Для грубого разрушения железобетонных конструкций используется крашер — его рабочий орган имеет более массивные и крупные зубья и более объемные полости захвата.

Шведы выпустили экскаватор, спроектированный специально для работы по демонтажу крупных сооружений, оснащенный не только сверхдлинной стрелой, но и подъемной кабиной

Для измельчения демонтированных фрагментов бетона используется кранчер. После обработки кусков бетона его челюстями полученную массу можно использовать в качестве бетонного щебня при организации подушек, обустройства временных дорог, отсыпки площадок и прочих мероприятий.

Получаемый таким образом вторичный щебень имеет удобную для клинцевания щебневых подушек фракцию 40-70 мм

Подробнее ознакомиться с основами гидроабразивной резки бетона, примерами демонтажа бетонных конструкций с применением гидроклина и гидроножниц,  можно просмотрев видео в этой статье.

Заключение

В заключение представленного материала хочется резюмировать следующее.

Современные технологии резки и обработки бетона, в частности, такая как резка бетона гидроабразивная, дают отличные результаты как по скорости проведения, так и по качеству выполняемых работ. Однако применение таких систем видится исключительно в коммерческом образе.

Это связано, прежде всего, со стоимостью стартового комплекта оборудования, использованию расходных материалов, первоначальному обучению и приобретению устойчивых практических навыков, что в сугубо бытовой среде весьма и весьма затратно и, в конечном итоге, крайне нерентабельно.

При возникновении объективной необходимости применения таких технологий в системе малых объемов индивидуального строительства и ремонта, выходом может служить привлечение сторонних специализированных организаций.

Организация бизнеса, основанного на предоставлении такого рода услуг, видится с хорошими перспективами при обязательном наличии устойчивого спроса в конкретном регионе. Похожая ситуация вырисовывается и с системами демонтажа бетона на основе гидроклина.

В быту основным инструментом резки бетона остается старая добрая болгарка, оснащенная кустарными приспособлениями элементарного пылеудаления

Гидроножницы вообще стоят особняком, поскольку являются не самостоятельным инструментом, а неотъемлемой частью системы навеска-экскаватор, цена которой составляет не одну сотню тысяч конвертируемой валюты. Приобретение, эксплуатация и обслуживание такого оборудования по силам лишь серьезным организациям с устойчивыми позитивными финансовыми показателями.

На этом все, что в теории нужно знать о том, что представляет собой резка бетона гидроабразивная. Материал хоть и малоприменим в практике, однако очень интересен.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий