Гидроабразивная резка любого материала как инструмент ххi века

Гидроабразивная обработка

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..4

………………………5

…………………………6

   ……….11

…………………………..………………………13

   ……………..…..13

   …….18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….………25

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ
ЛИТЕРАТУРА…………………………………….………26

Приложение 1: Чертеж детали
«Вал-шестерня»……………….………..….…27

Приложение 2: Технологический маршрут
изготовления детали

«Вал-шестерня»……………………………………………………………….…28

Введение

Первые попытки использования струи воды в промышленности
были осуществлены в 30-х годах XX столетия американскими и советскими
инженерами для выемки камня, руды и угля. Серьёзным импульсом развития
технологии резки струёй воды под высоким давлением послужило её использование в
авиастроительной и аэрокосмической индустрии.

Технология гидроабразивной резки материалов (ГАР)
существует уже более 40 лет. История появления технологии уходит своими корнями
в 50-е годы XX столетия. Наиболее активно исследования в этой области велись в
СССР в 1940-ых годах, но затем почему то заглохли. Затем в 1979 году в США
специалисты попробовали добавлять в струю абразивный песок, благодаря чему её
режущие свойства многократно увеличились. В 1980 году был спроектирован и
запущен первый прототип гидроабразивного станка, а в 1983 году началось
серийное производство оборудования и комплектующих для ГАР. Процесс резания
происходит в результате эрозионного воздействия на материал струи воды с
твёрдыми абразивными частицами, подающейся под сверхвысоким давлением. На
сегодняшний день технология ГАР по праву относится к числу наиболее динамично
развивающихся способов раскроя материалов и составляет серьёзную конкуренцию
таким традиционным технологиям, как лазерная и плазменная резка, а также
механообработка. Гидроабразивная струя по своим физическим характеристикам
представляет собой идеальный режущий инструмент, не имеющий износа. Диаметр
струи может составлять 0,5 – 1,5 мм (в зависимости от типа используемых дюз и
смешивающих трубок), благодаря чему отход обрабатываемого материала минимален,
рез можно начинать в любой точке по контуру любой сложности.

1. Физические особенности гидроабразивной
обработки

Гидроабразивная обработка представляет собой
процесс ударного воздействия на обрабатываемую поверхность высокоскоростной
гидроабразивной струи. Удар частицы о поверхность приводит к возникновению
кратера. Вытесненный из кратера материал течет в направлении движения частицы с
образованием вала. Движение вала сопровождается возникновением внутренних
напряжений, которые приводят к растрескиванию вытесняемого материала. При
соударении частицы с поверхностью под прямым углом вал располагается вокруг
кратера равномерно. При меньших углах атаки вал образуется по бокам кратера и
по направлению движения частицы. Характер деформаций и форма вала зависят от
формы частиц, угла ее соударения, а также от свойств материала частицы и
обрабатываемой заготовки.

При ударе о поверхность остроугольной частицы
наблюдается процесс микрорезания материала. Микрорезание производится только
вершинами абразивных зерен. При ударе остроугольные частицы отделяют материал
от поверхности заготовки. Процесс микрорезания становится возможным при
напряжениях по линии скалывания, превышающих сопротивление материала срезу.

Износ материала заготовки одиночной частицей
абразива определяется процессами стирания и резания. Стирание наблюдается при
больших отрицательных передних углах резания. При положительных передних углах
преобладает процесс резания.

Удаление материала при
воздействии на обрабатываемую поверхность струи абразивных частиц происходит в
результате взаимодействия нескольких одновременно протекающих процессов:
соударение частиц между собой внутри набегающего потока; дробление отдельных
частиц; экранирование обрабатываемой поверхности, отскакивающими от нее
частицами; повреждение поверхностного слоя материала вследствие многократных
ударов абразивными частицами.

Инструменты для обработки бетона

Качество обработки бетонных поверхностей во многом зависит от используемого инструмента. На данный момент для механической обработки бетона особенно широко применяются прогрессивные инструменты на основе синтетических и природных алмазов. Проведенные исследования доказывают, что выполнение операций механической обработки бетона с помощью алмазного инструмента снижает в 2-2,5 раза себестоимость этих операций по сравнению с обычным абразивным инструментом и повышает в 1,5-3 раза производительность процесса.

Алмазные технологии представляют собой принципиально новый подход к проблемам обработки самых разных материалов. Секрет заключается в высокой стойкости алмазных зерен к механическому износу. Эти зерна, закрепленные на режущей поверхности инструмента, обеспечивают возможность без особого труда выполнять проемы любой формы и отверстия нужного диаметра с максимальной точностью.

Кроме того, инструмент с алмазными сегментами позволяет осуществлять резку, сверление или шлифовку бетона очень быстро, что в несколько раз увеличивает производительность производимых работ, а также без вибраций и большого количества пыли.

Алмазный инструмент, обладающий такими непревзойденными эксплуатационными характеристиками, был с самого начала обречен на успех. Очень скоро после триумфального появления этого инструмента на рынке его стали активно использовать в самых разных сферах деятельности человека.

На данный момент алмазный инструмент используется для решения большинства типичных задач, возникающих при ремонте и строительстве зданий как промышленного, так и гражданского назначения, а также при монтаже железобетонных строительных конструкций, строительстве аэродромов, метро, атомных станций, гидротехнических сооружений и пр.

Каждый конкретный инструмент имеет свое конкретное предназначение, свою специфику и технические особенности

Современные производители предлагают очень широкий выбор алмазного инструмента. На рынке в большом разнообразии представлены алмазные шлифовальные и отрезные диски, сверла, франкфурты, фрезы, коронки, канаты, сухорезы и многое другое. Такое большое разнообразие алмазных инструментов связано с их активным применением в самых разных областях строительства. Впрочем, разнообразие форм и видов не оказывает влияния на суть: структура алмазных инструментов остается идентичной в любом случае.

Любой алмазный инструмент состоит из металлического корпуса и алмазоносного слоя, нанесенного на его поверхность. Именно алмазоносный слой является функциональной основой инструмента, поскольку он взаимодействует с обрабатываемым материалом.

Этот слой представляет собой связку, состоящую в определенной пропорции из алмазных зерен и металлического порошка. Как правило, для алмазного инструмента используются синтетические алмазы, которые по твердости не уступают природным, но зато стоят намного дешевле.

Эффективность и качество работы алмазного инструмента зависят от того, насколько грамотно подобран состав связки. Для изготовления связки нет точного рецепта, поэтому производители экспериментируют, пытаясь разработать идеальную формулу связки для того или иного инструмента.

Большое внимание при этом уделяют достижению оптимального равновесия между работой алмазных гранул и сопротивлением обрабатываемого материала

Очень важно, чтобы зерна алмаза удерживались в связке до тех пор, пока не выработают весь ресурс и не освободят новые кристаллы. Качество сегмента при этом должно остаться неизменным

Качество сегмента при этом должно остаться неизменным.

Каждый материал обладает определенной степенью абразивности и твердости. В зависимости от этого и должен подбираться инструмент с более жесткой или более мягкой связкой. Для более твердого материала выбирают инструмент с мягкой связкой и, наоборот, для абразивного материала выбираю твердую связку. Такое соотношение позволяет максимально долго эксплуатировать инструмент, избегая преждевременного выпадения алмазных гранул из связки.

При выборе алмазного инструмента следует также обращать внимание на его ресурс и производительность. Ресурс измеряется в квадратных метрах, а производительность — в квадратных сантиметрах в минуту

Оба параметра зависят от характеристик обрабатываемого материала и условий эксплуатации.

Резка нержавеющего проката

Выполняем резку проката из нержавеющей стали:

• любых марок;
• во всех состояниях поставки — после механической или термической обработки;
• любых размеров и типов.

Осуществляется качественный раскрой материала, вырезание отверстий, фасок и т. д. Гарантируем точность и высокую оперативность.

Нержавеющих плит

Для полуфабрикатов большой толщины (от нескольких миллиметров до 300 и более) целесообразно применять плазменную резку или гидроабразивную. Эти методы позволяют получить ровный срез, не требующий дополнительной обработки, при минимальном количестве отходов и высокой производительности. При раскрое плит повышенной толщины осуществляется дополнительное охлаждение области реза или целой заготовки во избежание изменения свойств материала в зоне термического влияния.

Листовой нержавейки.

Листы и пластины отличаются от плит толщиной — не более 10 мм. Выбор технологии резания зависит от поставленной задачи. Так, для исполнения сложных контуров идеально подходят лазерная и плазменная резка, осуществляемые на программируемых станках. Раскрой большого количества листов по прямым линиям — задача для механической резки, и т.д. На выбор способа влияет также требуемое качество поверхности.

Резка нержавеющих кругов и прутков

Способ раскроя проката круглого сечения выбирается в зависимости от его диаметра

Особую важность имеет сохранение обработки поверхности в области реза. Наличие окрашивания, оцинковки рекомендуется после проведения операции резания

Заготовки малой толщины разделяют преимущественно механической рубкой.

Прутки нержавеющей стали обладают диаметром сечения до 80 мм. С задачей резания тонких прутков справляются преимущественно при помощи механической резки. Заготовки с нанесённым покрытием обрабатываются в соответствии с предписанием производителя.

Принцип действия гидроабразива

Попытки использовать давление воды для дробления материала осуществлялись столетия назад. На угольных шахтах впервые был применен водяной аппарат для добычи угля.

Затем инженеры догадались добавить в струю воды абразивные вкрапления, и «водяной нож» превратился в точный инструмент для обработки любой прочной заготовки.

Как работает гидроабразивная резка? Основа гидроабразивного резака – сопло, или форсунка. Именно этот элемент формирует режущую струю, способную разрушать даже сверхпрочные материалы.

Конструктивно форсунка состоит из следующих элементов:

1. Входной штуцер для воды, объединенный с первичной камерой создания сверхдавления. Мощный насос подает воду в камеру, затем происходит переход воды из отверстия большого диаметра в меньшее. При неизменном давлении воды, скорость потока увеличивается пропорционально разнице в диаметрах отверстий. Давление на входе составляет 2000-5000 атмосфер.
2. Штуцер для подачи абразивного материала. В качестве рабочего элемента применяются мелкие фракции песка. Он может быть обычным, силикатным, либо состоять из дробленых твердых минералов: например, граната.
3. Узел смешивания. В этой камере, поток воды увлекает за собой частицы абразива, формируя основу гидроабразивной резки: водно-песчаную взвесь. Регулируя давление воды и скорость подачи абразива, можно устанавливать различную мощность резака. Принцип работы камеры смешивания напоминает пескоструйную машину, только параметры намного мощнее, и в качестве носителя абразива выступает не воздух, а вода.

Гидроабразивная резка автомобильных дисков сложной формы — видео

https://youtube.com/watch?v=4IKlR76oflc

Далее взвесь попадает в твердотельное сопло, диаметр которого определяет ширину реза. Это достаточно сложный и дорогой узел, поскольку от его конфигурации зависит форма пятна контакта с заготовкой.

Если сопло изготовлено неправильно, интенсивность струи снижается, и станок будет работать с меньшим КПД. Материал выходного сопла не обязательно должен быть прочнее обрабатываемой заготовки.

Гидроабразивный поток проходит по касательной, не нанося критических разрушений. Тем не менее этот узел подвержен износу, и нуждается в периодической замене.

Кроме того, большинство станков комплектуются набором форсунок с различными параметрами: размером камеры смешивания, диаметром сопла, соотношением входных и выходных отверстий первичной камеры. Резка металла отличается от обработки пластика или камня, для каждого материала предусмотрены разные форсунки.

Важно! Гидроабразивная резка относится к опасным видам работ, поэтому при работе станка, в непосредственной близости людей быть не должно. Попадание абразивной струи на тело приводит к тяжелым травмам.

Оборудование для гидрорезки

Еще в древние времена люди заметили уникальное свойство воды под давлением менять форму материалов, на которые она действует. Поверхность камней становилась гладкой, а постоянное падение с высоты воды оставляло выемки в твердых горных породах.

Такой же принцип применяется в промышленных целях. Для чего просто нужно увеличить в несколько раз давление воды, а также контролировать направленность струи. Делается это так:

1. Насос высокого давления аккумулирует воду, и подает жидкость на поверхность материала. От производительности насоса зависит плотность, и толщина разрезаемой стали. К насосу вода подается шлангами, которые соединены с системой магистрального водоснабжения.
2. Регулятор мощности. Толщина разрезаемого материала, скорость реза ГАР обеспечивается составом направляемой смеси и точными регулировками. Для вязких и прочных материалов применяют трехфазный наполнитель, для металлов с более податливой структурой хватает двухфазной жидкости (вода и абразив). Регулируется также не только состав жидкости, но и давление воды. Чтобы добиться минимальных показателей, нужен выход струи со скоростью 1200 м/сек, с давлением не меньше 4600 кг/см.
3. Сопла резки — могут изменяться с учетом толщины и плотности обрабатываемого металла, а также состава жидкости применяемой при разрезании. Поскольку струя из сопла выходит под большим давлением, изначально сопла делаются из высокопрочной стали.
4. Смеситель — это оборудование является одним из главных элементов станка. Именно смеситель отвечает за качество смеси, от равномерности пропорций зависит отсутствие сколов и толщина реза.
5. Автоматика — обязательным условием является конусность кромки, которая появляется в результате инерционности водной струи. Конусность зависит от скорости разрезания. Чтобы снизить этот негативный эффект применяется компенсация конусности (технология Flow Dynamic Waterjet). Принцип компенсации состоит в том, что автоматика сама определяет плотность и качество материала и подает указание режущей головке на изменение угла сопла.

Виды резки бетона

На сегодняшний день строителями применяется несколько способов резки бетона:

• Кислородно-копьевое сверление;
• Алмазная резка;
• Гидроабразивная резка.

Теперь подробней ознакомимся с особенностями каждой технологии.

Кислородно-копьевое сверление

Данный способ резки заключается в использовании кислородного копья – толстостенной железной трубы, в которую подается кислород. Кислородное копье разогревается до высокой температуры (1350-1400 градусов) при помощи посторонних источников, к примеру, сварочной дуги или пламени резака. В результате один конец трубы воспламеняется, после чего источник нагрева убирают.

Схема кислородно-копьевой резки

При постоянной подаче кислорода, конец трубы интенсивно горит и разогревается до 2000 градусов. Для повышения тепловой мощности, внутрь трубы зачастую вставляют стальной прут.

В процессе сверления, копье прижимается к поверхности бетона с большой силой, что позволяет преодолеть сопротивление густоплавких шлаков.

Среди особенностей данного метода можно выделить следующие моменты:

• В процессе сверления бетон не окисляется кислородной струей и при этом не выделяет своего тепла.
• При удалении кислородного копья, поверхность сразу застывает.

По этим причинам, в процессе резки не выполняются возвратно-поступательные движения. Однако, чтобы увеличить эффективность резки, трубу в процессе резки надо вращать, не допуская при этом угасания пламени. Поэтому такая технология и называется сверлением.

Как правило, кислородно-копьевое сверление применяют для выполнения проемов в бетонных стенах.

Гидроабразивная резка бетонной поверхности

Гидроабразивный метод

Гидроабразивная резка бетона является практически такой же распространенной, как и алмазная. Чаще всего ее используют при демонтаже бетонных конструкций, однако, данная технология также позволяет получить и проемы в стене с высокой точностью.

Еще такой метод называют холодной резкой. Заключается он в подаче к бетонной поверхности струи воды с абразивом под высоким давлением. Чаще всего в качестве абразива применяют мелкий песок.

Особенностью данного метода заключается то, что он позволяет выполнять резку бетона, не повредив арматуру. Но, если подавать струю под высоким давлением, то резка железобетонных конструкций вместе с армировкой также происходит весьма успешно.

Схема устройства гидроабразивного резака

По сравнению с предыдущим методом, данная технология обладает рядом преимуществ:

• Не производит механическое и термическое воздействие на бетон.
• Отсутствуют искры, в результате чего процесс пожаробезопасен, что в некоторых случаях является важным условием.
• В процессе резки нет вредных испарений, а также отсутствуют газы и мелкодисперсная пыль, в результате чего соблюдаются экологические нормы.
• Работа происходит без сильного шума.
• Резка железобетона осуществляется без вибраций.
• Резать бетон можно под любым углом.
• Со станком не сложно работать своими руками.
• Ширина реза составляет около одного миллиметра.

Что касается недостатков, то к ним относятся большие габариты установки, в результате чего исключается работа в жилых помещениях.

Алмазный диск

Алмазная резка

Алмазная резка бетона на сегодняшний день является самой популярной, так как она обладает рядом неоспоримых достоинств, таких как:

• Универсальность;
• Доступность, так как для разрезки бетона можно использовать обычную угловую шлифовальную машинку (болгарку) и алмазный круг.
• Компактность оборудования;
• Высокая скорость работы;
• Отсутствие вибраций.

Профессиональное оборудование для резки алмазными дисками, как правило, оснащено пылесосом для сбора пыли, а также системой подачи воды. Это позволяет охлаждать диск прямо во время работы, а также снизить выбросы пыли.

Данным методом может выполняться резка бетонных стен и полов. Максимальная глубина реза зависит от типа оборудования и диаметра диска.

При использовании данного метода, важно правильно подобрать алмазный диск, в зависимости от типа бетона. Если конструкция армированная, то необходимо использовать турбоалмазные диски с волновым корпусом

Конечно, цена таких кругов наиболее высокая, но за то они являются самыми надежными, эффективными и долговечными.

Нарезка швов в бетоне болгаркой

Ручные станки для водно-абразивной резки металла

Определенная категория гидроабразивных станков находится под управления оператора, так как не имеет ЧПУ. В данном случае угол наклона и прочие параметры оператору приходится выставлять своими руками.

Так как часть работы все же приходится делать своими руками, показатель удобства и комфорта использования такого оборудования далек от идеала.

Но в этом есть и свои плюсы, заключающиеся в нескольких простых факторах, которые в некотором смысле могут стать решающими при выборе оборудования:

• Оборудование без программного обеспечения в несколько раз дешевле станков с ЧПУ;
• Обработка на ручной гидроабразивной установке доступна для человека без специального образования;
• Ручные установки отличаются простой управления и небольшим набором функций, с настройкой которых можно справиться своими руками;
• При этом оборудование обеспечено всеми необходимыми техническими свойствами, которые позволяют получить заготовки с простыми геометрическими формами;
• Ровный качественный рез, возможность проводить срез под углом, раскрой материала и получение простых фигур со строгими геометрическими формами – все эти функции могут быть применены на любых материалах, включая сталь, стекло и медь. В качестве примера можно провести работу для прокладки труб.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Техника лазерной резки латуни

Рассмотреть процесс настройки своими руками ручного станка и его действия можно в видео в разделе.

Принцип работы

Использование станков водно-абразивной порезки не ограничивается лишь возможностями раскроя металлопроката, но все-таки основная часть оборудования продолжает использоваться только в этой сфере. В основе работы гидрорезки находится технология подачи воды под давлением с некоторым содержанием абразивного вещества на поверхность материала. Что во время порезки происходит:

1. Жидкость из специального резервуара подается в смеситель под давлением.
2. В смеситель одновременно направляется абразивный состав, состоящий, как правило, из мелких частиц песка.
3. Вода, после смешивания с абразивом, подается на сопло для порезки металла гидроабразивной струей.
4. Тонкая струя направляется на поверхность материала и режет его.

Этот принцип работы дает возможность значительно повысить скорость и качество обработки металла.

Выбор подходящего материала для гидроабразивной резки

Будет неправильно, если вы поспешно купите какую-нибудь водоструйную машину. Избегайте скидок и подумайте об определенных элементах, которые могут побудить вас приобрести подходящее оборудование. Давайте внимательно рассмотрим некоторые из этих требований:

Материалы для резки

Есть два обычно доступных типа режущих материалов. Это могут быть как мягкие, так и твердые материалы. Чтобы правильно резать более твердый материал, вам нужно добавить в струю воды мелкую крупу.

Вам нужно будет выбрать подходящую модель водоструйной машины с ЧПУ, которая сможет правильно обрабатывать более твердые материалы.

С другой стороны, для резки мягких материалов вам потребуется только чистая вода. Эти материалы представляют собой более тонкий пластик или дерево. Кроме того, идеальный станок использует меньшее давление по сравнению с станком, который режет стальные металлы.

Осложнение кроя

Для выполнения нескольких работ требуется водоструйная машина

Вам жизненно важно понимать сложность некоторых ситуаций резки. Если машина решает очень сложные задачи, для струи воды потребуется какой-то новый механизм

Новый механизм является синонимом пятой оси. Это поможет вам точнее вырезать сложные углы. Еще одним преимуществом станков с пятой осью является то, что они отлично справляются с подготовительными работами к сварке.

Если ваши стрижки в основном простые, то вы можете довольствоваться обычной водоструйной машиной. Вам нужно провести тщательное исследование, чтобы не тратить лишние деньги на дорогую машину.

Рассмотрите возможность покупки подержанной машины

Иногда бюджетный набор может не позволить вам купить новое устройство. Имея это в виду, будет разумным найти отремонтированное устройство, которое может выполнять ту же работу. На рынке полно таких устройств.

На этом этапе вам нужно следовать советам экспертов, чтобы не упасть в канаву. В качестве альтернативы используйте некоторые авторитетные сайты, которые продают эти машины по доступным ценам. Проверьте все параметры, чтобы убедиться, что устройство вас не скоро разочарует.

Обычно водоструйные машины дороги. Вы можете не убить свою мечту о том, чтобы иметь такой, поискав альтернативу на рынке.

Внимательно осмотрите его перед покупкой.

4 Области применения оборудования для гидроабразивной резки

Когда есть такое оборудование, гидроабразивная резка металла становится не только лучшей альтернативой известным способам обработки, но иногда и единственно возможной. Станки отличаются высокой мощностью и способны разрезать нержавеющую сталь толщиной до 200 мм. Не имеет значения: цветной металл или нет, и насколько тверд материал. Скорость и эффективность резки, конечно, зависят от того, что именно подвергается обработке, но высокие качество, точность остаются неизменными.

Традиционные тепловые способы порезки просто бессильны при больших толщинах, а механические менее эффективны и точны. Лазерная резка титана, меди, алюминия, нержавеющей стали весьма проблематична. Камень или некоторые волоконные материалы лазеру вовсе не по зубам. Для пластмасс, которые покрыты металлом, гидроабразивная технология часто является единственным методом обработки, так как не оказывает отрицательного влияния на поверхность.

Примеры промышленного использования, где гидроабразивная резка особенно эффективна:

• автомобильная и авиационная промышленность;
• при производстве электронных компонентов, продуктов питания, пеноматериалов;
• при изготовлении стекловолоконных уплотнений и изделий;
• в обработке металлов, специальных и экзотических материалов;
• работы с камнем, стеклом;
• художественная резка текстиля, металла и других материалов;
• производство изоляционных изделий.

Оборудование для гидроабразивной резки металла

Станки для гидроабразивной резки являются достаточно сложными и отличающимися повышенной энергоемкостью. Машина состоит из таких элементов, как:

1. Головка инструментальная, которая может поворачивать резак на определенный угол. Это дает возможность работать с поверхностями, имеющими сложную конфигурацию.
2. Насос, с помощью которого происходит прокачка и фильтрация воды.
3. Компрессор, подающий абразивные частицы под давлением.
4. Рабочее место, снабженное аппаратурой трехкоординатного позиционирования. При работе с оборудованием небольшого размера мастер проводит данные действия сам.
5. Гасящая остатки энергии ванная, наполненная водой. Она жестко связана с остовом аппаратуры.
6. Специальные емкости, в которые помещается абразивное вещество и вода.
7. Устройство ЧПУ либо пульт, используемый оператором для позиционирования изделия.

Самой популярной является аппаратура для гидроабразивной резки компании WaterJet Cоrp. Inc. (Италия). Фирма производит оборудование портативного и консольного типа. Последнее используется для обработки изделий небольшого размера. Портативное же, имея большую жесткость и точность, предназначено для резки толстых изделий.

Компания изготавливает силовые установки для оборудования и насосы. На ходовой портал устанавливается система автопозиционирования, которая дает возможность проводить одновременную резку различных по составу и толщине материалов. Это качество отличает его от аппаратуры термической резки.