Что такое станок для гидроабразивной резки: типы, особенности и применение

Содержание статьи:

Гидроабразивный станок с ЧПУ — это еще один станок, который вы можете добавить в свой арсенал производственного оборудования, чтобы придать вашему цеху большую универсальность в процессах резки. Гидроабразивный станок с ЧПУ без труда разрезает различные материалы разной толщины, используя высокую скорость и давление. Это действие создает ускоренный процесс эрозии, который работает аналогично механической обработке, но без режущих инструментов.

Станки для гидроабразивной резки — это высокотехнологичное оборудование, предназначенное для точной и эффективной обработки различных материалов. Эта технология, основанная на использовании струи воды под высоким давлением с добавлением абразива, открывает широкие возможности в промышленности. В данной статье мы подробно разберём, как работают гидроабразивные станки, их основные преимущества, а также ключевые области применения.

Гидроабразивная резка стала мощным и популярным инструментом, используемым во многих производственных процессах по всему миру. Читайте дальше, чтобы узнать почему:

Что такое гидроабразивная резка?

Гидроабразивный станок с ЧПУ — это промышленный инструмент, который использует струю воды под высоким давлением для резки различных материалов, включая металлы, пластмассы, композиты и керамику. Гидроабразивная технология работает только с водой при резке мягких материалов, таких как дерево и резина. Для резки более твердых материалов в воду можно добавить абразивное вещество, например, гранат или оксид алюминия.

Резка обычно выполняется под поверхностью воды, чтобы минимизировать шум и беспорядок, поскольку давление воды при резке составляет 60 000 PSI (фунтов на квадратный дюйм) или выше. Это примерно в тридцать раз больше, чем давление, создаваемое обычной электромойкой через сопло с отверстием диаметром 0,010-0,015 дюйма.

Вода подается в аппарат с помощью насоса и фильтра, причем фильтр является важнейшим компонентом, поскольку только чистая вода может обеспечить высокое давление, необходимое для создания равномерной струи резки. Правильная фильтрация защищает компоненты машины высокого давления от потенциально вредных соединений и минералов.

Что такое станок для гидроабразивной резки: типы, особенности и применение

Принцип работы станков для гидроабразивной резки

Гидроабразивная резка осуществляется с помощью направленной струи воды под давлением до 4000 бар. Для увеличения режущей способности в воду добавляется абразивный материал, например гранатовый песок. Основные этапы работы:

  1. Создание давления. Вода подаётся в систему под высоким давлением с помощью насоса.
  2. Формирование струи. Через узкое сопло вода превращается в тонкую струю с высокой скоростью.
  3. Добавление абразива. Абразив смешивается с водой в камере смешивания, образуя режущий инструмент.
  4. Резка материала. Полученная струя разрезает материал с высокой точностью и минимальным воздействием на структуру заготовки.

Этот метод применяется для обработки как мягких, так и сверхтвёрдых материалов без нагрева и деформации.

Из каких частей состоит гидроабразивный станок

Три основных компонента необходимы для создания потока воды под высоким давлением, в результате чего получается точная режущая кромка.

Система подачи воды под высоким давлением

Эта система включает в себя насос, создающий воду под давлением, и все водопроводные трубы, необходимые для ее подачи.

Машина

Многоосевой гидроабразивный станок (оси X, Y, Z) включает в себя режущую головку, гидроабразивный стол, сопло для резки абразива и ловитель материала.

Система управления

Программное обеспечение в высокопроизводительной системе управления управляет интерфейсом оператора, управлением перемещениями по осям X, Y, Z, позиционированием сопла и системой обратной связи по скорости.

Что такое станок для гидроабразивной резки: типы, особенности и применение

Как работает гидроабразивный станок

Процесс гидроабразивной резки универсален и может быть осуществлен различными способами. В большинстве случаев в воду добавляется абразив, который помогает вырезать частицы из заготовки в форму, соответствующую точным спецификациям.

Гидроабразивная резка имеет ряд преимуществ перед другими процессами резки, такими как лазерная или плазменная резка. Гидроабразивные системы обеспечивают более высокую точность, позволяют вырезать сложные конструкции и могут обрабатывать термочувствительные поверхности. Процесс не нагревает материал и не изменяет его температуру, а также оставляет чистые кромки, не требующие вторичной обработки.

Принцип работы станков для гидроабразивной резки

Гидроабразивная резка осуществляется с помощью направленной струи воды под давлением до 4000 бар. Для увеличения режущей способности в воду добавляется абразивный материал, например гранатовый песок. Основные этапы работы:

  1. Создание давления. Вода подаётся в систему под высоким давлением с помощью насоса.
  2. Формирование струи. Через узкое сопло вода превращается в тонкую струю с высокой скоростью.
  3. Добавление абразива. Абразив смешивается с водой в камере смешивания, образуя режущий инструмент.
  4. Резка материала. Полученная струя разрезает материал с высокой точностью и минимальным воздействием на структуру заготовки.

Этот метод применяется для обработки как мягких, так и сверхтвёрдых материалов без нагрева и деформации.

Вот как происходит процесс резки:

Определение ширины пропила

Ширина пропила относится к материалу, удаляемому в процессе гидроабразивной обработки с ЧПУ, обычно 0,040 дюйма или меньше. Размер пропила является критическим фактором проектирования и должен учитываться при определении размеров конечного изделия. Размеры конечной детали будут точными только в том случае, если пропил будет учтен заранее.

Первоначальная гидроабразивная прошивка

Прошивка — это другое название первого пропила, который делает гидроабразивный резец, и с него начинается процесс резки, подобно тому, как врезание инициирует начало токарного процесса. Наиболее распространенными методами пробивки являются стационарный, линейный, круговой и низкого давления, в зависимости от материала и наименьшего количества получаемых отходов.

Нагнетание давления

Наиболее часто используемым методом нагнетания давления воды является линейный интенсификатор. В насосах линейного интенсификатора используется гидравлическое масло под давлением 3000 фунтов на кв. дюйм. Масло низкого давления давит на поршень, площадь поверхности которого в двадцать раз больше, чем у плунжера высокого давления, который давит на воду. Поскольку насос низкого давления в двадцать раз больше насоса высокого давления, давление на больший плунжер усиливается в двадцать раз, создавая давление воды в 60 000 фунтов на квадратный дюйм.

Движение воды по трубкам

Вода под давлением движется по трубкам высокого давления к режущей головке. Трубки изготавливаются из термопластика или нержавеющей стали и обладают исключительной прочностью на разрыв, текучестью и гладкой внутренней поверхностью.

Гидроабразивная режущая головка

Вода под давлением и гранат выходят из отверстия режущей головки со скоростью, почти в четыре раза превышающей скорость звука, и могут разрезать сталь толщиной более одного фута. Когда вода проходит через отверстие режущей головки, изготовленной из алмаза, рубина или сапфира с отверстием размером от .010″ до .015″, ее скорость увеличивается до более чем 90 000 фунтов на квадратный дюйм, что непосредственно влияет на процесс гидроабразивной резки.

Что такое станок для гидроабразивной резки: типы, особенности и применение

Особенности гидроабразивной фрезы

Гидроабразивные фрезы — это оригинальный инструмент для гидроабразивной резки только водой. Чистая гидроабразивная резка позволяет резать мягкие материалы, такие как пенопласт, пластик, бумага, изоляция, цементный картон и автомобильные интерьеры. Они создают тонкую струю, которая обеспечивает превосходную детализацию при небольшом количестве отработанного материала.

Абразивная гидроабразивная резка во многом похожа на чистую резку, за исключением того, что гранатовый абразив втягивается в головку и смешивается с водой. Получаемая струя в тысячу раз мощнее, чем струя чистой воды, что позволяет ей резать твердые материалы, такие как металл, керамика, камень, стекло и композитные материалы.

Что такое станок для гидроабразивной резки: типы, особенности и применение

Виды гидроабразивной резки

В некотором смысле процесс гидроабразивной резки напоминает использование ленточной пилы для удаления материала. Однако резка материалов в современных производственных условиях сложнее, чем это может сделать ленточная пила. С другой стороны, машины гидроабразивной резки могут выполнять множество различных резов в зависимости от области применения.

В списке представлены разнообразные функциональные возможности гидроабразивного станка с ЧПУ:

Одномерная резка

Одномерные гидроабразивные движения — это стационарные резы, выполняемые за один проход заготовки. Используемые в основном для обрезки, эти резы являются самыми основными маневрами в гидроабразивной резке, и их можно выполнять как с добавлением абразива в воду, так и без него.

Двухмерная (X и Y)

Двухмерная резка требует управления и программирования ЧПУ. Станки с ЧПУ оснащены серводвигателем для управления позиционированием и скоростью резки. Ось Z контролирует высоту режущей головки и адаптируется к различной толщине материала. В заполненном водой баке-ловушке имеются прорези для поддержки заготовки.

Трехмерная (X, Y и Z)

Трехкоординатная резка включает в себя оси X (слева направо), Y (спереди назад) и Z (вверх и вниз). Заготовка всегда неподвижна, пока режущая головка перемещается по трем плоскостям.

Четырехмерная (X, Y, Z и A)

При четырехкоординатном резании заготовка обрабатывается по осям X, Y и Z с добавлением вращательного движения. По оси А заготовка переворачивается, чтобы гидроабразивная машина могла удалить материал с обеих сторон заготовки или вырезать отверстия в ее боковой части.

Пятимерные (X, Y, Z, A и B)

Пятиосевые системы позволяют перемещать заготовку по пяти осям одновременно. Заготовка перемещается вдоль двухмерных осей X, Y и Z с различными вращательными движениями вокруг этих трех осей, совершая повороты на 180 градусов. Пятиосевые станки позволяют изготавливать сложные детали, но требуют большого объема программирования ЧПУ.

Что такое станок для гидроабразивной резки: типы, особенности и применение

Компоненты станков для гидроабразивной резки

  1. Насос высокого давления. Обеспечивает подачу воды под давлением.
  2. Система управления ЧПУ. Позволяет точно программировать движения режущего инструмента.
  3. Резак. Включает сопло и камеру смешивания абразива.
  4. Резервуары для воды и абразива. Обеспечивают постоянную подачу материалов в рабочую зону.
  5. Рабочая поверхность. Удобная платформа для размещения заготовок.

Области применения станков для гидроабразивной резки

Гидроабразивная система стала точным производственным процессом с быстрым временем выполнения заказа, что делает ее предпочтительным методом резки для нескольких отраслей промышленности, особенно для тех, где требуются жесткие допуски. Гидроабразивная резка завоевала популярность среди нескольких отраслей промышленности по многим причинам. Вот некоторые из них:

Металлообработка

Используется для создания деталей сложной формы, элементов машин и механизмов, а также высокоточных компонентов для авиационной и автомобильной промышленности.

Архитектура и строительство

Гидроабразивная резка применяется для создания декоративных элементов, резьбы на камне, мозаики и нестандартных конструкций.

Производство электроники

Технология позволяет изготавливать компоненты для микросхем, печатных плат и других деталей, требующих ювелирной точности.

Аэрокосмическая промышленность

Аэрокосмические компоненты часто сложны и требуют точности, и по своей природе они не допускают ошибок. Это одна из основных причин, по которой гидроабразивная резка стала неотъемлемой частью производства аэрокосмических деталей и компонентов, таких как панели управления и детали реактивных двигателей.

Абразивная гидроабразивная резка — это выбор для резки стали, латуни, инконеля и алюминия, используемых в лопатках турбин, секциях крыльев, тормозных компонентах и шасси.

Автомобильная промышленность

Роботизированные системы являются основой автомобильной промышленности, а гидроабразивная резка хорошо интегрируется в автоматизированные системы. Однако в автомобильной промышленности применяются оба метода гидроабразивной резки. Чистая гидроабразивная резка придает форму коврам, изоляции и обшивке салона, при этом образуется минимум отходов материала.

При гидроабразивной резке не образуются зоны термического воздействия (ЗТВ), не выделяются вредные пары и не создается напряжение на заготовке. Вместо этого получаются поверхности без заусенцев, что позволяет избежать необходимости вторичной отделки.

Медицина

Станки используются для производства хирургических инструментов, протезов и других медицинских изделий.

В медицине технология гидроабразивной резки заменяет традиционные хирургические режущие инструменты для определенных операций. Например, вода под высоким давлением по спирали измельчает и всасывает паренхимальные клетки печени при лечении опухолей. Она не выделяет тепла, которое могло бы повредить другие органы, сводя к минимуму возможность кровотечения. Изменяя давление и скорость потока, теперь можно препарировать человеческие ткани с меньшей травмой, кровотечением и послеоперационными проблемами.

Резка стекла

Резка стекла — сложный процесс, требующий точных инструментов, чтобы не проколоть и не разбить стекло. Как и в медицинской промышленности, резка стекла струей воды позволяет изменять и регулировать поток воды, чтобы не повредить стекло. Струя может вырезать любую форму, очертания, конфигурацию или заготовку с точностью до мельчайших деталей. Точный поток воды под высоким давлением позволяет вырезать отверстия и выемки, не опасаясь искажений.

Электроника

Производители постоянно ищут пути снижения затрат и повышения эффективности. Стоимость является существенным вопросом в производстве электроники, и эффективность гидроабразивной резки сделала ее неотъемлемой частью производства электроники. Гидроабразивная резка с ЧПУ отлично подходит для резки печатных плат или зачистки проводов без их повреждения.

Стекловолокно

Гидроабразивная резка позволяет придавать стекловолокну форму и форму без образования пыли и чрезмерных отходов. Жесткость стекловолокна обычно не является фактором, поскольку процесс гидроабразивной резки работает как при формировании изоляции, так и при создании лодок.

Реклама и дизайн

Станки позволяют изготавливать сложные фигуры, логотипы и декоративные элементы из пластика, стекла и других материалов.

Что такое станок для гидроабразивной резки: типы, особенности и применение

Основные преимущества гидроабразивной резки с ЧПУ

Гидроабразивная резка предлагает производителям универсальность и гибкость, как никакая другая. Ряд преимуществ, связанных с использованием гидроабразивной резки, дает этой технологии преимущество перед другими, такими как лазерная и пильная резка.

Отсутствие термического воздействия

В отличие от лазерной или плазменной резки, гидроабразивная резка не вызывает нагрева материала. Это позволяет избежать деформаций и изменения структуры заготовки.

Что такое зона термического влияния? Это участок металла, который не был расплавлен, но подвергся изменениям свойств из-за воздействия относительно высоких температур. Процессы резки, генерирующие высокую температуру, создают проблемы, такие как закаленные края и деформация для мастерских. Производители преодолели эти проблемы, используя гидроабразивную резку — процесс холодной резки.

Точные внутренние вырезы

Процесс гидроабразивной резки позволяет создавать всевозможные нестандартные узоры, уникальные рисунки и логотипы. Точность резки ±0,0005″ возможна при использовании гидроабразивного резака, что делает его предпочтительным инструментом для точных внутренних вырезов.

Высокая точность обработки

Технология обеспечивает точность до 0,1 мм, что делает её идеальной для сложных и детализированных работ.

Производители добиваются гладких кромок без заусенцев благодаря сочетанию правильной скорости, давления, размера сопла и расхода воды. В большинстве случаев гидроабразивная резка устраняет необходимость вторичной отделки, что позволяет сэкономить значительное время и деньги и повысить эффективность производственной линии.

Нет необходимости смены инструмента

Гидроабразивная резка позволяет обрабатывать различные материалы без смены инструмента. Просто отрегулируйте скорость подачи для нового материала и толщины и приступайте к следующему резу.

Экономическая эффективность

Станки для гидроабразивной резки позволяют минимизировать отходы материала и исключают дополнительные операции по доработке поверхности.

Гидроабразивная резка — это процесс холодной резки. Другие методы обработки с выделением тепла могут создавать тепловые зоны, которые часто вызывают коробление деталей, что делает их не соответствующими допускам и даже непригодными для использования. Благодаря процессу холодной резки гидроабразивная система ЧПУ сводит к минимуму или исключает вероятность брака обработанных деталей. А поскольку детали, обработанные гидроабразивным способом, не требуют обработки кромок или вторичной отделки, вы экономите деньги на этих дополнительных операциях.

Экологическая безопасность

Процесс не выделяет вредных газов и отходов. Использование замкнутых систем водоснабжения делает технологию ещё более экологичной.

Универсальность

Станки подходят для работы с самыми разными материалами, включая:

  • Древесину.
  • Металлы (сталь, титан, алюминий);
  • Композиты и пластики;
  • Керамику и стекло;
  • Натуральный камень и мрамор;

Струя воды под высоким давлением и абразивный раствор разрезают большинство материалов. Кроме того, толщина материала не так важна, поскольку гидроабразивные станки могут резать алюминий, многослойные материалы, композиты и закаленные стали толщиной более одного дюйма.

Что такое станок для гидроабразивной резки: типы, особенности и применение

Недостатки гидроабразивной резки

Хотя преимущества гидроабразивной резки с ЧПУ значительны, есть несколько недостатков, которые вам следует учитывать:

Более длительное время резки

По сравнению с традиционными производственными процессами, такими как фрезерование с ЧПУ и токарная обработка, гидроабразивная резка с ЧПУ значительно медленнее.

Дорогостоящий процесс обработки

Небольшие предприятия могут обнаружить, что технология гидроабразивной резки с ЧПУ им не по карману.

Сложно выдержать размеры на более толстых материалах

Гидроабразивная резка, скорее всего, будет менее эффективна на очень толстых материалах и будет создавать проблемы с соблюдением точности размеров.

Электроэрозионная обработка может быть лучшим вариантом

В зависимости от допусков, типа металла и сложных форм, электроэрозионная обработка может быть лучшим выбором, чем гидроабразивная резка.

Советы специалистов по выбору станков для гидроабразивной резки

При выборе оборудования важно учитывать:

  • Мощность насоса. Для толстых и твёрдых материалов требуется более мощное оборудование.
  • Размер рабочей зоны. Определяется размерами заготовок, которые вы планируете обрабатывать.
  • Система ЧПУ. Современные модели оснащены интуитивно понятными программами управления, которые позволяют работать с высокой точностью.
  • Расходные материалы. Учитывайте стоимость абразива, воды и электроэнергии.

Перспективы развития технологии

Гидроабразивная резка продолжает совершенствоваться. Среди перспективных направлений:

  • Увеличение точности обработки до нанометрового уровня;
  • Автоматизация процессов и интеграция с промышленными роботами;
  • Повышение экологичности за счёт замкнутых систем водоснабжения;
  • Разработка новых видов абразивов для обработки уникальных материалов.

Заключение

Станки для гидроабразивной резки — это универсальное и высокоэффективное решение для обработки самых различных материалов. Их точность, экологичность и способность работать с широким спектром заготовок делают их незаменимыми в промышленности. Выбор подходящего оборудования и его правильная эксплуатация помогут значительно повысить производительность и качество продукции.