Системы гидроабразивной резки Water Jet Sweden

Технология обработки материалов с использованием гидроабразивного станка

Для обработки разнообразных изделий на промышленном предприятии может использоваться гидроабразивный станок, на котором возможно производить резку материалов с толщиной до 300 мм. Станок с использованием данной технологии может оснащаться ЧПУ, что значительно повышает производительность труда и расширяет возможности применения и сложность выполняемых операций.

Гидроабразивная резка

Технология выполнения гидроабразивной резки

Операция по выполнению гидроабразивной резки заключается в обработке заготовки водяной струей под большим давлением с добавлением в воду режущего вещества в виде мелких частиц твердых горных пород. Для точного позиционирования режущей струи используется лазер и специальная направляющая головка, выполненная из прочного сплава.

Рис. 1 Рабочая операция резки материала под большим давлением на гидроабразивном станке.

Операция резки протекает под воздействием абразивной смеси за счет использования специального насоса, от характеристик которого зависит толщина реза и скорость обработки заготовки. Для управления процессом на станке устанавливается регулятор мощности, который позволяет изменять толщину и скорость реза заготовки. При обработке наиболее прочных материалов применяют трехкомпонентный наполнитель, менее прочных – двухкомпонентную смесь (вода + абразив).

Большую роль в технологическом процессе играет напор воды, который должен иметь рабочие параметры не менее 4700 кг/см2 и скорость до 1200 м/сек.

Для точного позиционирования струи используются специальные сопла, которые имеют различный диаметр выходного отверстия, что позволяет за счет смены головки регулировать толщину реза. Ресурс работы водяных сопел обычно составляет 60 — 100 час. по истечении, которого производится их замена.

Для приготовления абразивной смеси на станке установлена специальная смесительная камера, где производится смешивание различных компонентов согласно заданной программе.

Для автоматизации операций обработки используется блок автоматики, который регулирует операцию резки и скорость подачи режущего вещества, а также осуществляет компенсацию конусности за счет использования технологии Flow Dynamic Waterjet. Система автоматически производит регулировку позиционирования головки со сменой направления угла сопла.

Гидроабразивные станки используются для разделки материалов:

1. нержавеющей стали,
2. алюминия,
3. титана,
4. гранита,
5. мрамора,
6. углепластика,
7. стекла

с образованием ровного реза необходимой толщины.

Обзор: первый настольный станок гидроабразивной резки WAZER

Станок для гидроабразивной резки WAZER: вода режет металл — первый настольный гидроабразивный станок с ЧПУ.

На международной выставке промышленных технологий IMTS 2020, в Чикаго, компания WAZER показала в действии первый настольный станок с ЧПУ для гидроабразивной резки.

Показываем и рассказываем: водяной резак WAZER.

Видео

Wazer

Характеристики

• Операционные системы: Windows, Mac
• Давление впрыска: 414-621 тыс. килопаскаль на квадратный дюйм
• Загрузка файлов: SD
• Поддерживаемые форматы файлов: DFX, SVG
• Энергопотребление —
• Станок: 110-120 В, 250 Вт
• Насос: 110-120 В, 1500 Вт
• Расходный материал: вода, гранатовый песок
• Поддерживаемые материалы для резки: металл, стекло, пластик, керамика и другие
• Размер станка: 864 x 635 x 534 (1194 с подставкой) мм
• Вес станка: 50 (заправленного — 136 ) кг
• Размер рабочего поля: 305 х 460 мм
• Максимальная толщина разрезаемого материала и скорость реза: зависит от материала, подробная таблица
• Точность позиционирования: 0,08 мм
• Ширина реза: 1,5 мм
• Цена: по запросу, предзаказ

История

«Вейзер» начинался как проект на «Кикстартере», в запуске которого участвовали несколько выпускников Пенсильванского университета.

Совсем немного времени заняло признание: аппарат считается одним из наиболее перспективных и награжден, например, премией “Выбор редакции Make Magazine 2019”.

Преимущества

«Вейзер» — относительно компактное оборудование, способное работать с огромным количеством материалов чисто и безопасно.

Устройство и принцип работы

Станок подмешивает частицы абразива в струю воды — испускаемая под высоким давлением, такая смесь способна резать практически любые материалы.

WAZER может резать особо прочные материалы с высокой детализацией и точностью, которых невозможно добиться при ручной обработке.

Материалы

В описании станка на нашем сайте можно найти таблицу материалов с толщиной и скоростью резки.

Например, титановая пластина толщиной 3 миллиметра режется со скоростью чуть менее двух сантиметров в минуту.

В список обрабатываемых материалов входят алюминий, медь, инструментальная и нержавеющая сталь, титан, пластмассы, керамика, стекло.

В комплекте с «Вейзером» поставляется собственный софт. Он работает с цифровыми моделями, подготовленными в системах автоматизированного проектирования. Программное обеспечение WAZER поддерживает форматы SVG и DXF.

Основной расходный материал станка — гранатовый песок фракции 80 меш (т.е., размер частицы не более 0,32 мм), средний расход которого составляет около 150 граммов в минуту.

Срок службы головки — около 3000 часов, рабочего стола — около 20 000.

Стоимость промышленного оборудования для гидроабразивной резки стартует от 100 тысяч долларов. Стоимость же установки WAZER в Соединенных Штатах составляет семь с половиной тысяч долларов — в стандартный комплект входит станок и насос.

Применение

Можем порекомендовать WAZER для любых областей применения, в которых требуется резка листового материала, в особенности жесткого, такого как металл и камень, но не только — ПВХ, например, нельзя резать лазером — образуется ядовитый и коррозионный газ, который опасен для оператора и вреден для оборудования, тут гидроабразивная резка — лучший вариант.

«Вэйзером» можно вырезать, в частности, подвижные функциональные металлические детали, вроде шестерней и других частей механизмов.

Заготовки клинков и кастомную фурнитуру для ножей.

Фигурную керамическую плитку и мебельные материалы.

Авторские художественные работы из самого разного, порой неожиданного сырья.

Пластиковые элементы декора и многое, многое другое.

Даже кулинарные изделия. В этом случае абразив не нужен, мясо WAZER режет чистой водой.

Это оптимальный вотерджет для частной мастерской или малого бизнеса, либо для производства, где абразивная резка не является основной деятельностью, а выполняет вспомогательные функции — изготовление деталей для ремонта, частей прототипов и т.д.

Где купить

Вы можете сделать предзаказ на компактный гидроабразивный резак WAZER в Top 3D Shop, а также подобрать для своего бизнеса другое оборудование — фрезерные станки, лазерные граверы и резаки, 3D-принтеры и робототехнику.

Получить констультацию

Узнайте больше о возможностях усовершенствовать ваше производство интеграцией нового оборудования:

Устройство гидроабразивного станка

Гидроабразивный станок (возможна установка ЧПУ) для выполнения операций по резке материалов состоит из следующих агрегатов:

Рис. 2 Гидроабразивное оборудование (оснащенное системой ЧПУ).

1. Насосной станции.
2. Подводящего трубопровода.
3. Стола координатного с охлаждающей ванной и системой приводов позиционирования головок.
4. Головок режущих.
5. Системного блока подачи рабочей смеси.
6. Емкости сбора для воды.
7. Блока управления операциями, ЧПУ.

Вода из системы водоснабжения подается в насос, где сжимается и под большим напором поступает к режущей головке по соединительному трубопроводу. Одновременно происходит смешивание абразивных компонентов и подача в специальную смесительную камеру с созданием запаса в мини бункере.

На координатном горизонтальном столе предварительно до начала операции резки с помощью зажимов производится фиксация заготовки и позиционирование режущих головок. В ходе процесса резки образуются отходы, состоящие из частиц материала, абразива и воды которые скапливаются в ванной.

Для осуществления высокой точности операции резки головки оснащаются механизмом координатной корректировки по 5 осям:

1. X (движение вперед и назад),
2. Y (смещение влево и право),
3. Z(смещение вверх и вниз),
4. A (смещение с изменением угла наклона),
5. С (круговое движение вокруг оси Z).

Уровень воды в охлаждающей ванне регулируется в зависимости от протекающих процессов при резке заготовок. Излишки удаляются в накопительный бак, где производится очистка от частиц абразива и шлама.

Одним из основных узлов станка является водяной насос. В насосе применена плунжерная система позволяющая, сжимать воду до высокого давления.

Плунжерные насосы используются 2 типов:

1. усиливающего (бустерные),
2. прямого действия.

Насос прямого действия работает по принципу создания низкого давления в цилиндре, откуда вода поступает в насос высокого давления, где с помощью воздействия системы камер и 3 поршней создается необходимый напор воды. Насосы прямого действия имеют невысокую цену и высокий показатель КПД, достигающий 95%, что позволяет создавать требуемый напор воды в системе до 3800 атм.

Для создания рабочего давления требуемого для процесса резки от 4150 до 6000 бар применяются бустерные насосы. В усиливающих насосах необходимый напор воды создается в камере, где поршень приводится в движение поочередно поступающим маслом под давлением 207 атм. В результате осуществления процесса создается напор воды, превышающий в 20 раз давление масла (за счет разности площадей).

Для выравнивания напора воды в системе используется специальный блок аттенюатор, обеспечивающий непрерывность поступления жидкости под большим давлением.

Насосы мультипликаторного типа конструктивно имеют более сложное устройство и требуют принудительной системы охлаждения механизмов.

Для осуществления процесса резки требуется чистая вода без примесей, которую обеспечивает система подготовки воды, осуществляющая процессы, связанные со смягчением воды и удалением элементов: марганца, железа, кремния.

Для предотвращения столкновения режущих головок и достижения высокой точности при обработке заготовки на станке устанавливается специальная система останавливающая процесс при обнаружении неровной поверхности. На подающем трубопроводе устанавливается защита, подключенная к датчику. При столкновении датчик подает сигнал предупреждения, и резак прекращает свое движение.

Для регулирования глубины реза материала используется система постоянного контроля, позволяющая в автоматическом режиме поддерживать необходимый точный зазор между головкой и обрабатываемой заготовкой.

Принцип действия и конструкция станков водно-абразивной резки

Суть функционирования гидроабразивных станков сводится к следующему процессу. Мощный насос водно-абразивного станка подает воду в сопло (используется давление от 1тыс. до 6 тыс. ПА).

Диаметр сопла подбирается в зависимости от технических характеристик металла и может составлять до 0,5 мм.

После чего образуется скоростная струя, за счет которой и происходит вымывание частиц материала по линии среза.

Дополняя водную струю абразивом, ее мощность увеличивают в несколько раз, благодаря чему станок может с высокой точностью раскроить изделие, толщиной свыше 300 мм.

Все вышеописанное происходит на координатном столе станка, оборудованном приводными механизмами, благодаря которым режущая головка может двигаться в нужном направлении.

Дополнительно комплектуется станок для водоструйной резки металла:

1. мощным насосом высокого давления,
2. режущими головками, а также устройством, исключающим механический контакт заготовки с головкой,
3. системой разводки высокого давления,
4. приспособлением для подачи абразивной смеси (возможно дополнение ловушкой – с ее помощью собирается отработанный абразив и при необходимости понижается энергия водной струи).

Современные модели станков для гидроабразивной резки производятся с возможностью подключения к рабочей системе ЧПУ.

Цена на оборудование с ЧПУ более высокая, чем на обычные установки, но стоимость компенсируется возможностью проводить обработку кромок материала под углом и выполнять высокоточную художественную резку.

Кроме того, некоторые варианты гидроабразивных станков с ЧПУ могут оснащаться специальной системой просверливания, позволяющей ускорить рабочий процесс.

Расходные материалы для гидроабразивных станков:

• Сопло – изготовление данного типа расходника для станков обходится дорого, так как сам процесс производства отличается сложностью, а цена на применяемые в данном случае материалы слишком высока,
• В процессе изготовления сопел используют искусственно выращенный в лаборатории алмаз, рубин, сапфир или корунд. Именно по этой причине цена на гидроабразивную обработку металла не снижается,
• Применение таких материалов позволяет увеличить рабочий период времени деталей до 500 часов,
• Смесительные трубки – изготавливают с применением сплавов, отличающихся высокой прочностью, за счет чего расходное время их эксплуатации составляет около 200 часов.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Станки лазерной резки металла

Так как водно-абразивная технология проходит без образования нагрева рабочих участков обрабатываемого материала, в некоторых случаях ее можно считать единственной с возможностью применения для резки изделий на взрывоопасных объектах.

А также для материалов, структура которых при нагреве теряет свои изначальные свойства.

Эксплуатационные характеристики и расходные материалы

Процесс резки с использованием гидроабразивного станка выполняется под большим давлением, что значительно сокращает срок эксплуатации рабочих элементов.

Рис. 3 Установка гидроабразивной резки (оснащенная системой ЧПУ).

Эксплуатационные сроки использования элементов станка:

1. трубка, подающая абразивный материал (час.) – 250,
2. уплотнители для режущей головки (час.) — 500,
3. решетка координатная (час.) — 150,
4. сопло специальное водяное (час.) — 60,
5. трубка, подающая смесительная (час.) — 80,
6. уплотнители для мультипликатора (час.) — 200,
7. мини бункер (час.) — 250,
8. масло (час.) — 2000,
9. соль для смягчения используемой воды — по норме,
10. песок абразивный — по норме,
11. смазка — по норме.

Виды гидроабразивных станков и особенности их применения

Принцип действия гидроабразивного оборудования для резки металла и других материалов заключается в эрозийном воздействии состава на обрабатываемую заготовку путем выработки аппаратом высокоскоростной абразивной струи.

Механическая сила струи позволяет отрывать и уносить скоростным потоком твердофазных микрочастиц частицы материала.

Эффективность и стабильность воздействия струи обеспечивают конкретно подобранные параметры резки, такие как расход жидкости, давление и величина абразивной крошки.

Существующие виды станков для водно-абразивной резки отличает конструкция, рабочая мощность, назначение и цена.

Некоторые модели станков оснащаются системой ЧПУ, за счет которой можно без усилий выполнить раскрой любых фигурных заготовок.

Вмешательство оператора в работу станка гидроабразивной резки с системой ЧПУ минимально, все, что ему необходимо сделать, это своими руками загрузить в компьютерную программу нужный чертеж и указать тип материала, его толщину и скорость резки.

Второй вид станков, который заслуживает отдельного внимания, – портативный.

Обычно их применяют для резки в опасных местах – в нефтяной и противопожарной сфере.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Виды фрезерных станков по металлу

Портативный станок незаменим для водно-абразивной резки металла при строительстве подземных тоннелей и колодцев, а также для резки опасных трубопроводов.

Видео:

Рассматриваемое переносное устройство отличает скорость резки и высокая точность проводимых работ, за счет чего может применяться не только для резки металла, но и камня.

Кроме того, на сегодняшний день различают два метода водоструйной резки материалов: гидрорезка и гидроабразивная резка.

При этом две указанных технологии между собой имеют минимальные отличия.

В первом случае резка материала выполняется без использования абразивного состава – механическое воздействие на заготовку оказывает водная сверхзвуковая струя.

Второй метод основывается на применении жидкости и абразива, только воздействие на металл или другой материал оказывают частицы абразивной смеси, которые врезаются в линию реза изделия.

При этом гидроабразивная резка имеет в тысячи раз большее механическое воздействие, чем высокоскоростная струя без абразивной крошки.

Поэтому каждый метод водоструйной резки имеет свое назначение.

Например, гидрорезке найдено применение в обработке мягких материалов, включая цветные металлы, а резку с абразивом используют для обработки твердого металла, керамических и композитных материалов.

Видео:

В промышленной сфере чаще всего практикуется использование станков гидроабразивной резки, оснащенных системой ЧПУ. Их применение позволяет обрабатывать нержавеющую сталь с толщиной листа до 200 мм.

Для таких станков не играет большой роли твердость материала, который может быть как сверхпрочным, так и с повышенным показателем мягкости, это может быть цветной или черный металл.

С помощью интенсивной 1мм водной струи можно добиться четко очерченных контуров углов с высоким допуском.

Универсальность станков гидроабразивной резки делает возможной обработку разного вида искусственных и натуральных камней.

С их помощью стеклянная отрасль производит пуленепробиваемые изделия с микронной прочностью, тонкий хрусталь.

Гидроабразивное оборудование позволяет осуществлять резку всех без исключения материалов, от пружинных каленых сталей до капризных цветных металлов и их сплавов, а также графита, бумаги, ткани и резины.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Как выбрать ленточную пилу по металлу?

Добиться качественного плотного раскроя материалов позволяет тонкая струя, а увеличить производительность удается, благодаря автоматизации процесса и наличию в системе станков ЧПУ.

Ведущие компании производители гидроабразивных станков

Наиболее известными производителями станков для гидроабразивной обработки материалов являются компании:

1. Flow (USA),
2. Water Jet Sweden (Швеция) ,
3. Jet Edge (USA),
4. Resato (Голландия),
5. PTV (Чехия),
6. Garetta Technology (Италия),
7. Alico (Финляндия),
8. Bystronic (Швейцария).

Станочное оборудование, используемое для гидроабразивной обработки изделий:

1. Flow WMC2 с ЧПУ (USA),
2. OMAX JetMaching Center 2626 с ЧПУ(USA),
3. Water Jet Sweden NC 1000 с ЧПУ (Швеция),
4. Resato R-LCM 1515-1 с ЧПУ(Голландия),
5. BarsJet 1510-3.1.1 (Россия).

В России производством станков для гидроабразивной резки занимается с использованием разработок НПО «Барс».