Резка камня водой гидроабразивная резка

Технология гидроабразивной резки

Гидроабразивная резка – это вид обработки материала резанием, где в качестве режущего инструмента выступает струя воды с частицами абразива, подающаяся под высоким давлением со сверхзвуковой скоростью. Физическая суть процесса гидроабразивной резки состоит в отрыве и уносе из полости реза частиц материала скоростным потоком твердофазных частиц.

Любая установка гидроабразивной резки работает по следующей схеме:
1. Насосы высокой мощности создают давление воды от 3800 до 6200 бар внутри самоцентрирующейся режущей головки.
2. В сопле формируется тонкая струя воды, которая под большим давлением, со скоростью выше скорости звука, подается в смеситель.
3. В смеситель аппарата из сопла подается вода, а абразивный материал – из специального бункера для абразива.
4. После смешивания вода с абразивом образуют режущую струю, которая подается на разрезаемый материал.

Рисунок 1- Схема головки для гидроабразивной резки

Стол для раскроя имеет консольное или портальное исполнение и специально разработанный корпус, позволяющий добиться оптимальной стабильности, а также отсутствия искажений и вибраций в условиях работы на больших скоростях.
Управление процессом резки осуществляется при помощи специализированного программного обеспечения, различные версии которого позволяют осуществлять рез любой формы в зависимости от возможностей режущей головки.

Основные достоинства гидроабразивной резки:

• Холодный рез. Гидроабразивная резка – это «холодный» процесс, так как он не требует дополнительного тепловложения. В процессе резки задействуются вода и абразив, нагрев разрезаемого материала остается незначительным, отсутствуют термическая и механическая деформации. Также достоинством «холодного» реза является отсутствие грата, коробления, окалины, поэтому полученные изделия, благодаря высокому качеству реза, не требуют предварительной подготовки перед последующими операциями (например, окрашиванием или сваркой). Также процесс холодной резки в целом увеличивает производительность, так как при установке заготовок их не требуется фиксировать, и охлаждать перед последующим технологическим переделом.

• Высокая точность реза (± 0,1 мм). Сочетание большого давления и малой площади реза позволяют добиться желаемого результата без дополнительных операций. Гидроабразивная резка активно применяется при необходимости получить высококачественный рез, например для получения точных геометрических форм. Также гидроабразивная резка может использоваться для самых разнообразных материалов и нестандартных видов поверхностей.

• Высокая универсальность в применении. Гидроабразивная резка применяется в самых разнообразных сферах: от массового производства деталей из листового металла до объемной резьбы по мрамору, и является одной из самых универсальных систем резки на сегодняшний день. Допустимая толщина для разрезаемых сталей составляет 300 мм. Внедрение 5-осевых режущих головок привело к бурному росту гидроабразивной резки: при вырезке плоских деталей головка может производить непрерывную резку, двигаться вокруг заготовки, а также производить наклонную резку в диапазоне ±55 о .

• Минимальные отходы разрезаемого материала.

• Полная пожаро- и взрывобезопасность процесса (исключена вероятность горения или плавления материалов.

• Экологичность процесса (полное отсутствие вредных испарений, экологичность используемых абразива и воды).

Сравнение гидроабразивной резки с другими технологиями резки

Рисунок 2 – Область применения гидроабразивной резки

Источник

Вода камень режет или что такое гидроабразивная резка

В народе уже давно используется такая поговорка: «Вода камень точит». И это не просто абстрактное, но и прямое выражение. Дело в том, что не только мрамор, но и плотный гранит можно на самом деле точить при помощи направленной струи воды. Вот и возникает вопрос: а можно ли резать камень водой и если «да», то, как выполняется такая технология?

Вода камень режет

Сегодня на производстве используются несколько способов обработки разных материалов. Это касается как натурального, так и искусственного камня. Один из способов называется Water — Jet, поэтому становится понятно, что речь идет про воду, а точнее про струю воды. Хотя в народе этому методу дали другое название — «гидрорезка» или даже просто «водорезка». При помощи такой технологии любой камень не только обрабатывается по сторонам, но и режется.

Для этого используется струя воды под очень большим давлением, которое достигает 4100 атмосфер, и даже больше, в зависимости от используемого насоса. Используя такую технологию, из любого плоского материала удастся придать необходимую геометрию, потому что точность резки достигает 0,1 — 0,2 мм. Благодаря этому дизайнеры могут создавать декор из камня, как для интерьера, так и экстерьера. Ведь даже твердые породы минералов легко поддаются обработке, поэтому благодаря данной технологии, можно создавать различные художественные шедевры.

Технология гидрорезки камня

На самом деле, гидроабразивная резка камня, является более ускоренным природным явлением, которое каждый внимательный человек может наблюдать в природе. На пляжах часто можно находить камни с настолько гладкими и закругленными сторонами, что их приятно держать в руках. И про это позаботилась морская вода, столетиями обтачивая куски камней при помощи прибоев и приливов. И при этом внутренняя структура минерала не разрушается.

Но ведь в такой обработке камня используется не только вода, здесь обязательно присутствует и песок, выступающий в роли абразива. В данной технологии в воду добавляется абразив. Создается очень тонкая струя, которая может быть толщиной 0,5 – 1,1 мм. За счет высокого давления (4100 атм.), легко режется гранит, мрамор, травертин, кварцит. Такую технологию можно применять для резки керамической плитки , керамогранита или любого другого материала.

История появления технологии

Разработки такой технологии начались давно, еще со второй половины XX столетия. Причем, одновременно, как в СССР, так и в США. В этих странах задались вопросом, режется ли камень при помощи воды и как это выполнить правильно? Прототип насоса для гидрорезки был создан в 1970 году в Чикаго, а уже через 3 года начало выпускаться подобное оборудование для промышленного сектора.

В качестве абразива обычно берется гранатовый песок. Чтобы не происходило разрушение смесительного сопла станка, его изготовляют из карбид вольфрама, так называемых корундов, а водяные сопла, через которое подается струя воды, изготавливаются из промышленных алмазов или сапфиров.

Преимущества гидрорезки камня

На выходе из станка тонкая струя воды с абразивом достигает сверхзвуковой скорости — до 1200 м/сек. То есть, она в три раза превышает скорость звука. Ее направляют на обрабатываемый камень, где она образует линию разреза, которая может быть, как прямой, так и криволинейной. Важно и то, что сам поток не нагревает материал, и максимальная температура поверхности обрабатываемого материала не превышает +60 градусов по Цельсию. Ведь при нагревании любой камень способен разрушаться.

Можно назвать несколько очень важных преимуществ водоабразивной резки камня водой.

1. Таким способом удается разрезать любые породы камня.
2. Удается создавать не только прямой, но и криволинейный разрез.
3. Отсутствуют ударные нагрузки, так что обрабатываемый камень можно не закреплять.
4. Производить резку материала можно с любого места, даже с его средины.
5. Минимальный отход при раскрое камня.
6. Универсальность процесса раскроя.

К этому стоит добавить еще один очень важный момент: так как ширина разреза составляет от 0.8 до 1.5мм, практически нет ни каких отходов. Это важно, если происходит обработка дорогостоящего природного минерала. Поэтому, когда возникает вопрос, чем разрезать камень, нужно использовать этот метод.

Такую методику можно применять для следующих целей:

• создавать уникальные дизайн-проекты, которые используются для оформления интерьеров и экстерьеров;
• точно подгонять элементы из разных материалов, например, скело + камень, камень + металл;

Методика Water-Jet применяется для резки не только камня, но также фарфора, керамики, графита, стекла, любых цветных сплавов металлов, которые по ряду причин, не возможно обработать другими способами.

Источник

Гидроабразивная резка: плюсы и минусы технологии

История появления гидроабразивной технологии

Прототипы современных водоструйных машин появились в начале 19 века. Шахтеры из Советского Союза и Новой Зеландии использовали воду под давлением для вымывания рыхлой угольной породы. Чуть позднее такую же концепцию стали применять золотодобытчики в США во время золотой лихорадки. Водяным потоком они вычленяли драгоценный металл и направляли его вниз по специальным каналам. И хотя сегодня гидравлическая добыча полезных ископаемых не является основной функцией гидроабразивных установок, она знаменует собой начало серии изобретений, которые привели к тому, что теперь вода является эффективным режущим средством.

Конструкция гидроабразивного станка и принцип его работы

Современные станки для гидроабразивной резки состоят из 5 основных узлов: насосной станции, координатного стола, режущей головки, системы подачи абразива и стойки оператора. Конструкция станков у разных производителей может незначительно отличаться и обрастать дополнительным оборудованием, однако в целом «скелет» установки выглядит именно так.

Насос — это «сердце» системы. Он отвечает за нагнетание давления воды. По степени мощности насосные станции подразделяются на две подгруппы: на 4000 bar и 6000 bar. В последние годы производители стали выпускать насосы и большей мощности, однако они целесообразны на сверхсложных работах и не востребованы в условиях большинства металло- или камнеобрабатывающих предприятий.

Насосные станции также подразделяются на две группы и по конструктиву. Они бывают мультипликаторного типа и прямого действия. Первый вид создает возвратно-поступательные движения плунжеров подачи воды путём давления масла на центральный (гидравлический) поршень. Двадцатикратная разница площадей гидравлического поршня и торца плунжера обеспечивает повышение давления в 20 раз. То есть, при подаче масла под давлением 200 атмосфер мы получаем давление воды в 4000 атмосфер (бар).

Насосные станции прямого действия представляют собой три поршня для нагнетания воды, движение которых осуществляется через коленчатый вал.

Далее по трубкам высокого давления вода направляется в режущую головку. Одним из ее элементов является смесительная камера. В ней происходит перемешивание жидкости с абразивным материалом. Полученная смесь поступает в фокусирующую трубку и со скоростью ≈1000 метров в секунду врезается в заготовку, которая лежит на координатном столе. Миллионы частиц абразива выступают в качестве переносчиков энергии и, ударяясь об изделие, отрывают от него микроскопические куски.

С добавлением абразива режущая способность воды возрастает в сотни раз, и она способна раскраивать почти любой материал. Наиболее оптимальным абразивом является гранатовый песок фракции 80 mesh. Предпочтение отдается аллювиальному (океаническому) месторождению. Такой песок обладает высокой твёрдостью, средним размером песчинок (0,25÷0,45 мм) и не забивает фокусирующую трубку.

Преимущества гидроабразивной резки перед лазерным станком

Гидроабразивная резка имеет ряд неоспоримых преимуществ перед лазерными или ленточнопильными станками.

В первую очередь — это возможность резать любые материалы. Лазер или пила существенно ограничивают направления деятельности предприятия, а гидроабразивный станок легко раскраивает металл (включая титан), камень, резину, стекло, кожу, бумагу. При этом практически нет ограничений и по толщине изделия. Гидроабразивная установка способна раскраивать каменную или металлическую заготовку в десятки сантиметров. Вопрос лишь во времени, которое потребуется струе воды, чтобы «пробить» сверхбольшие толщины.

Второй важнейший аспект гидроабразивной технологии — это отсутствие высоких температур. При обработке металла на лазерном или ленточнопильном станке кромка реза подвергается нагреву, в результате чего образуется наплавка. Для ее удаления необходимо произвести дополнительные операции, например, шлифовку. Это увеличивает и стоимость, и время изготовления детали. Водяная струя выступает в качестве режущего и одновременно охлаждающего инструмента. Поэтому из под гидроабразивного станка выходит практически готовое изделие.

Третьим по списку, но не по степени важности идет экономический аспект. Поскольку струя воды, выходящая из фокусирующей трубки, может иметь толщину человеческого волоса, у предприятия сокращаются затраты на лом. В процессе гидроабразивной резки минимизируется количество металлической стружки, а сами заготовки можно вырезать максимально близко друг к другу. Это позволяет экономить на материале.

Помимо многофункциональности и экономической целесообразности гидроабразив является экологически чистой технологией. Станки данного типа не выделяют в атмосферу вредных газов, поэтому они абсолютно безопасны для человека, животных, растений и окружающей среды.

Основные минусы гидроабразивной резки

К ключевым недостаткам технологии гидроабразивной резки относятся три основных пункта.

1. Конусность. При прохождении через толщу материала водяная струя ослабевает, в результате чего на выходе ширина отверстия становится меньше, чем на входе. Этот недостаток традиционно решается снижением скорости реза.
2. Ресурс трубок. В зависимости от давления и количества абразива срок службы сопла не превышает сотни часов непрерывной резки. К счастью, сопла выпускаются массово, и стоимость их не превышает нескольких тысяч рублей за единицу.
3. Скорость реза тонколистной стали. Гидроабразивная резка уступает по этому параметру лазерным установкам.

Затраты на обслуживание гидроабразивного станка

Как и любое промышленное оборудование, гидроабразивный станок нуждается в техническом обслуживании. Основными «расходниками» в гидрорезке являются гранатовый песок, смесительные трубки, водяные сопла и ремонтные комплекты.

По состоянию на осень 2021 года цена 1 тонны качественного абразива из ЮАР или Китая составляет 42000-45000 рублей, из Австралии — 60000-70000 рублей. Срок эксплуатации смесительных трубок и водяных сопел исчисляется в моточасах. Принято считать, что рабочий ресурс 1 трубки (она служит порядка 80-100 часов) = 2 соплам.

Рентабельность работы и конкуренция на рынке гидроабразивной резки

Рентабельность гидроабразивной резки варьируется от региона к региону. На нее влияют цена электроэнергии, водоснабжения, ставка заработной платы оператора. В среднем маржа составляет 40%-60% от стоимости минуты реза, которая, как правило, варьируется на уровне 100-150 рублей и включает все производственные затраты.

Стоит отметить, что количество гидроабразивных установок в России в сотни раз меньше числа лазерных станков. Как следствие, конкуренция в данной нише существенно ниже. В городе-миллионнике на гидроабразивных станках работает не более 5-10 предприятий, при этом возможности применения такого оборудования безграничны.

Источник