Инжиниринг

Надежность, производительность, долговечность. Установки гидроабразивной резки производства Савеловского машиностроительного завода (СМЗ)

В настоящее время СМЗ выпускает три модели установок для гидроабразивной резки: УГР-1, УГР-3 и УГР-3Д. Они предназначены для резки любых материалов, как струей чистой воды, так и струей воды с абразивом с управлением от системы ЧПУ. Такие установки используют в машиностроении в основном на заготовительных операциях при резке практически всех листовых заготовок. Кроме того, в последнее время они находят применение в области точного машиностроения. Как результат - эти установки приобрели ряд исключительных возможностей, к примеру: обработка «под размер» достаточно больших деталей без необходимости последующей механообработки; обеспечение высокого качества разрезаемой поверхности и высокой точности криволинейных резов; а также возможность резки слоистых композитов и сверхтвердых материалов.
15 мая 2009

Особенно часто водоструйная резка применяется для осуществления следующих технологических операций:

  • Машиностроение и металлургия - раскрой листа, снятие фасок на крупных машиностроительных деталях для подготовки кромок под сварку и удаления дефектных участков швов под их последующую заварку, удаление окалины, наплывов, отеков.
  • В оборонной промышленности - утилизация устаревших образцов вооружений (разрезание корпусов ракет, боевой техники, судов и подводных лодок), разрезание корпусов снарядов и вымывание взрывчатых веществ.
  • В электронной промышленности - разрезание электронных плат (применение водоструйной технологии позволило достичь размера пропила до 0,1 мм и обеспечить отсутствие пыли, а также решить проблему расслоения материала), снятие слоя с корпусов микросхем.
  • В автомобильной промышленности - резание фальш-потолков, ковриков, приборных досок, бамперов из пластика.
  • В строительстве - резка бетонных и металлических конструкций для их последующего демонтажа, расчистка швов, производство сложных контуров в мраморе и граните (узкий пропил позволяет создавать инкрустации при изготовлении декора).
  • В пищевой промышленности - резка продуктов глубокой заморозки, различных плотных пищевых продуктов, шоколада.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ

Вода, сжатая одним из основных компонентов системы, насосом-мультипликатором, до давления 4000 бар, проходит через водяное сопло, образующее струю диаметром около 0,2-0,35 мм, которая попадает в смесительную камеру. В смесительной камере происходит смешивание воды с абразивом (гранатовым песком) и далее проходит через второе, твердосплавное сопло с внутренним диаметром 0,6-1,2 мм. Из этого сопла струя воды с абразивом выходит со скоростью около 1000 м/с и попадает на поверхность разрезаемого материала. После раскроя, остаточная энергия струи гасится специальной водяной ловушкой.

КОНСТРУКЦИЯ УСТАНОВКИ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ

Насос высокого давления (НВД)

Предназначен для сжатия рабочей жидкости до требуемого давления, которое обеспечивает создание сверхзвуковой струи жидкости как режущего инструмента. Разработана универсальная гидравлическая схема, где в качестве усилителя давления используется специальный мультипликатор двухстороннего действия.

РЕЖУЩАЯ (СТРУЙНАЯ) ГОЛОВКА

Осуществляет окончательное формирование высоконапорной тонкой струи как режущего инструмента. Конструктивные особенности струйной головки (взаиморасположение деталей, характер их соединения и герметизация), оказывая влияние на гидродинамические характеристики и компактность формируемой струи, определяют качество и надежность ее работы. Формирование сверхзвуковой струи жидкости как режущего инструмента осуществляется с помощью сопла. Обычно сопла изготавливаются из искусственных камней - сапфира, алмаза, корунда. Их стойкость составляет 250-2000 часов.

КООРДИНАТНЫЙ СТОЛ

Предназначен для размещения заготовок, приема водоабразивной струи и отходов резки, а также позиционирования режущей головки в процессе реза. Покрытие стола полностью защищает его от влияния воды и абразивного материала. Жесткая сварная конструкция формирует раму стола. Асинхронные серводвигатели посредством зубчатой передачи приводят в движение шасси. Каждая ось X, Y, Z снабжена своим собственным приводом.

Возможно проектирование стола любого размера. Точность позиционирования - 0,1 мм, скорость передвижения - до 35 м/мин.


Система управления

Используемая в установках гидроабразивной резки УГР система ЧПУ относится к классу CNC с применением исполнительных механизмов с аналоговым управлением (УГР-3, УГР-3Д, УГР-3ДС) и CAN интерфейсом (УГР-1).

Система подачи абразива

Включает в себя абразивный бункер под давлением с емкостью загрузки 100 кг абразива, гибкие шланги, мини-бункер, установленный рядом с режущей головкой, и устройство дозирования. В качестве абразива используется гранатовый концентрат.

Система удаления шлама (СУШ)

На установках УГР-3, УГР-3Д и УГР-3ДС рекомендуется для облегчения очистки ванны координатного стола от обработанного абразива и мелких остатков разрезаемого материала. Без системы очистка производится один раз в месяц, с использованием системы - примерно один раз в 2 месяца.

СХЕМА УСТАНОВКИ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ

  1. Координатный стол
  2. Электрошкаф с ЧПУ
  3. Электрошкаф управлениянасосом
  4. Емкость для абразива
  5. Насос высокого давления
  6. Насос предварительного нагнетания
  7. Емкость для очистки воды (для УГР-3, УГР-3Д и УГР-3ДС)

ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА

Отсутствие теплового воздействия. Генерируемое в процессе резания тепло мгновенно уносится водой. В результате не происходит заметного повышения температуры в заготовке. Эта характеристика является решающей при обработке особо чувствительных к нагреву материалов. Небольшие сила (1-100Н) и температура (+60…+90 Со) в зоне резания исключают деформацию заготовки, оплавление и пригорание материала в прилегающей зоне. Заметим, что ни одна технология, кроме гидроабразивной резки, не может обеспечить отсутствие термического влияния на металл вблизи пропила.

Универсальность обработки. Жидкостно-абразивная струя особенно эффективна при обработке многих труднообрабатываемых материалов, таких как, например, титановые сплавы, различные виды высокопрочных керамик и сталей, а также композитных материалов. При гидроабразивной резке последних не создается разрывов в структуре материала, который сохраняет свои первоначальные свойства. Именно при помощи струи воды режутся различные сэндвич-конструкции.

Способность воспроизводить сложные контуры и профили. При абразивной резке можно воспроизводить сложные формы или скосы под любым углом. Струя жидкости по своим техническим возможностям приближается к идеальному точечному инструменту, что позволяет обрабатывать сложный профиль с любым радиусом закругления, поскольку ширина реза составляет 0,2-3,0 мм.

Хорошее качество поверхности. Можно получать финишную поверхность шероховатостью Rz 40-160, т.е. во многих случаях отпадает необходимость в дополнительной обработке.

Технологичность процесса. Рез можно начать в любой точке заготовки; при этом не нужно предварительно делать отверстие; ударная нагрузка на изделие минимальна, различные операции (например, сверление и резку) можно выполнять одним и тем же инструментом; низкое тангенциальное усилие на деталь позволяет в ряде случаев обойтись без зажима этой детали.

Экономичность процесса. Скорость резания - высокая (скорости резки различных материалов зависят от многих факторов, средние значения этих скоростей для различных материалов приведены в таблице "Рекомендуемые скорости гидроабразивной резки в зависимости от толщины материала"). Малая ширина реза позволяет экономить дефицитные материалы при их раскрое. Среднее потребление воды в абразивно-жидкостном режущем устройстве невелико - около 3,4 л/мин., несмотря на высокие давления использования (400 МПа и более). Использование относительно недорогих компонентов (вода и гранатовый песок в качестве абразива) делает процесс доступным.

Безопасность. Поскольку нет тепла, накапливаемого при абразивно-жидкостной струйной обработке, процесс взрыво- и пожаробезопасен. Отсутствует радиационное излучение, опасность вылета шлаковых или мелкодисперсионных частиц. Переносимая по воздуху пыль фактически устранена. Уровень шума колеблется в пределах 85-95 дБ.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Модели установок УГР-1 УГР-3 УГР-3Д УГР-3ДС

Габаритные размеры координатного стола, мм - Х

- Y

- Z

3300

2300

950

3300

2300

950

6300

2300

950

6200

2300

950

Рабочий ход режущей головки, мм

- Х

- Y

- Z

- поворотных координат А, В, град

3000

1970

200

 

±30

3000

1970

200

6000

1970

200

6000

2000

200

Рабочая зона стола, мм

-  Х

- Y

3100

2100

3100

2100

6100

2100

6185

2185

Максимальные размеры             заготовки, мм:

- длина

- ширина

2980

1950

2980

1950

5980

1950

6000

2000

Толщина заготовок, мм:

- сталь, титан

- алюминий, мрамор, стекло

- пеноматериал

до 100

до 120

до 200

до 100

до 120

до 200

до 100

до 120

до 200

до 100

до 120

до 200

Внутренний диаметр фокуса, мм 0,6; 0,8; 1,0;1,2 0,6; 0,8; 1,0; 1,2 0,6; 0,8; 1,0; 1,2 0,6; 0,8; 1,0; 1,2
Внутренний диаметр сопел, мм 0,2; 0,25; 0,3; 0,35 0,2; 0,25; 0,3; 0,35 0,2; 0,25; 0,3; 0,35 0,2; 0,25; 0,3; 0,35
Количество управляемых координат 5 3 3 3
Точность позиционирования       режущей    головки, мм/мм ±0,1/1000 ±0,1/1000 ±0,1/1000  ±0,05/1000
Управляющее напряжение                           координатного стола, В 24 24 24 24
Количество режущих головок 1 1 1 1
Максимальная скорость перемещения  режущей головки, мм/мин 9600 35000 35000 35000
Масса координатного стола, кг 1700 1900 3500

4500 (3000+1500)

(ванна +станина)

Суммарная мощность электро-            оборудования, кВт 31,8 32 32,2 40
Давление луча воды, Бар до 4000 до 4000 до 4000 до 4000
Скорость подачи струи воды, м/с до 1000 до 1000 до 1000 до 1000
Габаритные размеры установки                                         (с установленной аппаратурой высокого давления и УЧПУ)            (LxВхН),  мм: 4800х4500
х3500
7100х4500
х3500
8100х4750
х5200
9200х4750
х5000
Масса установки (с аппаратурой                     высокого давления и УЧПУ), кг 3500 3900 5500 6800

МАТЕРИАЛЫ


Установки гидроабразивной резки производства СМЗ позволяют резать практически любые листовые материалы:

  • черные металлы и сплавы;
  • труднообрабатываемые легированные стали и сплавы (в том числе: жаропрочные, инструментальные и нержавеющие);
  • цветные металлы и сплавы (медь, никель, цинк, алюминий, магний, кремний, титан и их сплавы);

  • керамические материалы (керамический гранит, плитка); - композиционные материалы (углепластик, органопластики и т.п.);
  • природные и искусственные камни (гранит, мрамор, яшма и т.п.);
  • стекло и композиционное стекло (триплекс, бронестекло, армированное стекло, стеклотекстолит и т.п.);
  • пористые и прозрачные материалы;
  • сотовые и сэндвич-конструкции;
  • бетон и железобетон.


Ряд материалов режется только водой (без добавления абразива):

  • мягкие материалы (полиуретан, поролон и др. пеноматериалы; пластмассы, кожаные изделия, картон, бумага, ткани и т.п.);
  • пищевые продукты (продукты глубокой заморозки, плотные пищевые продукты, шоколад  и т.п.) при этом резка материалов не требует какой-либо переналадки инструмента.


РАСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ЗАПЧАСТИ
Абразив: природный минеральный материал гранатовый концентрат (GMA 80 или 120 Mesh), используемый во всем мире для гидроабразивной резки. Указанный гранатовый концентрат является экологически чистым материалом и обладает уникальной твердостью и прочностью зерен. Расход абразива в зависимости от разрезаемого материала при использовании одной режущей головки находится в диапазоне от 50 г/мин. (для пластмасс) и 160-200 (для стекла) до 300-450 г/мин. (для стали).
Энергопотребление: 32 кВт для установки с одной станцией высокого давления.
Водопотребление: 3,4 л/мин. - максимальный расход воды на одну режущую головку. 

№ п/п Наименование комплектующих Нижняя граница ресурса, час.
1 Сопло водяное – 4 шт. 40
2 Комплект уплотнений для мультипликатора 170
3 Фильтроэлемент водяной (5 мкм) по мере загрязнения
4 Фильтроэлемент водяной (1 мкм) по мере загрязнения
5 Смазка 200

СТОИМОСТЬ РЕЗКИ
Среднестатистическая стоимость минуты реза стальных заготовок с учетом затрат на замену запасных частей и абразив составляет 15,05 руб./мин.

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ СКОРОСТИ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТОЛЩИНЫ МАТЕРИАЛА
Примечание: максимальная толщина разрезаемых заготовок, полученных опытным путем: сталь и титан до 100 мм; стекло, мрамор, алюминий до 120 мм; пеноматериал до 150 мм. 

Материал

Толщина, мм

Скорость при различном качестве поверхности резки, мм/мин

Отличное

Хорошее

Удовлетв.

Мрамор

10

500

800

1000

Мрамор

20

200

300

400

Мрамор

30

150

250

350

Керам. гранит

6

500

800

1200

Керам. гранит

10

400

700

1000

Гранит

10

200

350

500

Гранит

20

100

150

200

Гранит

30

80

120

150

Алюминий

10

400

500

600

Алюминий

20

200

300

400

Алюминий

40

70

140

200

Углерод. сталь

5

450

500

550

Углерод. сталь

10

250

300

340

Углерод. сталь

40

25

33

40

Комментарии специалистов

Главный инженер фирмы "МОСТ-1" Александров Юрий Дмитриевич:

- На нашем предприятии используется 3-координатная установка производства Савеловского машиностроительного завода. Она ничем не уступает импортным аналогам и при этом обходится дешевле. Спектр материалов, используемых для резки, достаточно широк. Есть возможность вырезать сложные изделия из алюминия, титана. Станок эксплуатируется в течение года и за это время показал высокую надежность. Машина лишь проходит регулярное техническое обслуживание, производится замена расходных материалов, которые отрабатывают установленное количество часов. Наше предприятие осуществляет резку под заказ, при этом станок позволяет достигать высокой точности реза и удовлетворять все требования заказчиков.

Заместитель генерального директора, главный конструктор фирмы "Новатор" Големенцев Борис Васильевич:

- У нас эксплуатируются 3-, 4- и 5-координатные установки Савеловского завода. Они используются для работы на тяжелых металлах - нержавейках, титанах; это гидроабразивная резка и обработка. Станки не очень быстрые, но позволяют осуществлять резку твердых металлов. Поэтому я и выбрал именно их. Продукция Савеловского машиностроительного завода работает на нашем производстве довольно давно и успела зарекомендовать себя с лучшей стороны. Благодаря использованию данных станков с ЧПУ мы смогли достичь впечатляющих показателей и ускорить процесс производства.


СПРАВКА

Савеловский машиностроительный завод (СМЗ) - одно из крупных станкостроительных предприятий России. За 79 лет накоплен богатый опыт проектирования и производства высокотехнологичного и наукоемкого специального технологического оборудования для различных отраслей промышленности, в том числе аэрокосмической. Основными заказчиками оборудования являются авиационные и машиностроительные заводы России и СНГ. За этот период было выпущено более 100 тысяч единиц станочного и другого различного технологического оборудования, в т.ч. свыше 35 тысяч станков и обрабатывающих центров с ЧПУ.

За заслуги в создании и освоении производства новой авиационной техники в 1983 году завод был награжден орденом Трудового Красного Знамени.

Завод занимает более 120000 кв. м, имеет полный замкнутый производственный цикл переделов: литейное, сварочное, заготовительное, механосборочное производство. Инженеры ОКБ выполняют работы с использованием современных САПР, таких как SOLIDWORKS, КОМПАС-3Д с учетом индивидуальных требований заказчика.

Предприятие выпускает:

  • Металлообрабатывающее оборудование:
  • токарное и фрезерное с ЧПУ;
  • обрабатывающие центры с вертикальным и горизонтальным шпинделем;
  • высокоскоростные обрабатывающие центры и высокопроизводительные фрезерные станки нового поколения;
  • оборудование для раскроя и обработки листовых материалов;
  • унифицированные узлы.

Специальное технологическое оборудование для авиационной промышленности:

  • заготовительное;
  • клепальное;
  • балансировочное;
  • для изготовления композиционных материалов и для обработки лопаток турбин авиадвигателей.
  • Оборудование для ВПК, автомобилестроения, судостроения, нефтеперерабатывающей промышленности, МЧС и РЖД.
  • Оборудование для переработки пластмасс и изделий из них.
  • Деревообрабатывающее оборудование.

Осуществляет:

  • разработку конструкторских, технологических проектов и управляющих программ по заданию заказчика;
  • выполнение всех видов технологических операций;
  • изготовление запасных частей;
  • обучение специалистов по эксплуатации и обслуживанию;
  • сервисное обслуживание в гарантийный и послегарантийный период.

Помимо изготовления нового уникального оборудования СМЗ производит капитально-восстановительный ремонт и модернизацию ранее выпущенного технологического оборудования (как собственного производства, так и других предприятий и фирм, включая зарубежные), обеспечивающее внедрение новых технологий высокоскоростной обработки и встраиваемость в современные CALS системы.

Завод осуществляет экспорт оборудования в страны ближнего и дальнего зарубежья. В настоящее время СМЗ участвует в ряде проектов, определенных как наиболее перспективные в развитии промышленности России; начато долгосрочное сотрудничество с аэрокосмическими компаниями Индии в рамках межправительственного соглашения.

На все выпускаемое и модернизируемое оборудование - гарантия 12 месяцев. Большинство оборудования имеет российские и международные сертификаты.