Rezanje vodenim mlazom može biti jednostavnija metoda obrade, ali je opremljeno snažnim bušilicom i zahtijeva od operatera da bude svjestan trošenja i točnosti više dijelova.
Najjednostavnije rezanje vodenim mlazom je proces rezanja materijala vodenim mlazom pod visokim tlakom. Ova tehnologija obično nadopunjuje druge tehnologije obrade, poput glodanja, lasera, EDM-a i plazme. U procesu vodenog mlaza ne stvaraju se štetne tvari ili para, niti se stvara zona utjecaja topline ili mehaničko naprezanje. Vodeni mlazovi mogu rezati ultra tanke detalje na kamenu, staklu i metalu; brzo bušiti rupe u titanu; rezati hranu; pa čak i ubijati patogene u pićima i umacima.
Svi strojevi za vodeni mlaz imaju pumpu koja može tlačiti vodu za dovod do glave za rezanje, gdje se pretvara u nadzvučni tok. Postoje dvije glavne vrste pumpi: pumpe s izravnim pogonom i pumpe s pojačalom.
Uloga pumpe s direktnim pogonom slična je ulozi visokotlačnog čistača, a pumpa s tri cilindra pokreće tri klipa izravno iz elektromotora. Maksimalni kontinuirani radni tlak je 10% do 25% niži od sličnih booster pumpi, ali to ih i dalje održava između 20.000 i 50.000 psi.
Pumpe na bazi pojačivača tlaka čine većinu ultravisokotlačnih pumpi (tj. pumpi preko 30 000 psi). Ove pumpe sadrže dva kruga fluida, jedan za vodu i drugi za hidrauliku. Filter za ulaz vode prvo prolazi kroz uložni filter od 1 mikrona, a zatim kroz filter od 0,45 mikrona kako bi usisao običnu vodu iz slavine. Ova voda ulazi u booster pumpu. Prije nego što uđe u booster pumpu, tlak booster pumpe održava se na oko 90 psi. Ovdje se tlak povećava na 60 000 psi. Prije nego što voda konačno napusti pumpni agregat i dođe do rezne glave kroz cjevovod, voda prolazi kroz amortizer. Uređaj može suzbiti fluktuacije tlaka kako bi se poboljšala konzistentnost i uklonili impulsi koji ostavljaju tragove na obratku.
U hidrauličkom krugu, elektromotor između elektromotora crpi ulje iz spremnika ulja i stvara ga pod tlakom. Ulje pod tlakom teče u razvodnik, a ventil razvodnika naizmjenično ubrizgava hidrauličko ulje s obje strane sklopa keksa i klipa kako bi stvorio hod pojačivača. Budući da je površina klipa manja od površine keksa, tlak ulja "povećava" tlak vode.
Pojačivač je klipna pumpa, što znači da sklop keksa i klipa isporučuje vodu pod visokim tlakom s jedne strane pojačivača, dok voda niskog tlaka ispunjava drugu stranu. Recirkulacija također omogućuje hlađenje hidrauličkog ulja kada se vrati u spremnik. Nepovratni ventil osigurava da voda niskog i visokog tlaka može teći samo u jednom smjeru. Visokotlačni cilindri i završni poklopci koji obuhvaćaju komponente klipa i keksa moraju ispunjavati posebne zahtjeve kako bi izdržali sile procesa i cikluse konstantnog tlaka. Cijeli sustav je dizajniran da postupno otkazuje, a curenje će teći u posebne "odvodne otvore", koje operater može pratiti kako bi bolje planirao redovito održavanje.
Posebna visokotlačna cijev prenosi vodu do rezne glave. Cijev također može osigurati slobodu kretanja rezne glave, ovisno o veličini cijevi. Nehrđajući čelik je materijal izbora za ove cijevi, a postoje tri uobičajene veličine. Čelične cijevi promjera 6 mm su dovoljno fleksibilne za spajanje na sportsku opremu, ali se ne preporučuju za transport vode pod visokim tlakom na velike udaljenosti. Budući da se ova cijev lako savija, čak i u rolu, duljina od 3 do 6 metara može postići kretanje X, Y i Z. Veće cijevi od 9 mm obično prenose vodu od pumpe do dna pokretne opreme. Iako se mogu savijati, općenito nisu prikladne za opremu za kretanje cjevovodom. Najveća cijev, dimenzija 24 mm, najbolja je za transport vode pod visokim tlakom na velike udaljenosti. Veći promjer pomaže u smanjenju gubitka tlaka. Cijevi ove veličine vrlo su kompatibilne s velikim pumpama, jer velika količina vode pod visokim tlakom također nosi veći rizik od potencijalnog gubitka tlaka. Međutim, cijevi ove veličine ne mogu se savijati, a na kutovima je potrebno ugraditi spojnice.
Stroj za rezanje čistim vodenim mlazom najraniji je stroj za rezanje vodenim mlazom, a njegova povijest seže do ranih 1970-ih. U usporedbi s kontaktom ili udisanjem materijala, oni proizvode manje vode na materijalima, pa su prikladni za proizvodnju proizvoda poput unutrašnjosti automobila i pelena za jednokratnu upotrebu. Tekućina je vrlo rijetka - promjera od 0,004 do 0,010 inča - i pruža izuzetno detaljne geometrije s vrlo malim gubitkom materijala. Sila rezanja je izuzetno niska, a pričvršćivanje je obično jednostavno. Ovi strojevi su najprikladniji za 24-satni rad.
Prilikom razmatranja rezne glave za stroj s vodenim mlazom, važno je zapamtiti da je brzina protoka mikroskopski fragmenti ili čestice materijala koji se kida, a ne tlak. Kako bi se postigla ta velika brzina, voda pod tlakom teče kroz malu rupu u dragom kamenu (obično safiru, rubinu ili dijamantu) pričvršćenom na kraju mlaznice. Tipično rezanje koristi promjer otvora od 0,004 inča do 0,010 inča, dok se za posebne primjene (poput prskanog betona) mogu koristiti veličine do 0,10 inča. Pri 40.000 psi, protok iz otvora putuje brzinom od približno Mach 2, a pri 60.000 psi, protok prelazi Mach 3.
Različiti proizvođači nakita imaju različita iskustva u rezanju vodenim mlazom. Safir je najčešći materijal opće namjene. Traju otprilike 50 do 100 sati rezanja, iako se primjenom abrazivnog vodenog mlaza to vrijeme prepolovi. Rubini nisu prikladni za čisto rezanje vodenim mlazom, ali protok vode koji proizvode vrlo je pogodan za abrazivno rezanje. U procesu abrazivnog rezanja, vrijeme rezanja rubina je oko 50 do 100 sati. Dijamanti su mnogo skuplji od safira i rubina, ali vrijeme rezanja je između 800 i 2000 sati. To čini dijamant posebno prikladnim za 24-satni rad. U nekim slučajevima, otvor dijamanta može se ultrazvučno očistiti i ponovno upotrijebiti.
U abrazivnom stroju za rezanje vodenim mlazom, mehanizam uklanjanja materijala nije sam protok vode. Suprotno tome, protok ubrzava abrazivne čestice kako bi nagrizle materijal. Ovi strojevi su tisuće puta snažniji od čistih strojeva za rezanje vodenim mlazom i mogu rezati tvrde materijale poput metala, kamena, kompozitnih materijala i keramike.
Abrazivni mlaz je veći od mlaza čistog vode, s promjerom između 0,020 inča i 0,050 inča. Mogu rezati hrpe i materijale debljine do 10 inča bez stvaranja zona utjecaja topline ili mehaničkog naprezanja. Iako im se čvrstoća povećala, sila rezanja abrazivnog mlaza i dalje je manja od jedne funte. Gotovo sve operacije abrazivnog mlaznog rezanja koriste uređaj za mlazno rezanje i mogu se lako prebaciti s upotrebe jedne glave na upotrebu više glava, pa čak se i abrazivni mlaz vode može pretvoriti u mlaz čistog vode.
Abrazivni materijal je tvrdi, posebno odabran i dimenzioniran pijesak - obično granat. Različite veličine mreže prikladne su za različite poslove. Glatka površina može se postići s abrazivima veličine 120 mesh, dok su se abrazivi veličine 80 mesh pokazali prikladnijima za opću primjenu. Brzina rezanja abrazivom veličine 50 mesh je veća, ali površina je nešto hrapavija.
Iako je vodenim mlaznicama lakše upravljati od mnogih drugih strojeva, cijev za miješanje zahtijeva pažnju operatera. Potencijal ubrzanja ove cijevi je poput cijevi puške, s različitim veličinama i različitim vijekom trajanja zamjene. Dugotrajna cijev za miješanje revolucionarna je inovacija u rezanju abrazivnim vodenim mlazom, ali cijev je i dalje vrlo krhka - ako rezna glava dođe u kontakt s učvršćenjem, teškim predmetom ili ciljanim materijalom, cijev se može slomiti. Oštećene cijevi ne mogu se popraviti, pa smanjenje troškova zahtijeva minimiziranje zamjene. Moderni strojevi obično imaju funkciju automatskog otkrivanja sudara kako bi se spriječili sudari s cijevi za miješanje.
Udaljenost između cijevi za miješanje i ciljanog materijala obično je od 0,010 inča do 0,200 inča, ali operater mora imati na umu da će udaljenost veća od 0,080 inča uzrokovati mraz na vrhu rezanog ruba dijela. Podvodno rezanje i druge tehnike mogu smanjiti ili ukloniti ovaj mraz.
U početku je cijev za miješanje bila izrađena od volframovog karbida i imala je vijek trajanja od samo četiri do šest sati rezanja. Današnje jeftine kompozitne cijevi mogu doseći vijek trajanja rezanja od 35 do 60 sati i preporučuju se za grubo rezanje ili obuku novih operatera. Kompozitna cijev od cementiranog karbida produžuje svoj vijek trajanja na 80 do 90 sati rezanja. Visokokvalitetna kompozitna cijev od cementiranog karbida ima vijek trajanja rezanja od 100 do 150 sati, prikladna je za precizan i svakodnevni rad te pokazuje najpredvidljivije koncentrično trošenje.
Osim što osiguravaju kretanje, alatni strojevi za obradu vodenim mlazom moraju uključivati i metodu pričvršćivanja obratka te sustav za skupljanje i prikupljanje vode i ostataka iz operacija obrade.
Stacionarni i jednodimenzionalni strojevi su najjednostavniji vodeni mlazovi. Stacionarni vodeni mlazovi se obično koriste u zrakoplovstvu za rezanje kompozitnih materijala. Operater ubacuje materijal u potok poput tračne pile, dok hvatač skuplja potok i krhotine. Većina stacionarnih vodenih mlazova su čisti vodeni mlazovi, ali ne svi. Stroj za rezanje je varijanta stacionarnog stroja, u kojem se proizvodi poput papira unose kroz stroj, a vodeni mlaz reže proizvod na određenu širinu. Stroj za poprečno rezanje je stroj koji se kreće duž osi. Često rade sa strojevima za rezanje kako bi izradili uzorke nalik mreži na proizvodima kao što su automati za prodaju poput kolačića. Stroj za rezanje reže proizvod na određenu širinu, dok stroj za poprečno rezanje poprečno reže proizvod koji se dovodi ispod njega.
Operateri ne bi smjeli ručno koristiti ovu vrstu abrazivnog vodenog mlaza. Teško je pomicati rezani predmet određenom i konzistentnom brzinom, a to je izuzetno opasno. Mnogi proizvođači čak ni ne navode strojeve za ove postavke.
XY stol, također nazvan stroj za rezanje s ravnom pločom, najčešći je dvodimenzionalni stroj za rezanje vodenim mlazom. Čisti vodeni mlazovi režu brtve, plastiku, gumu i pjenu, dok abrazivni modeli režu metale, kompozite, staklo, kamen i keramiku. Radni stol može biti veličine samo 2 × 4 stope ili veličine do 30 × 100 stopa. Obično se upravljanjem ovim alatnim strojevima upravlja pomoću CNC-a ili računala. Servo motori, obično sa zatvorenom petljom povratne informacije, osiguravaju integritet položaja i brzine. Osnovna jedinica uključuje linearne vodilice, kućišta ležajeva i pogone s kugličnim vijcima, dok mostna jedinica također uključuje ove tehnologije, a spremnik za sakupljanje uključuje potporu materijala.
XY radni stolovi obično dolaze u dva stila: portalni radni stol sa srednjom vodilicom uključuje dvije osnovne vodilice i most, dok konzolni radni stol koristi bazu i kruti most. Obje vrste strojeva uključuju neki oblik podešavanja visine glave. Ovo podešavanje Z-osi može biti u obliku ručne kurble, električnog vijka ili potpuno programabilnog servo vijka.
Sabirnik na XY radnom stolu obično je spremnik za vodu napunjen vodom, koji je opremljen rešetkama ili letvicama za podupiranje obratka. Proces rezanja polako troši te nosače. Čišćenje hvataljke može se obaviti automatski, otpad se pohranjuje u spremniku ili ručno, a operater redovito lopatom čisti spremnik.
Kako se udio predmeta gotovo bez ravnih površina povećava, petosne (ili više) mogućnosti su ključne za moderno rezanje vodenim mlazom. Srećom, lagana glava rezača i mala sila trzaja tijekom procesa rezanja pružaju inženjerima slobode koju glodanje s velikim opterećenjem nema. Rezanje vodenim mlazom s pet osi u početku je koristilo sustav predložaka, ali korisnici su se ubrzo okrenuli programabilnim petosnim rezanjem kako bi se riješili troškova predložaka.
Međutim, čak i s namjenskim softverom, 3D rezanje je složenije od 2D rezanja. Kompozitni repni dio Boeinga 777 je ekstreman primjer. Prvo, operater prenosi program i programira fleksibilnu "pogostick" letvu. Nadzemna dizalica prenosi materijal dijelova, a opružna šipka se odvija na odgovarajuću visinu i dijelovi se fiksiraju. Posebna Z-os koja ne reže koristi kontaktnu sondu za precizno pozicioniranje dijela u prostoru i uzorkuje točke kako bi se dobila ispravna elevacija i smjer dijela. Nakon toga, program se preusmjerava na stvarni položaj dijela; sonda se uvlači kako bi se napravilo mjesta za Z-os rezne glave; program se pokreće kako bi kontrolirao svih pet osi kako bi rezna glava bila okomita na površinu koja se reže i kako bi radila prema potrebi. Kretanje preciznom brzinom.
Za rezanje kompozitnih materijala ili bilo kojeg metala većeg od 0,05 inča potrebni su abrazivi, što znači da izbacivač treba spriječiti rezanje opružne šipke i ležaja alata nakon rezanja. Posebno hvatanje točaka najbolji je način za postizanje rezanja vodenim mlazom u pet osi. Ispitivanja su pokazala da ova tehnologija može zaustaviti mlazni zrakoplov od 50 konjskih snaga ispod 6 inča. Okvir u obliku slova C spaja hvatač sa zglobom Z-osi kako bi ispravno uhvatio kuglicu kada glava orezuje cijeli opseg dijela. Hvatač točaka također zaustavlja abraziju i troši čelične kuglice brzinom od oko 0,5 do 1 funte na sat. U ovom sustavu, mlaz se zaustavlja raspršivanjem kinetičke energije: nakon što mlaz uđe u zamku, nailazi na sadržanu čeličnu kuglicu, a čelična kuglica se okreće kako bi potrošila energiju mlaza. Čak i kada je vodoravno i (u nekim slučajevima) naopako, hvatač točaka može raditi.
Nisu svi dijelovi s pet osi jednako složeni. Kako se veličina dijela povećava, podešavanje programa i provjera položaja dijela i točnosti rezanja postaju složeniji. Mnoge radionice svakodnevno koriste 3D strojeve za jednostavno 2D rezanje i složeno 3D rezanje.
Operateri bi trebali biti svjesni da postoji velika razlika između točnosti dijela i točnosti gibanja stroja. Čak ni stroj s gotovo savršenom točnošću, dinamičkim gibanjem, kontrolom brzine i izvrsnom ponovljivošću možda neće moći proizvesti „savršene“ dijelove. Točnost gotovog dijela je kombinacija pogreške procesa, pogreške stroja (XY performanse) i stabilnosti obratka (pričvršćivač, ravnost i temperaturna stabilnost).
Pri rezanju materijala debljine manje od 1 inča (2,5 cm), točnost vodenog mlaza obično je između ±0,003 i 0,015 inča (0,07 do 0,4 mm). Točnost materijala debljine veće od 1 inča (2,5 cm) je unutar ±0,005 do 0,100 inča (0,12 do 2,5 mm). Visokoučinkoviti XY stol dizajniran je za linearnu točnost pozicioniranja od 0,005 inča (0,005 inča) ili više.
Potencijalne pogreške koje utječu na točnost uključuju pogreške kompenzacije alata, pogreške programiranja i pomicanje stroja. Kompenzacija alata je vrijednost koja se unosi u upravljački sustav kako bi se uzela u obzir širina rezanja mlaza - to jest, količina putanje rezanja koja se mora proširiti kako bi konačni dio dobio ispravnu veličinu. Kako bi se izbjegle potencijalne pogreške u visokopreciznom radu, operateri bi trebali izvoditi probne rezove i razumjeti da se kompenzacija alata mora prilagoditi učestalosti trošenja cijevi za miješanje.
Pogreške u programiranju najčešće se javljaju jer neke XY kontrole ne prikazuju dimenzije u programu za obradu, što otežava otkrivanje nedostatka dimenzijskog podudaranja između programa za obradu i CAD crteža. Važni aspekti gibanja stroja koji mogu uzrokovati pogreške su razmak i ponovljivost u mehaničkoj jedinici. Podešavanje servo motora također je važno jer nepravilno podešavanje servo motora može uzrokovati pogreške u razmacima, ponovljivosti, vertikalnosti i vibracijama. Mali dijelovi duljine i širine manje od 30 cm ne zahtijevaju toliko XY stolova kao veliki dijelovi, pa je mogućnost pogrešaka u gibanju stroja manja.
Abrazivi čine dvije trećine operativnih troškova sustava vodenog mlaznog rezanja. Ostali troškovi uključuju energiju, vodu, zrak, brtve, nepovratne ventile, otvore, cijevi za miješanje, filtere za dovod vode i rezervne dijelove za hidraulične pumpe i visokotlačne cilindre.
Rad s punom snagom isprva se činio skupljim, ali povećanje produktivnosti premašilo je trošak. Kako se povećava protok abraziva, brzina rezanja će se povećavati, a cijena po inču će se smanjivati dok se ne dostigne optimalna točka. Za maksimalnu produktivnost, operater bi trebao pokretati reznu glavu najvećom brzinom rezanja i maksimalnom snagom za optimalno korištenje. Ako sustav od 100 konjskih snaga može pokretati samo glavu od 50 konjskih snaga, tada se ta učinkovitost može postići korištenjem dvije glave na sustavu.
Optimiziranje rezanja abrazivnim vodenim mlazom zahtijeva pažnju na specifičnu situaciju, ali može pružiti izvrsno povećanje produktivnosti.
Nije mudro rezati zračni razmak veći od 0,020 inča jer se mlaznica otvara u razmaku i grubo reže niže razine. Slaganje materijala blizu jedan drugome može to spriječiti.
Produktivnost mjerite u smislu cijene po inču (tj. broja dijelova koje sustav proizvodi), a ne cijene po satu. Zapravo, brza proizvodnja je neophodna za amortizaciju neizravnih troškova.
Vodeni mlazovi koji često probijaju kompozitne materijale, staklo i kamenje trebaju biti opremljeni kontrolerom koji može smanjiti i povećati tlak vode. Vakuumska pomoć i druge tehnologije povećavaju vjerojatnost uspješnog probijanja krhkih ili laminiranih materijala bez oštećenja ciljanog materijala.
Automatizacija rukovanja materijalom ima smisla samo kada rukovanje materijalom čini veliki dio proizvodnih troškova dijelova. Strojevi za abrazivno vodeno rezanje obično koriste ručno istovarivanje, dok rezanje ploča uglavnom koristi automatizaciju.
Većina sustava za vodeni mlaz koristi običnu vodu iz slavine, a 90% operatera vodenog mlaza ne vrši nikakve pripreme osim omekšavanja vode prije slanja vode u ulazni filter. Korištenje reverzne osmoze i deionizatora za pročišćavanje vode može biti primamljivo, ali uklanjanje iona olakšava vodi apsorpciju iona iz metala u pumpama i visokotlačnim cijevima. Može produžiti vijek trajanja otvora, ali trošak zamjene visokotlačnog cilindra, nepovratnog ventila i završnog poklopca je mnogo veći.
Podvodno rezanje smanjuje površinsko zamagljivanje (također poznato kao "zamagljivanje") na gornjem rubu rezanja abrazivnim vodenim mlazom, a istovremeno uvelike smanjuje buku mlaza i kaos na radnom mjestu. Međutim, to smanjuje vidljivost mlaza, stoga se preporučuje korištenje elektroničkog praćenja performansi kako bi se otkrila odstupanja od vršnih uvjeta i zaustavio sustav prije oštećenja bilo koje komponente.
Za sustave koji koriste različite veličine abrazivnih sita za različite poslove, molimo koristite dodatno skladištenje i doziranje za uobičajene veličine. Mali (100 lb) ili veliki (500 do 2000 lb) transport rasutog materijala i povezani dozirajući ventili omogućuju brzo prebacivanje između veličina oka sita, smanjujući zastoje i gnjavažu, a istovremeno povećavajući produktivnost.
Separator može učinkovito rezati materijale debljine manje od 0,3 inča. Iako ovi izbočini obično mogu osigurati drugo brušenje navoja, mogu postići brže rukovanje materijalom. Tvrđi materijali imat će manje oznake.
Stroj s abrazivnim vodenim mlazom i kontrola dubine rezanja. Za prave dijelove, ovaj novonastali proces može pružiti uvjerljivu alternativu.
Sunlight-Tech Inc. koristio je laserske centre za mikroobradu i mikroglodanje Microlution tvrtke GF Machining Solutions za proizvodnju dijelova s tolerancijama manjim od 1 mikrona.
Rezanje vodenim mlazom zauzima mjesto u području proizvodnje materijala. Ovaj članak razmatra kako vodeni mlazovi funkcioniraju za vašu trgovinu i bavi se procesom.
Vrijeme objave: 04.09.2021.