Rezanje vodenim mlazom može biti jednostavnija metoda obrade, ali je opremljeno snažnim probijačem i zahtijeva od operatera da bude svjestan istrošenosti i točnosti više dijelova.
Najjednostavnije rezanje vodenim mlazom je postupak rezanja vodenim mlazom visokog pritiska u materijale.Ova tehnologija je obično komplementarna drugim tehnologijama obrade, kao što su glodanje, laser, EDM i plazma.U postupku vodenog mlaza ne nastaju štetne tvari ili para, niti se stvara zona utjecaja topline ili mehanički stres.Mlaznice vode mogu rezati ultratanke detalje na kamenu, staklu i metalu;brzo bušiti rupe u titanu;rezati hranu;pa čak i ubiti patogene u pićima i umakima.
Svi strojevi s vodenim mlazom imaju pumpu koja može tlačiti vodu za isporuku do glave za rezanje, gdje se pretvara u nadzvučni protok.Postoje dvije glavne vrste pumpi: pumpe s izravnim pogonom i pumpe s pojačivačem tlaka.
Uloga pumpe s izravnim pogonom slična je onoj kod visokotlačnog čistača, a trocilindrična pumpa pokreće tri klipa izravno iz elektromotora.Maksimalni kontinuirani radni tlak je 10% do 25% niži od sličnih pumpi za povišenje tlaka, ali to ih i dalje održava između 20.000 i 50.000 psi.
Pumpe na bazi pojačivača čine većinu pumpi ultravisokog tlaka (tj. pumpe iznad 30 000 psi).Ove pumpe sadrže dva kruga tekućine, jedan za vodu i drugi za hidrauliku.Ulazni filtar za vodu prvo prolazi kroz filter uložak od 1 mikrona, a zatim kroz filtar od 0,45 mikrona za usisavanje obične vode iz slavine.Ova voda ulazi u pumpu za povišenje tlaka.Prije nego što uđe u pumpu za povišenje tlaka, tlak pumpe za povišenje tlaka održava se na oko 90 psi.Ovdje se tlak povećava na 60 000 psi.Prije nego što voda konačno napusti crpni agregat i kroz cjevovod stigne do glave za rezanje, voda prolazi kroz amortizer.Uređaj može potisnuti fluktuacije tlaka kako bi poboljšao konzistenciju i eliminirao impulse koji ostavljaju tragove na izratku.
U hidrauličkom krugu elektromotor između elektromotora crpi ulje iz spremnika ulja i tlači ga.Ulje pod tlakom teče u razvodnik, a ventil razvodnika naizmjenično ubrizgava hidrauličko ulje na obje strane sklopa keksa i klipa kako bi se generirao rad pojačivača.Budući da je površina klipa manja od površine biskvita, pritisak ulja "pojačava" pritisak vode.
Pojačivač je klipna pumpa, što znači da sklop keksa i klipa isporučuje vodu pod visokim pritiskom s jedne strane pojačivača, dok voda pod niskim pritiskom puni drugu stranu.Recirkulacija također omogućuje hlađenje hidrauličkog ulja kada se vraća u spremnik.Nepovratni ventil osigurava da niskotlačna i visokotlačna voda mogu teći samo u jednom smjeru.Visokotlačni cilindri i završni poklopci koji zatvaraju klip i komponente keksa moraju ispunjavati posebne zahtjeve da izdrže sile procesa i stalne cikluse pritiska.Cijeli sustav je dizajniran tako da postupno otkaže, a curenje će teći u posebne "odvodne rupe", koje operater može nadzirati kako bi bolje rasporedio redovito održavanje.
Posebna visokotlačna cijev dovodi vodu do glave za rezanje.Cijev također može omogućiti slobodu kretanja glave za rezanje, ovisno o veličini cijevi.Nehrđajući čelik je materijal izbora za ove cijevi, a postoje tri uobičajene veličine.Čelične cijevi promjera 1/4 inča dovoljno su fleksibilne za spajanje na sportsku opremu, ali se ne preporučuju za transport vode pod visokim pritiskom na velike udaljenosti.Budući da je ovu cijev lako savijati, čak i u kolut, duljina od 10 do 20 stopa može postići kretanje X, Y i Z.Veće cijevi od 3/8 inča obično vode vodu od pumpe do dna pokretne opreme.Iako se može saviti, općenito nije prikladan za opremu za kretanje cjevovoda.Najveća cijev, dimenzija 9/16 inča, najbolja je za transport vode pod visokim pritiskom na velike udaljenosti.Veći promjer pomaže smanjiti gubitak tlaka.Cijevi ove veličine vrlo su kompatibilne s velikim pumpama, jer velika količina vode pod visokim pritiskom također ima veći rizik od potencijalnog gubitka tlaka.Međutim, cijevi ove veličine ne mogu se savijati, a armature je potrebno postaviti na uglove.
Stroj za rezanje čistim vodenim mlazom je najraniji stroj za rezanje vodenim mlazom, a njegova se povijest može pratiti do ranih 1970-ih.U usporedbi s kontaktom ili udisanjem materijala, oni proizvode manje vode na materijalima, pa su prikladni za proizvodnju proizvoda kao što su interijeri automobila i jednokratne pelene.Tekućina je vrlo tanka - 0,004 inča do 0,010 inča u promjeru - i pruža iznimno detaljne geometrije s vrlo malim gubitkom materijala.Sila rezanja je izuzetno mala, a pričvršćivanje je obično jednostavno.Ovi strojevi su najprikladniji za 24-satni rad.
Kada razmatrate reznu glavu za čisti vodeni mlazni stroj, važno je upamtiti da su brzina protoka mikroskopski fragmenti ili čestice materijala koji se kida, a ne pritisak.Da bi se postigla ova velika brzina, voda pod pritiskom teče kroz malu rupu u dragom kamenu (obično safiru, rubinu ili dijamantu) pričvršćenu na kraju mlaznice.Tipično rezanje koristi promjer otvora od 0,004 inča do 0,010 inča, dok posebne primjene (kao što je prskani beton) mogu koristiti veličine do 0,10 inča.Pri 40 000 psi, protok iz otvora putuje brzinom od približno 2 Macha, a pri 60 000 psi, protok prelazi 3 Macha.
Različiti nakit ima različitu stručnost u rezanju vodenim mlazom.Safir je najčešći materijal opće namjene.Traju približno 50 do 100 sati rezanja, iako primjena abrazivnog vodenog mlaza ta vremena prepolovljuje.Rubini nisu prikladni za čisto rezanje vodenim mlazom, ali protok vode koji proizvode vrlo je prikladan za rezanje abrazivom.U procesu abrazivnog rezanja, vrijeme rezanja za rubine je oko 50 do 100 sati.Dijamanti su puno skuplji od safira i rubina, ali vrijeme brušenja je između 800 i 2000 sati.Zbog toga je dijamant posebno pogodan za 24-satni rad.U nekim slučajevima, dijamantni otvor se također može ultrazvučno očistiti i ponovno upotrijebiti.
U stroju s abrazivnim vodenim mlazom, mehanizam uklanjanja materijala nije sam protok vode.Nasuprot tome, strujanje ubrzava abrazivne čestice koje nagrizaju materijal.Ovi su strojevi tisućama puta jači od strojeva za rezanje čistim vodenim mlazom i mogu rezati tvrde materijale poput metala, kamena, kompozitnih materijala i keramike.
Mlaz abraziva je veći od mlaza čiste vode, s promjerom između 0,020 inča i 0,050 inča.Mogu rezati hrpe i materijale debljine do 10 inča bez stvaranja zona pod utjecajem topline ili mehaničkog naprezanja.Iako se njihova čvrstoća povećala, sila rezanja abrazivnog toka još uvijek je manja od jedne funte.Gotovo sve operacije abrazivnog mlaza koriste uređaj za mlazanje i mogu se lako prebaciti s upotrebe s jednom glavom na upotrebu s više glava, a čak se i abrazivni vodeni mlaz može pretvoriti u mlaz čiste vode.
Brusno sredstvo je tvrdi, posebno odabrani i veličasti pijesak - najčešće granat.Različite veličine mreže prikladne su za različite poslove.Glatka površina može se dobiti s abrazivima od 120 mesh, dok su se abrazivi od 80 mesh pokazali prikladnijima za opće namjene.Brzina rezanja abraziva od 50 mesh je brža, ali je površina nešto grublja.
Iako je vodenim mlaznicama lakše rukovati nego mnogim drugim strojevima, cijev za miješanje zahtijeva pažnju operatera.Potencijal ubrzanja ove cijevi je poput puščane cijevi, s različitim veličinama i različitim vijekom trajanja.Dugotrajna cijev za miješanje revolucionarna je inovacija u rezanju abrazivnim vodenim mlazom, ali cijev je još uvijek vrlo krhka - ako glava za rezanje dođe u kontakt s učvršćenjem, teškim predmetom ili ciljanim materijalom, cijev se može kočiti.Oštećene cijevi ne mogu se popraviti, tako da smanjenje troškova zahtijeva minimalnu zamjenu.Moderni strojevi obično imaju funkciju automatskog otkrivanja sudara kako bi se spriječili sudari s cijevi za miješanje.
Razmak između cijevi za miješanje i ciljanog materijala obično je 0,010 inča do 0,200 inča, ali operater mora imati na umu da će odvajanje veće od 0,080 inča uzrokovati inje na vrhu rezanog ruba dijela.Podvodno rezanje i druge tehnike mogu smanjiti ili ukloniti ovu glazuru.
U početku je cijev za miješanje bila izrađena od volfram karbida i imala je radni vijek od samo četiri do šest sati rezanja.Današnje jeftine kompozitne cijevi mogu doseći životni vijek rezanja od 35 do 60 sati i preporučuju se za grubo rezanje ili obuku novih operatera.Kompozitna cijev od cementnog karbida produljuje svoj vijek trajanja na 80 do 90 sati rezanja.Visokokvalitetna kompozitna cijev od cementnog karbida ima vijek trajanja od 100 do 150 sati, prikladna je za precizan i svakodnevni rad i pokazuje najpredvidljivije koncentrično trošenje.
Osim osiguravanja gibanja, alatni strojevi s vodenim mlazom također moraju uključivati metodu osiguravanja obratka i sustav za prikupljanje i sakupljanje vode i otpadaka od operacija strojne obrade.
Stacionarni i jednodimenzionalni strojevi su najjednostavniji vodeni mlazi.Stacionarni vodeni mlazovi obično se koriste u zrakoplovstvu za rezanje kompozitnih materijala.Operater ubacuje materijal u potok poput tračne pile, dok hvatač skuplja potok i krhotine.Većina stacionarnih vodenih mlaznica su čiste vodene mlaznice, ali ne sve.Stroj za rezanje je varijanta stacionarnog stroja u kojem se proizvodi poput papira provlače 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 napravili rešetkaste uzorke 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 stavlja ispod njega.
Operateri ne bi trebali ručno koristiti ovu vrstu abrazivnog vodenog mlaza.Teško je pomicati izrezani predmet određenom i dosljednom brzinom i iznimno je opasno.Mnogi proizvođači neće ni ponuditi strojeve za te postavke.
XY stol, koji se naziva i plosnati stroj za rezanje, najčešći je dvodimenzionalni stroj za rezanje vodenim mlazom.Mlazovi čiste vode režu brtve, plastiku, gumu i pjenu, dok abrazivni modeli režu metale, kompozite, staklo, kamen i keramiku.Radni stol može biti malen od 2 × 4 stope ili velik od 30 × 100 stopa.Obično se upravljanjem ovim alatnim strojevima upravlja putem CNC-a ili računala.Servo motori, obično sa zatvorenom povratnom spregom, osiguravaju cjelovitost položaja i brzine.Osnovna jedinica uključuje linearne vodilice, kućišta ležajeva i kuglične navojne pogone, dok mostna jedinica također uključuje ove tehnologije, a sabirni spremnik uključuje materijalnu potporu.
XY radni stolovi obično dolaze u dva stila: portalni radni stol sa središnjom šinom uključuje dvije osnovne vodilice i most, dok konzolni radni stol koristi bazu i kruti most.Oba tipa stroja uključuju neki oblik podešavanja visine glave.Ova mogućnost podešavanja osi Z može biti u obliku ručne ručice, električnog vijka ili potpuno programabilnog servo vijka.
Otvor na XY radnom stolu obično je spremnik za vodu napunjen vodom, koji je opremljen rešetkama ili letvicama za podupiranje obratka.Proces rezanja polako troši ove potpore.Sifon se može čistiti automatski, otpad se sprema u spremnik, a može i ručno, a operater redovito lopatom čisti limenku.
Kako se udio predmeta gotovo bez ravnih površina povećava, mogućnosti pet osi (ili više) bitne su za moderno rezanje vodenim mlazom.Srećom, lagana glava rezača i niska sila trzaja tijekom procesa rezanja pružaju dizajnerima slobodu koju nema glodanje s velikim opterećenjem.Rezanje s pet osi vodenim mlazom u početku je koristilo sustav šablona, ali su se korisnici ubrzo okrenuli programabilnom petoosnom rezanju kako bi se riješili troškova šablona.
Međutim, čak i uz namjenski softver, 3D rezanje je kompliciranije od 2D rezanja.Kompozitni repni dio Boeinga 777 ekstreman je primjer.Najprije operater učitava program i programira fleksibilno “pogostick” osoblje.Mosna dizalica transportira materijal dijelova, a opružna šipka se odvrne na odgovarajuću visinu i dijelovi se učvrste.Posebna os Z bez rezanja koristi kontaktnu sondu za točno pozicioniranje dijela u prostoru i točke uzorkovanja za dobivanje točne visine i smjera dijela.Nakon toga program se preusmjerava na stvarni položaj dijela;sonda se uvlači kako bi napravila mjesta za Z-os glave za rezanje;program radi kako bi kontrolirao svih pet osi kako bi rezna glava bila okomita na površinu koju treba rezati i kako bi djelovao prema potrebi. Putujte točno određenom brzinom.
Abrazivi su potrebni za rezanje kompozitnih materijala ili bilo kojeg metala većeg od 0,05 inča, što znači da je potrebno spriječiti izbacivač da reže opružnu šipku i postolje alata nakon rezanja.Posebno hvatanje točaka najbolji je način za postizanje petoosnog rezanja vodenim mlazom.Testovi su pokazali da ova tehnologija može zaustaviti mlazni zrakoplov od 50 konjskih snaga ispod 6 inča.Okvir u obliku slova C povezuje hvatač sa zapešćem osi Z kako bi se ispravno uhvatila lopta kada glava prekriva cijeli opseg dijela.Hvatač također zaustavlja abraziju i troši čelične kuglice brzinom od oko 0,5 do 1 funte na sat.U ovom sustavu, mlaz se zaustavlja disperzijom kinetičke energije: nakon što mlaz uđe u zamku, nailazi na čeličnu kuglu koja se nalazi u njoj, a čelična se kugla rotira kako bi potrošila energiju mlaza.Čak i kada je vodoravno i (u nekim slučajevima) naopako, hvatač mjesta može raditi.
Nisu svi petoosni dijelovi jednako složeni.Kako se veličina dijela povećava, prilagođavanje programa i provjera položaja dijela i točnosti rezanja postaju kompliciraniji.Mnoge trgovine svakodnevno koriste 3D strojeve za jednostavno 2D rezanje i složeno 3D rezanje.
Operatori bi trebali biti svjesni da postoji velika razlika između točnosti dijela i točnosti kretanja stroja.Čak i stroj s gotovo savršenom preciznošću, dinamičnim kretanjem, kontrolom brzine i izvrsnom ponovljivošću možda neće moći proizvesti "savršene" dijelove.Točnost gotovog dijela kombinacija je pogreške procesa, pogreške stroja (XY performanse) i stabilnosti izratka (pričvršćenje, ravnost i temperaturna stabilnost).
Pri rezanju materijala debljine manje od 1 inča, točnost vodenog mlaza obično je između ±0,003 do 0,015 inča (0,07 do 0,4 mm).Točnost materijala debljih od 1 inča je unutar ±0,005 do 0,100 inča (0,12 do 2,5 mm).XY stol visokih performansi dizajniran je za linearnu točnost pozicioniranja od 0,005 inča ili više.
Potencijalne pogreške koje utječu na točnost uključuju pogreške kompenzacije alata, programske pogreške i pomicanje stroja.Kompenzacija alata je vrijednost koja se unosi u kontrolni sustav kako bi se uzela u obzir širina rezanja mlaza - to jest, veličina putanje rezanja koja se mora proširiti kako bi konačni dio dobio ispravnu veličinu.Kako bi se izbjegle moguće 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 izrade, što otežava otkrivanje nedostatka dimenzionalnog podudaranja između programa izrade i CAD crteža.Važni aspekti gibanja stroja koji mogu uzrokovati pogreške su razmak i ponovljivost u mehaničkoj jedinici.Servo podešavanje je također važno, jer nepravilno servo podešavanje može uzrokovati pogreške u razmacima, ponovljivosti, okomitosti i klepetanju.Mali dijelovi duljine i širine manje od 12 inča ne zahtijevaju toliko XY stolova kao veliki dijelovi, tako da je mogućnost pogrešaka u kretanju stroja manja.
Abrazivi čine dvije trećine operativnih troškova vodenih mlaznih sustava.Ostalo uključuje struju, vodu, zrak, brtve, nepovratne ventile, otvore, cijevi za miješanje, filtre za dovod vode i rezervne dijelove za hidrauličke pumpe i visokotlačne cilindre.
Rad punom snagom isprva se činio skupljim, ali povećanje produktivnosti premašilo je troškove.Kako se brzina protoka abraziva povećava, brzina rezanja će se povećavati, a cijena po inču će se smanjivati dok ne dosegne optimalnu točku.Za maksimalnu produktivnost, rukovatelj bi trebao pokretati glavu za rezanje najvećom brzinom rezanja i maksimalnom snagom za optimalnu upotrebu.Ako sustav od 100 konjskih snaga može pokretati samo glavu od 50 konjskih snaga, tada se pomoću dvije glave na sustavu može postići ova učinkovitost.
Optimiziranje rezanja abrazivnim vodenim mlazom zahtijeva pozornost na specifičnu situaciju, ali može pružiti izvrsna povećanja produktivnosti.
Nije mudro rezati zračni raspor veći od 0,020 inča jer se mlaz otvara u otvoru i grubo reže niže razine.Slaganje listova materijala tijesno jedno uz drugo može to spriječiti.
Mjerite produktivnost u smislu cijene po inču (to jest, broja dijelova koje proizvodi sustav), a ne cijene po satu.Zapravo, brza proizvodnja nužna je za amortizaciju neizravnih troškova.
Vodene mlaznice koje često probijaju kompozitne materijale, staklo i kamenje trebaju biti opremljene regulatorom koji može smanjiti i povećati pritisak vode.Vakuumska pomoć i druge tehnologije povećavaju vjerojatnost uspješnog probijanja lomljivih ili laminiranih materijala bez oštećenja ciljanog materijala.
Automatizacija rukovanja materijalom ima smisla samo kada rukovanje materijalom čini veliki dio troškova proizvodnje dijelova.Strojevi za abrazivni vodeni mlaz obično koriste ručno pražnjenje, dok se rezanje ploča uglavnom koristi automatizacijom.
Većina sustava vodenih mlaznica koristi običnu vodu iz slavine, a 90% operatera vodenih mlaznica ne vrši nikakve pripreme osim omekšavanja vode prije slanja vode u ulazni filtar.Korištenje reverzne osmoze i deionizatora za pročišćavanje vode može biti primamljivo, ali uklanjanje iona olakšava vodi da apsorbira ione iz metala u pumpama i visokotlačnim cijevima.Može produžiti vijek trajanja otvora, ali trošak zamjene visokotlačnog cilindra, nepovratnog ventila i završnog poklopca mnogo je veći.
Podvodno rezanje smanjuje površinsko zaleđivanje (poznato i kao "zamagljivanje") na gornjem rubu abrazivnog rezanja vodenim mlazom, dok također uvelike smanjuje buku mlaza i kaos na radnom mjestu.Međutim, to smanjuje vidljivost mlaza, pa se preporučuje korištenje elektroničkog nadzora performansi za otkrivanje odstupanja od vršnih uvjeta i zaustavljanje sustava prije oštećenja bilo kakve komponente.
Za sustave koji koriste različite veličine abrazivnih sita za različite poslove, koristite dodatno skladištenje i mjerenje za uobičajene veličine.Mali (100 lb) ili veliki (500 do 2000 lb) prijenos rasutog tereta i povezani mjerni ventili omogućuju brzo prebacivanje između veličina sita, smanjujući vrijeme zastoja i gnjavažu, dok povećava produktivnost.
Separator može učinkovito rezati materijale debljine manje od 0,3 inča.Iako ove ušice obično mogu osigurati drugo brušenje slavine, mogu postići brže rukovanje materijalom.Tvrđi materijali će imati manje oznake.
Stroj s abrazivnim vodenim mlazom i kontrolom dubine rezanja.Za prave dijelove, ovaj početni proces može pružiti uvjerljivu alternativu.
Sunlight-Tech Inc. koristi GF Machining Solutions' Microlution laserske centre za mikrostrojnu obradu i mikroglodanje za proizvodnju dijelova s tolerancijama manjim od 1 mikrona.
Rezanje vodenim mlazom zauzima mjesto u području proizvodnje materijala.Ovaj članak govori o tome kako vodene mlaznice rade u vašoj trgovini i razmatra proces.
Vrijeme objave: 4. rujna 2021