Rezanje vodenim mlazom može biti jednostavnija metoda obrade, ali je opremljeno snažnim bušilicom i zahtijeva od operatera da bude svjestan habanja i tačnosti više dijelova.
Najjednostavnije rezanje vodenim mlazom je proces rezanja materijala vodenim mlazom pod visokim pritiskom. Ova tehnologija je obično komplementarna drugim tehnologijama obrade, kao što su glodanje, laser, EDM i plazma. 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.
Sve mašine za vodeni mlaz imaju pumpu koja može pod pritiskom dovoditi vodu do glave za rezanje, gdje se pretvara u supersonični tok. Postoje dvije glavne vrste pumpi: pumpe sa direktnim pogonom i pumpe sa pojačalom.
Uloga pumpe s direktnim pogonom slična je ulozi visokotlačnog čistača, a pumpa s tri cilindra pokreće tri klipa direktno iz elektromotora. Maksimalni kontinuirani radni pritisak je 10% do 25% niži od sličnih booster pumpi, ali ih to i dalje održava između 20.000 i 50.000 psi.
Pumpe na bazi pojačivača pritiska čine većinu pumpi ultra visokog pritiska (tj. pumpi preko 30.000 psi). Ove pumpe sadrže dva fluidna kruga, jedan za vodu, a drugi za hidrauliku. Filter za ulaz vode prvo prolazi kroz filter uloška 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, pritisak booster pumpe se održava na oko 90 psi. Ovdje se pritisak povećava na 60.000 psi. Prije nego što voda konačno napusti pumpni agregat i stigne do rezne glave kroz cjevovod, voda prolazi kroz amortizer. Uređaj može suzbiti fluktuacije pritiska kako bi poboljšao konzistentnost i eliminisao impulse koji ostavljaju tragove na radnom komadu.
U hidrauličnom krugu, elektromotor između elektromotora usisava ulje iz rezervoara za ulje i stvara pritisak u njemu. Ulje pod pritiskom teče u razvodnik, a ventil razvodnika naizmjenično ubrizgava hidraulično ulje na obje strane sklopa keksa i klipa kako bi generirao hod pojačivača. Budući da je površina klipa manja od površine keksa, pritisak ulja "povećava" pritisak vode.
Pojačivač je klipna pumpa, što znači da sklop keksa i klipa isporučuje vodu pod visokim pritiskom s jedne strane pojačivača, dok voda niskog pritiska puni drugu stranu. Recirkulacija također omogućava hlađenje hidrauličnog ulja kada se vrati u rezervoar. Nepovratni ventil osigurava da voda niskog i visokog pritiska može teći samo u jednom smjeru. Cilindri visokog pritiska i završni poklopci koji zatvaraju komponente klipa i keksa moraju ispunjavati posebne zahtjeve kako bi izdržali sile procesa i cikluse konstantnog pritiska. Cijeli sistem je dizajniran da postepeno otkazuje, a curenje će teći u posebne "odvodne otvore", koje operater može pratiti kako bi bolje planirao redovno održavanje.
Specijalna cijev visokog pritiska prenosi vodu do glave za rezanje. Cijev također može osigurati 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 6 mm su dovoljno fleksibilne za spajanje na sportsku opremu, ali se ne preporučuju za transport vode pod visokim pritiskom na velike udaljenosti. Budući da se ova cijev lako savija, čak i u rolu, dužina 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, uglavnom nisu pogodne za opremu za kretanje cjevovodom. Najveća cijev, dimenzija 24 mm, najbolja je za transport vode pod visokim pritiskom na velike udaljenosti. Veći promjer pomaže u smanjenju gubitka pritiska. Cijevi ove veličine su vrlo kompatibilne s velikim pumpama, jer velika količina vode pod visokim pritiskom također nosi veći rizik od potencijalnog gubitka pritiska. Međutim, cijevi ove veličine ne mogu se savijati, a na uglovima je potrebno ugraditi spojnice.
Mašina za rezanje čistim vodenim mlazom je najstarija mašina za rezanje vodenim mlazom, a njena historija seže do ranih 1970-ih. U poređenju sa kontaktom ili udisanjem materijala, one proizvode manje vode na materijalima, pa su pogodne za proizvodnju proizvoda kao što su unutrašnjosti automobila i pelene za jednokratnu upotrebu. Tekućina je vrlo rijetka - od 0,004 inča do 0,010 inča u promjeru - i pruža izuzetno detaljne geometrije uz vrlo mali gubitak materijala. Sila rezanja je izuzetno niska, a fiksiranje je obično jednostavno. Ove mašine su najpogodnije za 24-satni rad.
Prilikom razmatranja glave za rezanje za čistu mašinu za vodeni mlaz, važno je zapamtiti da brzina protoka predstavlja mikroskopske fragmente 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) pričvršćenom na kraju mlaznice. Tipično rezanje koristi otvor promjera od 0,004 inča do 0,010 inča, dok se za 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 proizvođači nakita imaju različitu stručnost u rezanju vodenim mlazom. Safir je najčešći materijal opšte namjene. Traju otprilike 50 do 100 sati rezanja, iako se primjenom abrazivnog vodenog mlaza to vrijeme prepolovi. Rubini nisu pogodni 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 2.000 sati. To čini dijamant posebno pogodnim za 24-satni rad. U nekim slučajevima, otvor dijamanta se također može ultrazvučno očistiti i ponovo upotrijebiti.
Kod abrazivnog vodenog mlaznog stroja, mehanizam uklanjanja materijala nije sam protok vode. Suprotno tome, protok ubrzava abrazivne čestice kako bi korodirale materijal. Ovi strojevi su hiljadama 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 je i dalje manja od jedne funte. Gotovo sve operacije abrazivnog mlaznog rezanja koriste uređaj za mlazno rezanje i mogu se lako prebacivati s upotrebe jedne glave na upotrebu više glava, pa čak se i abrazivni vodeni mlaz može pretvoriti u čisti vodeni mlaz.
Abrazivni materijal je tvrdi, posebno odabran i dimenzioniran pijesak - obično granat. Različite veličine mreže su pogodne za različite poslove. Glatka površina se može dobiti s abrazivima veličine 120 mesh, dok su se abrazivi veličine 80 mesh pokazali pogodnijim za opću primjenu. Brzina rezanja abrazivom veličine 50 mesh je veća, ali je površina nešto hrapavija.
Iako su vodeni mlazovi lakši za rukovanje od mnogih drugih mašina, 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 je revolucionarna inovacija u rezanju abrazivnim vodenim mlazom, ali cijev je i dalje vrlo krhka - ako glava za rezanje dođe u kontakt s uređajem, teškim predmetom ili ciljanim materijalom, cijev se može slomiti. Oštećene cijevi se ne mogu popraviti, tako da smanjenje troškova zahtijeva minimiziranje zamjene. Moderne mašine 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 zaleđivanje na vrhu rezane ivice dijela. Podvodno rezanje i druge tehnike mogu smanjiti ili eliminirati ovo zaleđivanje.
U početku je cijev za miješanje bila napravljena od volfram karbida i imala je vijek trajanja od samo četiri do šest sati rezanja. Današnje jeftine kompozitne cijevi mogu dostići vijek trajanja rezanja od 35 do 60 sati i preporučuju se za grubo rezanje ili obuku novih operatera. Kompozitna cijev od cementiranog karbida produžava svoj vijek trajanja na 80 do 90 sati rezanja. Visokokvalitetna kompozitna cijev od cementiranog karbida ima vijek trajanja rezanja od 100 do 150 sati, pogodna je za precizan i svakodnevni rad te pokazuje najpredvidljivije koncentrično trošenje.
Pored obezbjeđivanja kretanja, alatne mašine za obradu vodenim mlazom moraju uključivati i metodu osiguranja radnog komada i sistem za sakupljanje i prikupljanje vode i ostataka iz operacija obrade.
Stacionarne i jednodimenzionalne mašine su najjednostavnije vodene mlaznice. Stacionarne vodene mlaznice se obično koriste u vazduhoplovstvu za obrezivanje kompozitnih materijala. Operater ubacuje materijal u potok poput tračne pile, dok hvatač sakuplja potok i ostatke. Većina stacionarnih vodenih mlaznica su čisti vodeni mlaznice, ali ne sve. Mašina za rezanje je varijanta stacionarne mašine, u kojoj se proizvodi poput papira dovode kroz mašinu, a vodeni mlaz reže proizvod na određenu širinu. Mašina za poprečno rezanje je mašina koja se kreće duž ose. Često rade sa mašinama za rezanje kako bi napravile uzorke nalik mreži na proizvodima kao što su automati za prodaju poput kolačića. Mašina za rezanje reže proizvod na određenu širinu, dok mašina za poprečno rezanje poprečno reže proizvod koji se dovodi ispod nje.
Operateri ne bi trebali 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 mašine za ova podešavanja.
XY sto, koji se naziva i mašina za rezanje ravnom pločom, najčešća je dvodimenzionalna mašina za rezanje vodenim mlazom. Čisti vodeni mlazovi režu zaptivke, plastiku, gumu i pjenu, dok abrazivni modeli režu metale, kompozite, staklo, kamen i keramiku. Radni sto može biti dimenzija od 2 × 4 stope do veličine od 30 × 100 stopa. Obično se ovim alatnim mašinama upravlja pomoću CNC ili PC-a. Servo motori, obično sa zatvorenom povratnom petljom, osiguravaju integritet položaja i brzine. Osnovna jedinica uključuje linearne vodilice, kućišta ležajeva i pogone sa kugličnim vijcima, dok mostna jedinica također uključuje ove tehnologije, a sabirni rezervoar uključuje nosač materijala.
XY radne stolove obično dolaze u dva stila: portalni radni stol sa srednjom šinom uključuje dvije osnovne vodilice i most, dok konzolni radni stol koristi bazu i kruti most. Oba tipa mašina uključuju neki oblik podešavanja visine glave. Ovo podešavanje Z-ose može biti u obliku ručne kurble, električnog vijka ili potpuno programabilnog servo vijka.
Sabirnik na XY radnom stolu je obično rezervoar za vodu napunjen vodom, koji je opremljen rešetkama ili letvicama za podupiranje radnog komada. Proces rezanja polako troši ove nosače. Čišćenje sakupljača se može obaviti automatski, otpad se skladišti u kontejneru ili se može obavljati ručno, a operater redovno lopatom čisti kontejner.
Kako se povećava udio predmeta koji gotovo da nemaju ravne površine, petoosne (ili više) mogućnosti su neophodne za moderno rezanje vodenim mlazom. Srećom, lagana glava rezača i mala sila trzaja tokom procesa rezanja pružaju inženjerima dizajna slobodu koju glodanje s velikim opterećenjem nema. Petoosno rezanje vodenim mlazom u početku je koristilo sistem šablona, ali su se korisnici ubrzo okrenuli programabilnom petoosnom rezanju kako bi se riješili troškova šablona.
Međutim, čak i sa namjenskim softverom, 3D rezanje je komplikovanije od 2D rezanja. Kompozitni repni dio Boeinga 777 je ekstreman primjer. Prvo, operater učitava program i programira fleksibilnu "pogostick" letvu. Mosna dizalica transportuje materijal dijelova, a opružna šipka se odvija na odgovarajuću visinu i dijelovi se fiksiraju. Posebna Z-osa koja ne reže koristi kontaktnu sondu za precizno pozicioniranje dijela u prostoru i uzorkuje tačke 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-osu glave za rezanje; program se pokreće kako bi kontrolisao svih pet osa kako bi glava za rezanje bila okomita na površinu koja se reže i kako bi radila po potrebi. Kretanje je preciznom brzinom.
Abrazivi su potrebni za rezanje kompozitnih materijala ili bilo kojeg metala većeg od 0,05 inča, što znači da izbacivač mora biti spriječen da reže opružnu šipku i ležište alata nakon rezanja. Posebno hvatanje tačaka je najbolji način za postizanje rezanja vodenim mlazom u pet osa. Testovi su pokazali da ova tehnologija može zaustaviti mlazni avion od 50 konjskih snaga ispod 6 inča. Okvir u obliku slova C povezuje hvatač sa zglobom Z-ose kako bi pravilno uhvatio kuglicu kada glava orezuje cijeli obim dijela. Hvatač tačaka također zaustavlja abraziju i troši čelične kuglice brzinom od oko 0,5 do 1 funte na sat. U ovom sistemu, mlaz se zaustavlja disperzijom kinetičke energije: nakon što mlaz uđe u zamku, nailazi na sadržanu čeličnu kuglicu, a čelična kuglica se rotira kako bi potrošila energiju mlaza. Čak i kada je horizontalno i (u nekim slučajevima) naopako, hvatač tačaka može raditi.
Nisu svi dijelovi s pet osi podjednako složeni. Kako se veličina dijela povećava, podešavanje programa i provjera položaja dijela i tačnosti rezanja postaju sve složeniji. Mnoge radionice svakodnevno koriste 3D mašine za jednostavno 2D rezanje i složeno 3D rezanje.
Operateri trebaju biti svjesni da postoji velika razlika između tačnosti dijela i tačnosti kretanja mašine. Čak ni mašina sa gotovo savršenom tačnošću, dinamičkim kretanjem, kontrolom brzine i odličnom ponovljivošću možda neće moći proizvesti „savršene“ dijelove. Tačnost gotovog dijela je kombinacija greške procesa, greške mašine (XY performanse) i stabilnosti obratka (pričvršćivač, ravnost i temperaturna stabilnost).
Prilikom rezanja materijala debljine manje od 1 inča (2,5 cm), tačnost vodenog mlaza je obično između ±0,003 i 0,015 inča (0,07 do 0,4 mm). Tačnost materijala debljine veće od 1 inča (2,5 cm) je unutar ±0,005 do 0,100 inča (0,12 do 2,5 mm). Visokoperformansni XY sto je dizajniran za linearnu tačnost pozicioniranja od 0,005 inča (0,005 inča) ili više.
Potencijalne greške koje utiču na tačnost uključuju greške u kompenzaciji alata, greške u programiranju i kretanje mašine. Kompenzacija alata je vrijednost koja se unosi u kontrolni sistem kako bi se uzela u obzir širina rezanja mlaza - to jest, dužina putanje rezanja koja se mora proširiti da bi konačni dio dobio ispravnu veličinu. Da bi se izbjegle potencijalne greške u visokopreciznom radu, operateri bi trebali izvoditi probne rezove i razumjeti da se kompenzacija alata mora prilagoditi učestalosti habanja cijevi za miješanje.
Greške u programiranju se najčešće javljaju jer neke XY kontrole ne prikazuju dimenzije u programu za obradu dijela, što otežava otkrivanje nedostatka dimenzijskog podudaranja između programa za obradu dijela i CAD crteža. Važni aspekti kretanja mašine koji mogu uzrokovati greške su razmak i ponovljivost u mehaničkoj jedinici. Podešavanje servo motora je također važno, jer nepravilno podešavanje servo motora može uzrokovati greške u razmacima, ponovljivosti, vertikalnosti i vibracijama. Mali dijelovi dužine i širine manje od 12 inča ne zahtijevaju toliko XY stolova kao veliki dijelovi, tako da je mogućnost grešaka u kretanju mašine manja.
Abrazivi čine dvije trećine operativnih troškova sistema za vodeni mlaz. Ostali troškovi uključuju energiju, vodu, zrak, zaptivke, nepovratne ventile, otvore, cijevi za miješanje, filtere za dovod vode i rezervne dijelove za hidraulične pumpe i cilindre visokog pritiska.
Rad na punoj snazi se u početku činio skupljim, ali povećanje produktivnosti premašilo je troškove. Kako se protok abraziva povećava, brzina rezanja će se povećavati, a cijena po inču će se smanjivati dok se ne dostigne optimalna tačka. Za maksimalnu produktivnost, operater treba da pokreće glavu za rezanje najvećom brzinom rezanja i maksimalnom snagom za optimalno korištenje. Ako sistem od 100 konjskih snaga može da pokrene samo glavu od 50 konjskih snaga, onda se ova efikasnost može postići korištenjem dvije glave na sistemu.
Optimizacija rezanja abrazivnim vodenim mlazom zahtijeva pažnju na specifičnu situaciju, ali može pružiti odlično povećanje produktivnosti.
Nije mudro rezati zračni zazor veći od 0,020 inča jer se mlaz otvara u zazoru i grubo reže niže nivoe. Slaganje materijala blizu jedan drugome može to spriječiti.
Produktivnost mjerite u smislu cijene po inču (tj. broja dijelova koje sistem proizvodi), a ne cijene po satu. U stvari, brza proizvodnja je neophodna za amortizaciju indirektnih troškova.
Vodeni mlazovi koji često probijaju kompozitne materijale, staklo i kamenje trebaju biti opremljeni kontrolerom koji može smanjiti i povećati pritisak vode. Vakuumska pomoć i druge tehnologije povećavaju vjerovatnoću uspješnog probijanja krhkih ili laminiranih materijala bez oštećenja ciljanog materijala.
Automatizacija rukovanja materijalom ima smisla samo kada rukovanje materijalom čini veliki dio troškova proizvodnje dijelova. Mašine za abrazivno vodeno rezanje obično koriste ručno istovarivanje, dok rezanje ploča uglavnom koristi automatizaciju.
Većina sistema za vodeni mlaz koristi običnu vodu iz slavine, a 90% operatera vodenog mlaza ne vrši nikakve pripreme osim omekšavanja vode prije slanja u ulazni filter. Korištenje reverzne osmoze i deionizatora za prečišćavanje vode može biti primamljivo, ali uklanjanje iona olakšava vodi apsorpciju iona iz metala u pumpama i cijevima visokog pritiska. To može produžiti vijek trajanja otvora, ali su troškovi zamjene cilindra visokog pritiska, nepovratnog ventila i završnog poklopca mnogo veći.
Podvodno rezanje smanjuje površinsko zamagljivanje (također poznato kao "zamagljivanje") na gornjoj ivici rezanja abrazivnim vodenim mlazom, a istovremeno znatno smanjuje buku mlaza i haos na radnom mjestu. Međutim, ovo smanjuje vidljivost mlaza, pa se preporučuje korištenje elektronskog praćenja performansi kako bi se otkrila odstupanja od vršnih uslova i zaustavio sistem prije nego što dođe do oštećenja komponenti.
Za sisteme koji koriste različite veličine abrazivnih sita za različite poslove, koristite dodatno skladištenje i doziranje za uobičajene veličine. Mali (100 lb) ili veliki (500 do 2.000 lb) transport rasutog materijala i srodni dozirajući ventili omogućavaju brzo prebacivanje između veličina mreža sita, smanjujući zastoje i probleme, a istovremeno povećavajući produktivnost.
Separator može efikasno rezati materijale debljine manje od 0,3 inča. Iako ovi izbočini obično mogu osigurati drugo brušenje navoja, oni mogu postići brže rukovanje materijalom. Tvrđi materijali će imati manje oznake.
Mašina s abrazivnim vodenim mlazom i kontrola dubine rezanja. Za prave dijelove, ovaj novonastali proces može pružiti uvjerljivu alternativu.
Kompanija Sunlight-Tech Inc. koristila je centre za lasersku mikroobradu i mikroglodanje Microlution kompanije GF Machining Solutions za proizvodnju dijelova s tolerancijama manjim od 1 mikrona.
Rezanje vodenim mlazom zauzima mjesto u oblasti proizvodnje materijala. Ovaj članak razmatra kako vodeni mlazovi funkcionišu u vašoj trgovini i bavi se procesom.
Vrijeme objave: 04.09.2021.