Řezání vodním paprskem může být jednodušší metodou zpracování, ale je vybaveno výkonným razníkem a vyžaduje, aby si obsluha uvědomovala opotřebení a přesnost více dílů.
Nejjednodušší řezání vodním paprskem je proces řezání vysokotlakým vodním paprskem do materiálů. Tato technologie je obvykle doplňkem jiných technologií zpracování, jako je frézování, laser, EDM a plazma. Při procesu vodním paprskem nevznikají škodlivé látky ani pára, nevzniká tepelně ovlivněná zóna ani mechanické namáhání. Vodní trysky mohou řezat ultratenké detaily na kameni, skle a kovu; rychle vyvrtat otvory do titanu; řezané jídlo; a dokonce zabíjí patogeny v nápojích a dipech.
Všechny stroje s vodním paprskem mají čerpadlo, které dokáže stlačit vodu pro dodávku do řezací hlavy, kde se přemění na nadzvukový proud. Existují dva hlavní typy čerpadel: čerpadla s přímým pohonem a čerpadla na bázi boosteru.
Úloha čerpadla s přímým pohonem je podobná jako u vysokotlakého čističe a tříválcové čerpadlo pohání tři plunžry přímo z elektromotoru. Maximální nepřetržitý pracovní tlak je o 10 % až 25 % nižší než u podobných pomocných čerpadel, ale stále je udržuje mezi 20 000 a 50 000 psi.
Čerpadla na bázi zesilovačů tvoří většinu ultra vysokotlakých čerpadel (tj. čerpadel nad 30 000 psi). Tato čerpadla obsahují dva kapalinové okruhy, jeden pro vodu a druhý pro hydrauliku. Vstupní vodní filtr nejprve prochází 1 mikronovým patronovým filtrem a poté 0,45 mikronovým filtrem, aby nasál běžnou vodu z vodovodu. Tato voda vstupuje do pomocného čerpadla. Před vstupem do pomocného čerpadla je tlak pomocného čerpadla udržován na přibližně 90 psi. Zde je tlak zvýšen na 60 000 psi. Než voda konečně opustí čerpací agregát a potrubím se dostane k řezací hlavě, voda projde tlumičem. Zařízení dokáže potlačit kolísání tlaku pro zlepšení konzistence a eliminaci pulzů, které zanechávají stopy na obrobku.
V hydraulickém okruhu elektromotor mezi elektromotory nasává olej z olejové nádrže a stlačuje ji. Stlačený olej proudí do rozdělovacího potrubí a ventil rozdělovacího potrubí střídavě vstřikuje hydraulický olej na obě strany sestavy sušenek a plunžru, aby se vytvořil zdvih posilovače. Protože povrch pístu je menší než povrch sušenky, tlak oleje „zvyšuje“ tlak vody.
Posilovač je pístové čerpadlo, což znamená, že sestava sušenek a plunžru dodává vysokotlakou vodu z jedné strany posilovače, zatímco nízkotlaká voda plní druhou stranu. Recirkulace také umožňuje ochlazení hydraulického oleje, když se vrací do nádrže. Zpětný ventil zajišťuje, že nízkotlaká a vysokotlaká voda může proudit pouze jedním směrem. Vysokotlaké válce a koncové uzávěry, které zapouzdřují píst a součásti sušenek, musí splňovat speciální požadavky, aby vydržely síly procesu a cykly konstantního tlaku. Celý systém je navržen tak, aby postupně selhal a úniky budou proudit do speciálních „odtokových otvorů“, které může obsluha monitorovat, aby bylo možné lépe naplánovat pravidelnou údržbu.
Speciální vysokotlaké potrubí dopravuje vodu do řezací hlavy. Trubka může také zajistit volnost pohybu řezací hlavy v závislosti na velikosti trubky. Materiálem volby pro tyto trubky je nerezová ocel a existují tři běžné velikosti. Ocelové trubky o průměru 1/4 palce jsou dostatečně flexibilní pro připojení ke sportovnímu vybavení, ale nedoporučují se pro přepravu vysokotlaké vody na dlouhé vzdálenosti. Protože se tato trubka snadno ohýbá, dokonce i do role, délka 10 až 20 stop může dosáhnout pohybu X, Y a Z. Větší 3/8-palcové trubky 3/8-palce obvykle vedou vodu z čerpadla na dno pohyblivého zařízení. Ačkoli může být ohnut, obecně není vhodný pro zařízení pro pohyb potrubí. Největší potrubí, měřící 9/16 palce, je nejlepší pro přepravu vysokotlaké vody na dlouhé vzdálenosti. Větší průměr pomáhá snížit tlakovou ztrátu. Potrubí této velikosti je velmi kompatibilní s velkými čerpadly, protože velké množství vysokotlaké vody má také větší riziko potenciální tlakové ztráty. Trubky této velikosti však nelze ohýbat a v rozích je třeba instalovat tvarovky.
Stroj na řezání paprskem čisté vody je nejstarší stroj na řezání vodním paprskem a jeho historii lze vysledovat až do počátku 70. let 20. století. Ve srovnání s kontaktem nebo inhalací materiálů produkují na materiálech méně vody, takže jsou vhodné pro výrobu produktů, jako jsou automobilové interiéry a jednorázové plenky. Kapalina je velmi tenká - 0,004 palce až 0,010 palce v průměru - a poskytuje extrémně detailní geometrie s velmi malou ztrátou materiálu. Řezná síla je extrémně nízká a upevnění je obvykle jednoduché. Tyto stroje jsou nejvhodnější pro 24hodinový provoz.
Při zvažování řezací hlavy pro stroj s čistým vodním paprskem je důležité si uvědomit, že rychlost proudění jsou mikroskopické úlomky nebo částice trhacího materiálu, nikoli tlak. K dosažení této vysoké rychlosti proudí tlaková voda malým otvorem v drahokamu (obvykle safír, rubín nebo diamant) upevněný na konci trysky. Typické řezání používá průměr otvoru 0,004 palce až 0,010 palce, zatímco speciální aplikace (jako je stříkaný beton) mohou používat velikosti až 0,10 palce. Při 40 000 psi proudí proud z otvoru rychlostí přibližně 2 Mach a při 60 000 psi překračuje proudění 3 Mach.
Různé šperky mají různé zkušenosti s řezáním vodním paprskem. Safír je nejběžnějším materiálem pro všeobecné použití. Vydrží přibližně 50 až 100 hodin řezného času, ačkoli aplikace abrazivního vodního paprsku zkracuje tyto časy na polovinu. Rubíny nejsou vhodné pro čisté řezání vodním paprskem, ale proud vody, který produkují, je velmi vhodný pro abrazivní řezání. V procesu abrazivního řezání je doba řezání rubínů asi 50 až 100 hodin. Diamanty jsou mnohem dražší než safíry a rubíny, ale doba řezání se pohybuje mezi 800 a 2 000 hodinami. Díky tomu je diamant zvláště vhodný pro 24hodinový provoz. V některých případech lze diamantový otvor také vyčistit ultrazvukem a znovu použít.
V abrazivním stroji vodním paprskem není mechanismem úběru materiálu samotný proud vody. Naopak proudění urychluje abrazivní částice ke korozi materiálu. Tyto stroje jsou tisíckrát výkonnější než stroje na řezání čistě vodním paprskem a mohou řezat tvrdé materiály jako kov, kámen, kompozitní materiály a keramiku.
Proud abraziva je větší než proud čisté vody, s průměrem mezi 0,020 palce a 0,050 palce. Mohou řezat stohy a materiály o tloušťce až 10 palců bez vytváření tepelně ovlivněných zón nebo mechanického namáhání. Přestože se jejich síla zvýšila, řezná síla proudu abraziva je stále menší než jedna libra. Téměř všechny operace s abrazivním tryskáním používají tryskací zařízení a lze je snadno přepnout z použití s jednou hlavou na použití s více hlavami a dokonce i proud abrazivní vody lze přeměnit na proud čisté vody.
Brusivo je tvrdé, speciálně vybrané a velikosti písku - obvykle granát. Různé velikosti mřížky jsou vhodné pro různé práce. Hladký povrch lze získat s brusivy se 120 mesh, zatímco brusiva s 80 mesh se ukázala být vhodnější pro všeobecné použití. 50 mesh abrazivní řezná rychlost je rychlejší, ale povrch je mírně drsnější.
Přestože se vodní trysky ovládají snadněji než mnoho jiných strojů, směšovací trubice vyžaduje pozornost obsluhy. Akcelerační potenciál této trubky je jako hlaveň pušky, s různými velikostmi a různou životností výměny. Míchací trubice s dlouhou životností je revoluční inovací v řezání abrazivním vodním paprskem, ale trubice je stále velmi křehká – pokud se řezací hlava dostane do kontaktu s přípravkem, těžkým předmětem nebo cílovým materiálem, trubice se může zbrzdit. Poškozené potrubí nelze opravit, takže udržení nízkých nákladů vyžaduje minimální výměnu. Moderní stroje mají obvykle funkci automatické detekce kolize, aby se předešlo kolizím s směšovací trubicí.
Oddělovací vzdálenost mezi směšovací trubicí a cílovým materiálem je obvykle 0,010 palce až 0,200 palce, ale obsluha musí mít na paměti, že vzdálenost větší než 0,080 palce způsobí námrazu na horní části řezané hrany součásti. Podvodní řezání a další techniky mohou tuto polevu snížit nebo odstranit.
Zpočátku byla směšovací trubice vyrobena z karbidu wolframu a měla životnost pouze čtyři až šest hodin řezání. Dnešní nízkonákladové kompozitní trubky mohou dosáhnout řezné životnosti 35 až 60 hodin a doporučují se pro hrubé řezání nebo školení nových operátorů. Kompozitní trubka ze slinutého karbidu prodlužuje její životnost na 80 až 90 řezných hodin. Vysoce kvalitní kompozitní trubka ze slinutého karbidu má řeznou životnost 100 až 150 hodin, je vhodná pro přesnou a každodenní práci a vykazuje nejvíce předvídatelné soustředné opotřebení.
Kromě zajištění pohybu musí obráběcí stroje vodním paprskem zahrnovat také způsob zajištění obrobku a systém pro shromažďování a shromažďování vody a nečistot z obráběcích operací.
Stacionární a jednorozměrné stroje jsou nejjednodušší vodní paprsky. Stacionární vodní trysky se běžně používají v letectví a kosmonautice k ořezávání kompozitních materiálů. Obsluha podává materiál do potoka jako pásová pila, zatímco lapač sbírá potok a suť. Většina stacionárních vodních paprsků jsou čisté vodní paprsky, ale ne všechny. Řezací stroj je variantou stacionárního stroje, ve kterém jsou výrobky, jako je papír, vedeny strojem a vodní paprsek řeže výrobek na určitou šířku. Příčný řezací stroj je stroj, který se pohybuje podél osy. Často pracují s řezacími stroji, aby vytvořili mřížkové vzory na produktech, jako jsou prodejní automaty, jako jsou sušenky. Řezací stroj řeže výrobek na určitou šířku, zatímco příčný řezací stroj příčně řeže výrobek podávaný pod ním.
Operátoři by tento typ abrazivního vodního paprsku neměli ručně používat. Je obtížné pohybovat řezaným předmětem určitou a stálou rychlostí a je to extrémně nebezpečné. Mnoho výrobců ani neuvádí stroje pro tato nastavení.
Stůl XY, nazývaný také plochý řezací stroj, je nejběžnějším dvourozměrným řezacím strojem vodním paprskem. Proud čisté vody řeže těsnění, plasty, pryž a pěnu, zatímco abrazivní modely řežou kovy, kompozity, sklo, kámen a keramiku. Pracovní stůl může mít rozměry 2 × 4 stopy nebo 30 × 100 stop. Obvykle je řízení těchto obráběcích strojů řešeno pomocí CNC nebo PC. Servomotory, obvykle s uzavřenou zpětnou vazbou, zajišťují integritu polohy a rychlosti. Základní jednotka obsahuje lineární vedení, ložisková pouzdra a kuličkové šroubové pohony, přičemž můstková jednotka také tyto technologie a sběrná nádrž obsahuje materiálovou podporu.
Pracovní stoly XY se obvykle dodávají ve dvou stylech: portálový pracovní stůl se střední kolejnicí obsahuje dvě základní vodicí kolejnice a most, zatímco konzolový pracovní stůl používá základnu a pevný most. Oba typy strojů zahrnují určitou formu nastavitelnosti výšky hlavy. Tato nastavitelnost osy Z může mít podobu ruční kliky, elektrického šroubu nebo plně programovatelného servošroubu.
Jímka na pracovním stole XY je obvykle nádrž na vodu naplněná vodou, která je vybavena mřížkami nebo lamelami pro podepření obrobku. Proces řezání tyto podpěry pomalu spotřebovává. Lapač může být čištěn automaticky, odpad se ukládá do kontejneru, nebo může být ruční a obsluha plechovku pravidelně odhrnuje lopatou.
Vzhledem k tomu, že se zvyšuje podíl položek s téměř žádnými rovnými povrchy, jsou pro moderní řezání vodním paprskem nezbytné pětiosé (nebo více) možnosti. Naštěstí lehká řezná hlava a nízká síla zpětného rázu během procesu řezání poskytují konstruktérům svobodu, kterou vysokozátěžové frézování nemá. Pětiosé řezání vodním paprskem zpočátku používalo šablonový systém, ale uživatelé se brzy obrátili na programovatelné pětiosé, aby se zbavili nákladů na šablonu.
I se speciálním softwarem je však 3D řezání složitější než 2D řezání. Kompozitní ocasní část Boeingu 777 je extrémním příkladem. Nejprve operátor nahraje program a naprogramuje flexibilní personál „pogostick“. Mostový jeřáb dopraví materiál dílů a pružinová tyč se odšroubuje do vhodné výšky a díly se upevní. Speciální neřezná osa Z využívá kontaktní sondu pro přesné umístění dílu v prostoru a vzorkovací body pro získání správné výšky a směru dílu. Poté je program přesměrován do aktuální polohy součásti; sonda se zatáhne, aby se vytvořil prostor pro osu Z řezací hlavy; program běží, aby řídil všech pět os, aby řezací hlava zůstala kolmá k řezanému povrchu, a aby fungovala podle potřeby Pojezd přesnou rychlostí.
K řezání kompozitních materiálů nebo jakéhokoli kovu většího než 0,05 palce jsou zapotřebí brusiva, což znamená, že je třeba zabránit vyhazovači v řezání pružinové tyče a lůžka nástroje po řezání. Speciální bodové zachycení je nejlepší způsob, jak dosáhnout pětiosého řezání vodním paprskem. Testy ukázaly, že tato technologie dokáže zastavit proudové letadlo o výkonu 50 koní pod 6 palců. Rám ve tvaru C spojuje lapač se zápěstím osy Z pro správné zachycení míče, když hlava trimuje celý obvod dílu. Zachycovač bodů také zastavuje otěr a spotřebovává ocelové kuličky rychlostí asi 0,5 až 1 libra za hodinu. V tomto systému je proud zastaven rozptylem kinetické energie: poté, co proud vstoupí do pasti, narazí na obsaženou ocelovou kuličku a ocelová kulička se otáčí, aby spotřebovala energii proudu. I když je lapač bodů vodorovně a (v některých případech) obráceně, může fungovat.
Ne všechny pětiosé části jsou stejně složité. Se zvyšující se velikostí součásti se nastavení programu a ověřování polohy součásti a přesnosti řezání komplikují. Mnoho obchodů používá 3D stroje pro jednoduché 2D řezání a složité 3D řezání každý den.
Operátoři by si měli uvědomit, že existuje velký rozdíl mezi přesností součásti a přesností pohybu stroje. Dokonce i stroj s téměř dokonalou přesností, dynamickým pohybem, řízením rychlosti a vynikající opakovatelností nemusí být schopen vyrábět „dokonalé“ díly. Přesnost hotové součásti je kombinací chyby procesu, chyby stroje (výkon XY) a stability obrobku (upevnění, rovinnost a teplotní stabilita).
Při řezání materiálů o tloušťce menší než 1 palec je přesnost vodního paprsku obvykle mezi ±0,003 až 0,015 palce (0,07 až 0,4 mm). Přesnost materiálů o tloušťce větší než 1 palec je v rozmezí ±0,005 až 0,100 palce (0,12 až 2,5 mm). Vysoce výkonný stůl XY je navržen pro přesnost lineárního polohování 0,005 palce nebo vyšší.
Mezi možné chyby, které ovlivňují přesnost, patří chyby kompenzace nástroje, chyby programování a pohyb stroje. Kompenzace nástroje je hodnota zadávaná do řídicího systému, která bere v úvahu šířku řezu paprsku – tedy velikost dráhy řezu, která se musí rozšířit, aby finální díl získal správnou velikost. Aby se předešlo potenciálním chybám při vysoce přesné práci, měli by operátoři provádět zkušební řezy a měli by si uvědomit, že kompenzace nástroje musí být nastavena tak, aby odpovídala frekvenci opotřebení směšovací trubice.
Chyby programování se nejčastěji vyskytují proto, že některé ovládací prvky XY nezobrazují rozměry v partprogramu, což ztěžuje zjištění nedostatku rozměrové shody mezi partprogramem a výkresem CAD. Důležité aspekty pohybu stroje, které mohou způsobit chyby, jsou mezera a opakovatelnost v mechanické jednotce. Nastavení serva je také důležité, protože nesprávné nastavení serva může způsobit chyby v mezerách, opakovatelnosti, svislosti a chvění. Malé díly s délkou a šířkou menší než 12 palců nevyžadují tolik XY stolů jako velké díly, takže možnost chyb pohybu stroje je menší.
Brusivo tvoří dvě třetiny provozních nákladů systémů vodního paprsku. Mezi další patří napájení, voda, vzduch, těsnění, zpětné ventily, clony, směšovací potrubí, vstupní filtry vody a náhradní díly pro hydraulická čerpadla a vysokotlaké válce.
Provoz na plný výkon se zpočátku zdál dražší, ale zvýšení produktivity převyšovalo náklady. S rostoucím průtokem abraziva se bude řezná rychlost zvyšovat a náklady na palec budou klesat, dokud nedosáhne optimálního bodu. Pro maximální produktivitu by měl operátor používat řezací hlavu při nejvyšší řezné rychlosti a maximálním výkonu pro optimální využití. Pokud systém o výkonu 100 koní může provozovat pouze hlavu o výkonu 50 koní, pak provoz dvou hlav na systému může dosáhnout této účinnosti.
Optimalizace řezání abrazivním vodním paprskem vyžaduje pozornost věnovanou konkrétní situaci, ale může poskytnout vynikající zvýšení produktivity.
Není rozumné řezat vzduchovou mezeru větší než 0,020 palce, protože tryska se v mezeře otevírá a zhruba prořezává nižší úrovně. Tomu může zabránit stohování materiálových listů těsně vedle sebe.
Produktivitu měřte z hlediska nákladů na palec (tj. počtu dílů vyrobených systémem), nikoli nákladů na hodinu. Ve skutečnosti je rychlá výroba nezbytná k amortizaci nepřímých nákladů.
Vodní trysky, které často prorážejí kompozitní materiály, sklo a kameny, by měly být vybaveny ovladačem, který dokáže snížit a zvýšit tlak vody. Vakuová podpora a další technologie zvyšují pravděpodobnost úspěšného propíchnutí křehkých nebo laminovaných materiálů bez poškození cílového materiálu.
Automatizace manipulace s materiálem má smysl pouze tehdy, když manipulace s materiálem tvoří velkou část výrobních nákladů dílů. Abrazivní stroje s vodním paprskem obvykle používají ruční vykládání, zatímco řezání desek používá hlavně automatizaci.
Většina systémů vodního paprsku používá běžnou vodu z vodovodu a 90 % provozovatelů vodních paprsků neprovádí před odesláním vody do vstupního filtru žádné jiné přípravky než změkčování vody. Použití reverzní osmózy a deionizérů k čištění vody může být lákavé, ale odstranění iontů usnadňuje vodě absorbovat ionty z kovů v čerpadlech a vysokotlakých potrubích. Může prodloužit životnost clony, ale náklady na výměnu vysokotlakého válce, zpětného ventilu a koncového krytu jsou mnohem vyšší.
Řezání pod vodou snižuje námrazu na povrchu (také známou jako „zamlžení“) na horní hraně abrazivního řezání vodním paprskem a zároveň výrazně snižuje hluk paprsku a chaos na pracovišti. To však snižuje viditelnost trysky, proto se doporučuje používat elektronické monitorování výkonu pro detekci odchylek od špičkových podmínek a zastavení systému před jakýmkoli poškozením součástí.
U systémů, které používají různé velikosti brusného síta pro různé úlohy, použijte další úložiště a měření pro běžné velikosti. Malé (100 lb) nebo velké (500 až 2 000 lb) hromadné dopravníky a související dávkovací ventily umožňují rychlé přepínání mezi velikostmi ok síta, snižují prostoje a problémy a zároveň zvyšují produktivitu.
Separátor dokáže efektivně řezat materiály o tloušťce menší než 0,3 palce. Přestože tyto očka obvykle dokážou zajistit druhé broušení závitníku, mohou dosáhnout rychlejší manipulace s materiálem. Tvrdší materiály budou mít menší štítky.
Obrábějte abrazivním vodním paprskem a kontrolujte hloubku řezu. Pro správné části může tento rodící se proces poskytnout přesvědčivou alternativu.
Společnost Sunlight-Tech Inc. použila laserová mikroobráběcí a mikrofrézovací centra Microlution společnosti GF Machining Solutions k výrobě dílů s tolerancemi menšími než 1 mikron.
Řezání vodním paprskem zaujímá místo v oblasti výroby materiálů. Tento článek se zabývá tím, jak vodní trysky fungují ve vašem obchodě, a podíváme se na proces.
Čas odeslání: září 04-2021