Rezanie vodným lúčom môže byť jednoduchšia metóda spracovania, ale je vybavená výkonným razníkom a vyžaduje, aby si operátor neustále uvedomoval opotrebovanie a presnosť viacerých dielov.
Najjednoduchšie rezanie vodným lúčom je proces rezania vysokotlakovým vodným lúčom do materiálov. Táto technológia je zvyčajne doplnkom k iným technológiám spracovania, ako je frézovanie, laser, EDM a plazma. Pri procese vodným lúčom nevznikajú žiadne škodlivé látky ani para, nevzniká tepelne ovplyvnená zóna ani mechanické namáhanie. Vodné trysky dokážu vyrezať ultratenké detaily na kameň, sklo a kov; rýchlo vyvŕtať otvory do titánu; nakrájané jedlo; a dokonca zabíjajú patogény v nápojoch a dipoch.
Všetky stroje s vodným lúčom majú čerpadlo, ktoré dokáže stlačiť vodu na dodanie do reznej hlavy, kde sa premení na nadzvukový prúd. Existujú dva hlavné typy čerpadiel: čerpadlá s priamym pohonom a čerpadlá s posilňovačom.
Úloha čerpadla s priamym pohonom je podobná ako u vysokotlakového čističa a trojvalcové čerpadlo poháňa tri plunžery priamo z elektromotora. Maximálny nepretržitý pracovný tlak je o 10 % až 25 % nižší ako u podobných pomocných čerpadiel, no stále ich udržiava medzi 20 000 a 50 000 psi.
Čerpadlá na báze zosilňovača tvoria väčšinu ultra vysokotlakových čerpadiel (to znamená čerpadiel nad 30 000 psi). Tieto čerpadlá obsahujú dva kvapalinové okruhy, jeden pre vodu a druhý pre hydrauliku. Vstupný filter vody najprv prechádza cez 1 mikrónový patrónový filter a potom 0,45 mikrónový filter, aby nasal obyčajnú vodu z vodovodu. Táto voda vstupuje do pomocného čerpadla. Pred vstupom do pomocného čerpadla sa tlak pomocného čerpadla udržiava na približne 90 psi. Tu sa tlak zvýši na 60 000 psi. Predtým, ako voda konečne opustí čerpadlový agregát a dostane sa potrubím k reznej hlave, voda prejde cez tlmič nárazov. Zariadenie dokáže potlačiť kolísanie tlaku, aby sa zlepšila konzistencia a eliminovali impulzy, ktoré zanechávajú stopy na obrobku.
V hydraulickom okruhu elektromotor medzi elektromotormi nasáva olej z olejovej nádrže a natlakuje ju. Stlačený olej prúdi do rozdeľovacieho potrubia a ventil rozdeľovacieho potrubia striedavo vstrekuje hydraulický olej na obe strany zostavy sušienky a piestu, aby sa vytvoril zdvih posilňovača. Pretože povrch piestu je menší ako povrch sušienky, tlak oleja „zvyšuje“ tlak vody.
Posilňovač je piestové čerpadlo, čo znamená, že zostava sušienok a piestu dodáva vysokotlakovú vodu z jednej strany posilňovača, zatiaľ čo nízkotlaková voda plní druhú stranu. Recirkulácia tiež umožňuje chladenie hydraulického oleja, keď sa vracia do nádrže. Spätný ventil zabezpečuje, že nízkotlaková a vysokotlaková voda môže prúdiť len jedným smerom. Vysokotlakové valce a koncové uzávery, ktoré zapuzdrujú piest a komponenty sušienok, musia spĺňať špeciálne požiadavky, aby odolali silám procesu a konštantným tlakovým cyklom. Celý systém je navrhnutý tak, aby postupne zlyhal a úniky budú prúdiť do špeciálnych „odtokových otvorov“, ktoré môže operátor monitorovať, aby si mohol lepšie naplánovať pravidelnú údržbu.
Špeciálne vysokotlakové potrubie dopravuje vodu do reznej hlavy. Rúrka môže tiež poskytnúť voľnosť pohybu reznej hlavy v závislosti od veľkosti rúrky. Materiálom voľby pre tieto rúry je nehrdzavejúca oceľ a existujú tri bežné veľkosti. Oceľové rúry s priemerom 1/4 palca sú dostatočne flexibilné na pripojenie k športovému náradiu, ale neodporúčajú sa na prepravu vysokotlakovej vody na veľké vzdialenosti. Pretože sa táto trubica ľahko ohýba, dokonca aj do zvitku, dĺžka 10 až 20 stôp môže dosiahnuť pohyb X, Y a Z. Väčšie 3/8-palcové potrubia 3/8-palcové zvyčajne vedú vodu z čerpadla na spodok pohyblivého zariadenia. Hoci sa dá ohnúť, vo všeobecnosti nie je vhodný pre zariadenia na pohyb potrubia. Najväčšie potrubie s rozmermi 9/16 palcov je najlepšie na prepravu vysokotlakovej vody na veľké vzdialenosti. Väčší priemer pomáha znižovať stratu tlaku. Potrubie tejto veľkosti je veľmi kompatibilné s veľkými čerpadlami, pretože veľké množstvo vody pod vysokým tlakom má aj väčšie riziko potenciálnej straty tlaku. Rúry tejto veľkosti však nemožno ohýbať a v rohoch je potrebné nainštalovať armatúry.
Stroj na rezanie čistým vodným lúčom je najskorším strojom na rezanie vodným lúčom a jeho históriu možno vysledovať až do začiatku 70. rokov minulého storočia. V porovnaní s kontaktom alebo vdychovaním materiálov produkujú menej vody na materiáloch, preto sú vhodné na výrobu produktov ako sú automobilové interiéry a jednorazové plienky. Kvapalina je veľmi tenká - 0,004 palca až 0,010 palca v priemere - a poskytuje extrémne detailné geometrie s veľmi malou stratou materiálu. Rezná sila je extrémne nízka a upevnenie je zvyčajne jednoduché. Tieto stroje sú najvhodnejšie pre 24-hodinovú prevádzku.
Pri zvažovaní rezacej hlavy pre stroj s čistým vodným lúčom je dôležité pamätať na to, že rýchlosť prúdenia sú mikroskopické úlomky alebo častice trhaného materiálu, nie tlak. Na dosiahnutie tejto vysokej rýchlosti prúdi stlačená voda cez malý otvor v drahokame (zvyčajne zafír, rubín alebo diamant) upevnený na konci dýzy. Typické rezanie používa priemer otvoru 0,004 palca až 0,010 palca, zatiaľ čo špeciálne aplikácie (ako je striekaný betón) môžu používať veľkosti až 0,10 palca. Pri 40 000 psi prúdi z otvoru rýchlosťou približne 2 Mach a pri 60 000 psi prúd presahuje 3 Mach.
Rôzne šperky majú rôzne odborné znalosti v oblasti rezania vodným lúčom. Zafír je najbežnejším materiálom na všeobecné použitie. Vydržia približne 50 až 100 hodín rezania, aj keď aplikácia abrazívneho vodného lúča tieto časy skracuje na polovicu. Rubíny nie sú vhodné na rezanie čistým vodným lúčom, ale prúd vody, ktorý vytvárajú, je veľmi vhodný na rezanie abrazívnym účinkom. V procese abrazívneho rezania je čas rezania rubínov približne 50 až 100 hodín. Diamanty sú oveľa drahšie ako zafíry a rubíny, ale doba rezania sa pohybuje medzi 800 a 2 000 hodinami. Vďaka tomu je diamant obzvlášť vhodný pre 24-hodinovú prevádzku. V niektorých prípadoch je možné diamantový otvor vyčistiť aj ultrazvukom a znova použiť.
V stroji s abrazívnym vodným lúčom nie je mechanizmom odstraňovania materiálu samotný prúd vody. Naopak, prúdenie urýchľuje abrazívne častice na koróziu materiálu. Tieto stroje sú tisíckrát výkonnejšie ako stroje na rezanie čistým vodným lúčom a dokážu rezať tvrdé materiály ako kov, kameň, kompozitné materiály a keramiku.
Prúd brusiva je väčší ako prúd prúdu čistej vody, s priemerom medzi 0,020 palca a 0,050 palca. Môžu rezať stohy a materiály s hrúbkou až 10 palcov bez vytvárania tepelne ovplyvnených zón alebo mechanického namáhania. Hoci sa ich pevnosť zvýšila, rezná sila brúsneho prúdu je stále menšia ako jedna libra. Takmer všetky operácie s abrazívnym tryskaním používajú tryskacie zariadenie a možno ich jednoducho prepnúť z použitia s jednou hlavou na použitie s viacerými hlavami a dokonca aj prúd abrazívneho vodného prúdu možno premeniť na prúd čistej vody.
Brusivo je tvrdý, špeciálne vybraný a dimenzovaný piesok – zvyčajne granát. Rôzne veľkosti mriežky sú vhodné pre rôzne úlohy. Hladký povrch možno dosiahnuť s brúsivami s veľkosťou 120 mesh, zatiaľ čo brúsivá s veľkosťou 80 mesh sa ukázali byť vhodnejšie na všeobecné použitie. Brúsna rezná rýchlosť 50 mesh je rýchlejšia, ale povrch je o niečo drsnejší.
Aj keď sa vodné trysky ovládajú ľahšie ako mnohé iné stroje, miešacia trubica si vyžaduje pozornosť operátora. Potenciál zrýchlenia tejto trubice je ako hlaveň pušky, s rôznymi veľkosťami a rôznou životnosťou výmeny. Mixovacia trubica s dlhou životnosťou je revolučnou inováciou v rezaní abrazívnym vodným lúčom, ale trubica je stále veľmi krehká - ak sa rezná hlava dostane do kontaktu s prípravkom, ťažkým predmetom alebo cieľovým materiálom, trubica sa môže zabrzdiť. Poškodené potrubia nie je možné opraviť, takže udržanie nízkych nákladov vyžaduje minimalizáciu výmeny. Moderné stroje majú zvyčajne funkciu automatickej detekcie kolízie, aby sa zabránilo kolíziám s miešacou trubicou.
Oddeľovacia vzdialenosť medzi zmiešavacou rúrkou a cieľovým materiálom je zvyčajne 0,010 palca až 0,200 palca, ale operátor musí mať na pamäti, že vzdialenosť väčšia ako 0,080 palca spôsobí námrazu na vrchnej hrane rezu dielu. Rezanie pod vodou a iné techniky môžu túto polevu znížiť alebo odstrániť.
Spočiatku bola miešacia trubica vyrobená z karbidu volfrámu a mala životnosť iba štyri až šesť hodín rezania. Dnešné lacné kompozitné rúry môžu dosiahnuť reznú životnosť 35 až 60 hodín a odporúčajú sa na hrubé rezanie alebo školenie nových operátorov. Kompozitná rúrka zo slinutého karbidu predlžuje jej životnosť na 80 až 90 rezných hodín. Vysokokvalitná kompozitná rúrka zo slinutého karbidu má životnosť 100 až 150 hodín, je vhodná na presnú a každodennú prácu a vykazuje najpredvídateľnejšie sústredné opotrebovanie.
Obrábacie stroje s vodným lúčom musia okrem zaistenia pohybu obsahovať aj spôsob zaistenia obrobku a systém na zachytávanie a zachytávanie vody a nečistôt z obrábacích operácií.
Stacionárne a jednorozmerné stroje sú najjednoduchšie vodné lúče. Stacionárne vodné lúče sa bežne používajú v letectve na orezávanie kompozitných materiálov. Operátor podáva materiál do potoka ako pásová píla, zatiaľ čo lapač zbiera potok a nečistoty. Väčšina stacionárnych vodných lúčov sú čisté vodné lúče, ale nie všetky. Rezačka je variantom stacionárneho stroja, v ktorom sa výrobky, ako je papier, posúvajú cez stroj a vodný lúč reže výrobok na určitú šírku. Prierezový stroj je stroj, ktorý sa pohybuje pozdĺž osi. Často pracujú s rezacími strojmi, aby vytvorili mriežkovité vzory na produktoch, ako sú predajné automaty, ako sú koláčiky. Rezací stroj reže výrobok na určitú šírku, zatiaľ čo stroj na priečne rezanie priečne reže výrobok podávaný pod ním.
Operátori by tento typ abrazívneho vodného lúča nemali používať ručne. Je ťažké pohybovať rezaným predmetom špecifickou a konzistentnou rýchlosťou a je to mimoriadne nebezpečné. Mnoho výrobcov ani nebude uvádzať stroje na tieto nastavenia.
Stôl XY, nazývaný aj plochý rezací stroj, je najbežnejším dvojrozmerným strojom na rezanie vodným lúčom. Čistá voda reže tesnenia, plasty, gumu a penu, zatiaľ čo abrazívne modely režú kovy, kompozity, sklo, kameň a keramiku. Pracovný stôl môže mať rozmery 2 × 4 stopy alebo 30 × 100 stôp. Zvyčajne je ovládanie týchto obrábacích strojov riešené pomocou CNC alebo PC. Servomotory, zvyčajne s uzavretou spätnou väzbou, zabezpečujú integritu polohy a rýchlosti. Základná jednotka obsahuje lineárne vedenia, ložiskové puzdrá a pohony guľôčkových skrutiek, pričom tieto technológie obsahuje aj mostová jednotka a zberná nádrž obsahuje materiálovú podporu.
Pracovné stoly XY sa zvyčajne dodávajú v dvoch štýloch: portálový pracovný stôl so strednou koľajnicou obsahuje dve základné vodiace koľajnice a most, zatiaľ čo konzolový pracovný stôl používa základňu a pevný most. Oba typy strojov zahŕňajú určitú formu nastavenia výšky hlavy. Táto nastaviteľnosť osi Z môže mať formu ručnej kľuky, elektrickej skrutky alebo plne programovateľnej servo skrutky.
Žumpa na pracovnom stole XY je zvyčajne nádrž na vodu naplnená vodou, ktorá je vybavená mriežkami alebo lamelami na podopretie obrobku. Proces rezania tieto podpery pomaly spotrebuje. Lapač môže byť čistený automaticky, odpad sa ukladá do kontajnera, alebo môže byť ručný, pričom obsluha plechovku pravidelne odhŕňa lopatou.
Keďže podiel predmetov s takmer žiadnymi rovnými povrchmi rastie, päťosové (alebo viac) možnosti sú nevyhnutné pre moderné rezanie vodným lúčom. Našťastie ľahká rezná hlava a nízka sila spätného rázu počas procesu rezania poskytujú konštruktérom voľnosť, ktorú vysokozáťažové frézovanie nemá. Päťosové rezanie vodným lúčom spočiatku využívalo šablónový systém, ale používatelia čoskoro prešli na programovateľné päťosové, aby sa zbavili nákladov na šablónu.
Avšak aj so špeciálnym softvérom je 3D rezanie komplikovanejšie ako 2D rezanie. Kompozitná chvostová časť Boeingu 777 je extrémnym príkladom. Najprv operátor nahrá program a naprogramuje flexibilný personál „pogostick“. Mostový žeriav prepraví materiál dielov a pružinová tyč sa odskrutkuje do vhodnej výšky a diely sa upevnia. Špeciálna nerezná os Z využíva kontaktnú sondu na presné umiestnenie dielu v priestore a vzorkovacie body na získanie správnej výšky a smeru dielu. Potom sa program presmeruje na aktuálnu polohu dielu; sonda sa stiahne, aby sa vytvoril priestor pre os Z reznej hlavy; program beží na ovládanie všetkých piatich osí, aby bola rezacia hlava kolmá na povrch, ktorý sa má rezať, a aby fungovala podľa potreby Pohybujte sa presnou rýchlosťou.
Brúsivá sú potrebné na rezanie kompozitných materiálov alebo akéhokoľvek kovu väčšieho ako 0,05 palca, čo znamená, že je potrebné zabrániť vyhadzovaču v prerezaní pružinovej tyče a lôžka nástroja po rezaní. Špeciálne zachytenie bodu je najlepší spôsob, ako dosiahnuť päťosové rezanie vodným lúčom. Testy ukázali, že táto technológia dokáže zastaviť prúdové lietadlo s výkonom 50 koní pod 6 palcov. Rám v tvare C spája lapač so zápästím osi Z, aby správne chytil loptičku, keď hlava trimuje celý obvod dielu. Zachytávač hrotov tiež zastaví oter a spotrebuje oceľové guľôčky rýchlosťou asi 0,5 až 1 libra za hodinu. V tomto systéme je prúd zastavený rozptylom kinetickej energie: keď prúd vstúpi do pasce, narazí na obsiahnutú oceľovú guľu a oceľová guľa sa otáča, aby spotrebovala energiu prúdu. Zachytávač škvŕn môže fungovať aj vtedy, keď je horizontálne a (v niektorých prípadoch) hore nohami.
Nie všetky päťosové časti sú rovnako zložité. S rastúcou veľkosťou dielu sa nastavenie programu a overenie polohy dielu a presnosti rezu stávajú komplikovanejšie. Mnoho obchodov používa 3D stroje na jednoduché 2D rezanie a zložité 3D rezanie každý deň.
Operátori by si mali uvedomiť, že medzi presnosťou dielu a presnosťou pohybu stroja je veľký rozdiel. Dokonca aj stroj s takmer dokonalou presnosťou, dynamickým pohybom, riadením rýchlosti a vynikajúcou opakovateľnosťou nemusí byť schopný vyrábať „dokonalé“ diely. Presnosť hotového dielu je kombináciou chyby procesu, chyby stroja (výkon XY) a stability obrobku (upevnenie, rovinnosť a teplotná stabilita).
Pri rezaní materiálov s hrúbkou menšou ako 1 palec je presnosť vodného prúdu zvyčajne medzi ± 0,003 až 0,015 palca (0,07 až 0,4 mm). Presnosť materiálov s hrúbkou viac ako 1 palec je v rozmedzí ±0,005 až 0,100 palca (0,12 až 2,5 mm). Vysoko výkonný stôl XY je navrhnutý pre presnosť lineárneho polohovania 0,005 palca alebo vyššiu.
Medzi potenciálne chyby, ktoré ovplyvňujú presnosť, patria chyby kompenzácie nástroja, chyby programovania a pohyb stroja. Kompenzácia nástroja je hodnota, ktorá sa zadáva do riadiaceho systému, aby sa zohľadnila šírka rezu prúdu - to znamená veľkosť dráhy rezu, ktorá sa musí rozšíriť, aby konečný diel získal správnu veľkosť. Aby sa predišlo potenciálnym chybám pri vysoko presnej práci, operátori by mali vykonávať skúšobné rezy a mali by pochopiť, že kompenzácia nástroja musí byť nastavená tak, aby zodpovedala frekvencii opotrebovania miešacej trubice.
Chyby programovania sa najčastejšie vyskytujú, pretože niektoré ovládacie prvky XY nezobrazujú rozmery v programe súčiastok, čo sťažuje zistenie nedostatku rozmerovej zhody medzi programom súčiastky a výkresom CAD. Dôležité aspekty pohybu stroja, ktoré môžu spôsobiť chyby, sú medzera a opakovateľnosť v mechanickej jednotke. Nastavenie serva je tiež dôležité, pretože nesprávne nastavenie serva môže spôsobiť chyby v medzerách, opakovateľnosti, zvislosti a chvenie. Malé diely s dĺžkou a šírkou menšou ako 12 palcov nevyžadujú toľko XY stolov ako veľké diely, takže možnosť chýb pohybu stroja je menšia.
Brúsivá tvoria dve tretiny prevádzkových nákladov systémov vodného lúča. Ostatné zahŕňajú energiu, vodu, vzduch, tesnenia, spätné ventily, hrdlá, zmiešavacie potrubia, filtre na prívod vody a náhradné diely pre hydraulické čerpadlá a vysokotlakové valce.
Prevádzka na plný výkon sa spočiatku zdala drahšia, ale zvýšenie produktivity prevýšilo náklady. Keď sa prietok abrazíva zvyšuje, rýchlosť rezania sa zvyšuje a náklady na palec sa znižujú, kým nedosiahnu optimálny bod. Pre maximálnu produktivitu by mal operátor používať rezaciu hlavu pri najvyššej reznej rýchlosti a maximálnom výkone pre optimálne využitie. Ak 100-koňový systém dokáže poháňať len 50-koňovú hlavu, potom spustenie dvoch hláv na systéme môže dosiahnuť túto efektivitu.
Optimalizácia rezania abrazívnym vodným lúčom si vyžaduje pozornosť venovanú konkrétnej situácii, ale môže poskytnúť vynikajúce zvýšenie produktivity.
Nie je rozumné rezať vzduchovú medzeru väčšiu ako 0,020 palca, pretože prúd sa otvára v medzere a zhruba prerezáva nižšie úrovne. Tomu môže zabrániť stohovanie listov materiálu tesne vedľa seba.
Merajte produktivitu z hľadiska nákladov na palec (t. j. počtu dielov vyrobených systémom), nie nákladov na hodinu. V skutočnosti je rýchla výroba nevyhnutná na amortizáciu nepriamych nákladov.
Vodné lúče, ktoré často prenikajú do kompozitných materiálov, skla a kameňov, by mali byť vybavené ovládačom, ktorý dokáže znížiť a zvýšiť tlak vody. Vákuová asistencia a ďalšie technológie zvyšujú pravdepodobnosť úspešného prepichnutia krehkých alebo laminovaných materiálov bez poškodenia cieľového materiálu.
Automatizácia manipulácie s materiálom má zmysel len vtedy, keď manipulácia s materiálom tvorí veľkú časť výrobných nákladov dielov. Brúsne stroje s vodným lúčom zvyčajne používajú ručné vykladanie, zatiaľ čo rezanie dosiek využíva hlavne automatizáciu.
Väčšina systémov s vodným lúčom používa obyčajnú vodu z vodovodu a 90 % prevádzkovateľov vodného lúča nevykonáva žiadne iné prípravky okrem zmäkčovania vody pred odoslaním vody do vstupného filtra. Použitie reverznej osmózy a deionizérov na čistenie vody môže byť lákavé, ale odstránenie iónov uľahčuje vode absorbovať ióny z kovov v čerpadlách a vysokotlakových potrubiach. Môže predĺžiť životnosť otvoru, ale náklady na výmenu vysokotlakového valca, spätného ventilu a koncového krytu sú oveľa vyššie.
Rezanie pod vodou znižuje námrazu na povrchu (známu aj ako „zahmlievanie“) na hornom okraji rezania abrazívnym vodným lúčom a zároveň výrazne znižuje hluk prúdu a chaos na pracovisku. To však znižuje viditeľnosť trysky, preto sa odporúča použiť elektronické monitorovanie výkonu na detekciu odchýlok od špičkových podmienok a zastavenie systému pred poškodením komponentov.
V prípade systémov, ktoré používajú rôzne veľkosti brúsneho sita pre rôzne úlohy, použite dodatočné skladovanie a meranie pre bežné veľkosti. Malý (100 lb) alebo veľký (500 až 2 000 lb) hromadný dopravník a súvisiace dávkovacie ventily umožňujú rýchle prepínanie medzi veľkosťami sita, čím sa znižujú prestoje a problémy a zároveň sa zvyšuje produktivita.
Separátor dokáže efektívne rezať materiály s hrúbkou menšou ako 0,3 palca. Hoci tieto oká zvyčajne dokážu zabezpečiť druhé brúsenie závitníka, môžu dosiahnuť rýchlejšiu manipuláciu s materiálom. Tvrdšie materiály budú mať menšie štítky.
Stroj s abrazívnym vodným lúčom a ovládaním hĺbky rezu. Pre správne časti môže tento rodiaci sa proces poskytnúť presvedčivú alternatívu.
Spoločnosť Sunlight-Tech Inc. použila laserové mikroobrábacie a mikrofrézovacie centrá Microlution od GF Machining Solutions na výrobu dielov s toleranciami menšími ako 1 mikrón.
Rezanie vodným lúčom zaujíma miesto v oblasti výroby materiálov. Tento článok sa zaoberá tým, ako vodné lúče fungujú pre váš obchod, a zaoberá sa procesom.
Čas odoslania: 04.09.2021