Rezanje z vodnim curkom je morda enostavnejša metoda obdelave, vendar je opremljeno z močnim prebijalom in od upravljavca zahteva, da se zaveda obrabe in natančnosti več delov.
Najenostavnejše rezanje z vodnim curkom je postopek rezanja materialov z visokotlačnimi vodnimi curki. Ta tehnologija običajno dopolnjuje druge tehnologije obdelave, kot so rezkanje, laser, EDM in plazma. Pri postopku z vodnim curkom ne nastajajo škodljive snovi ali para, prav tako ne nastane območje, ki ga prizadene toplota, ali mehanske napetosti. Vodni curki lahko režejo ultra tanke detajle na kamnu, steklu in kovini; hitro vrtajo luknje v titanu; režejo hrano; in celo uničujejo patogene v pijačah in omakah.
Vsi stroji za vodno rezanje imajo črpalko, ki lahko stisne vodo za dovajanje do rezalne glave, kjer se pretvori v nadzvočni tok. Obstajata dve glavni vrsti črpalk: črpalke z neposrednim pogonom in črpalke z vzpodbujevalnim sistemom.
Vloga črpalke z direktnim pogonom je podobna vlogi visokotlačnega čistilnika, trivaljna črpalka pa poganja tri bate neposredno iz elektromotorja. Največji neprekinjeni delovni tlak je od 10 % do 25 % nižji kot pri podobnih tlačnih črpalkah, vendar jih to še vedno ohranja med 20.000 in 50.000 psi.
Črpalke na osnovi ojačevalnika predstavljajo večino ultra visokotlačnih črpalk (torej črpalk nad 30.000 psi). Te črpalke vsebujejo dva tekočinska kroga, enega za vodo in drugega za hidravliko. Filter za dovod vode najprej gre skozi 1-mikronski kartušni filter in nato skozi 0,45-mikronski filter, da se vsesa navadna voda iz pipe. Ta voda vstopi v tlačno črpalko. Preden vstopi v tlačno črpalko, se tlak v tlačni črpalki vzdržuje na približno 90 psi. Tukaj se tlak poveča na 60.000 psi. Preden voda dokončno zapusti črpalni agregat in po cevovodu doseže rezalno glavo, gre skozi amortizer. Naprava lahko zatre nihanja tlaka, da izboljša konsistenco in odpravi impulze, ki puščajo sledi na obdelovancu.
V hidravličnem krogu elektromotor med elektromotorjema črpa olje iz rezervoarja za olje in ga tlači. Olje pod tlakom teče v razdelilnik, ventil razdelilnika pa izmenično vbrizgava hidravlično olje na obe strani sklopa piškota in bata, da ustvari hod ojačevalnika. Ker je površina bata manjša od površine piškota, tlak olja "poveča" tlak vode.
Črpalka za dvig tlaka je batna črpalka, kar pomeni, da sklop piškota in bata dovaja vodo pod visokim tlakom z ene strani črpalke, medtem ko voda pod nizkim tlakom polni drugo stran. Recirkulacija omogoča tudi hlajenje hidravličnega olja, ko se vrne v rezervoar. Nepovratni ventil zagotavlja, da lahko voda pod nizkim in visokim tlakom teče le v eno smer. Visokotlačni cilindri in končni pokrovi, ki obdajajo komponente bata in piškota, morajo izpolnjevati posebne zahteve, da prenesejo sile procesa in cikle stalnega tlaka. Celoten sistem je zasnovan tako, da postopoma odpoveduje, puščanje pa bo steklo v posebne "odtočne odprtine", ki jih lahko upravljavec spremlja, da bi bolje načrtoval redno vzdrževanje.
Posebna visokotlačna cev prenaša vodo do rezalne glave. Cev lahko zagotavlja tudi svobodo gibanja rezalne glave, odvisno od velikosti cevi. Nerjaveče jeklo je izbrani material za te cevi, obstajajo pa tri običajne velikosti. Jeklene cevi s premerom 6 mm so dovolj prožne za priključitev na športno opremo, vendar niso priporočljive za transport vode pod visokim tlakom na dolge razdalje. Ker je to cev enostavno upogniti, tudi v zvitek, lahko dolžina od 3 do 6 metrov doseže gibanje X, Y in Z. Večje cevke s premerom 9 mm (3/8 palca) običajno prenašajo vodo od črpalke do dna premične opreme. Čeprav jo je mogoče upogniti, na splošno ni primerna za opremo za premikanje po cevovodih. Največja cev, ki meri 24 mm (9/16 palca), je najboljša za transport vode pod visokim tlakom na dolge razdalje. Večji premer pomaga zmanjšati izgubo tlaka. Cevi te velikosti so zelo združljive z velikimi črpalkami, saj velika količina vode pod visokim tlakom predstavlja tudi večje tveganje za morebitno izgubo tlaka. Vendar cevi te velikosti ni mogoče upogniti, na vogalih pa je treba namestiti fitinge.
Stroj za rezanje z vodnim curkom je najzgodnejši stroj za rezanje z vodnim curkom, njegova zgodovina pa sega v zgodnja sedemdeseta leta prejšnjega stoletja. V primerjavi s stikom ali vdihavanjem materialov na materialih proizvajajo manj vode, zato so primerni za proizvodnjo izdelkov, kot so notranjost avtomobilov in plenice za enkratno uporabo. Tekočina je zelo redka – s premerom od 0,004 do 0,010 palca – in zagotavlja izjemno podrobne geometrije z zelo majhno izgubo materiala. Rezalna sila je izjemno nizka, pritrditev pa je običajno preprosta. Ti stroji so najbolj primerni za 24-urno delovanje.
Pri izbiri rezalne glave za čisti vodni curek je pomembno vedeti, da je hitrost pretoka posledica mikroskopskih fragmentov ali delcev materiala, ki se trga, in ne tlaka. Za dosego te visoke hitrosti voda pod tlakom teče skozi majhno luknjo v dragulju (običajno safirju, rubinu ali diamantu), pritrjenem na koncu šobe. Pri običajnem rezanju se uporablja premer odprtine od 0,004 do 0,010 palca, medtem ko se pri posebnih aplikacijah (kot je brizgani beton) lahko uporabljajo velikosti do 0,10 palca. Pri 40.000 psi tok iz odprtine potuje s hitrostjo približno Mach 2, pri 60.000 psi pa preseže Mach 3.
Različni proizvajalci nakita imajo različno strokovno znanje o rezanju z vodnim curkom. Safir je najpogostejši material za splošno uporabo. Zdržijo približno 50 do 100 ur rezanja, čeprav se pri uporabi abrazivnega vodnega curka ta čas prepolovi. Rubini niso primerni za čisto rezanje z vodnim curkom, vendar je pretok vode, ki ga proizvajajo, zelo primeren za abrazivno rezanje. Pri postopku abrazivnega rezanja je čas rezanja rubinov približno 50 do 100 ur. Diamanti so veliko dražji od safirjev in rubinov, vendar je čas rezanja med 800 in 2000 urami. Zaradi tega je diamant še posebej primeren za 24-urno delovanje. V nekaterih primerih je mogoče diamantno odprtino tudi ultrazvočno očistiti in ponovno uporabiti.
Pri abrazivnem vodnem rezalniku mehanizem odstranjevanja materiala ni sam tok vode. Nasprotno, tok pospešuje abrazivne delce, ki korodirajo material. Ti stroji so tisočkrat zmogljivejši od čistih strojev za rezanje z vodnim curkom in lahko režejo trde materiale, kot so kovina, kamen, kompozitni materiali in keramika.
Abrazivni curki so večji od čistega vodnega curka, s premerom med 0,020 in 0,050 palca. Z njimi je mogoče rezati skladovnice in materiale debeline do 10 palcev, ne da bi pri tem nastali toplotno prizadeti predeli ali mehanske obremenitve. Čeprav se je njihova moč povečala, je rezalna sila abrazivnega curka še vedno manjša od enega funta. Skoraj vse operacije abrazivnega curka uporabljajo napravo za curke in jih je mogoče enostavno preklopiti z uporabe ene glave na uporabo več glav, celo abrazivni vodni curek pa je mogoče pretvoriti v čisti vodni curek.
Brusilni material je trd, posebej izbran in zmlet pesek – običajno granat. Za različna dela so primerne različne velikosti mreže. Gladko površino je mogoče doseči z abrazivi z velikostjo mreže 120 mesh, medtem ko so se abrazivi z velikostjo mreže 80 mesh izkazali za bolj primerne za splošno uporabo. Hitrost rezanja z abrazivom z velikostjo mreže 50 mesh je večja, vendar je površina nekoliko bolj hrapava.
Čeprav so vodni curki lažji za upravljanje kot mnogi drugi stroji, mešalna cev zahteva pozornost upravljavca. Potencial pospeševanja te cevi je podoben puškini cevi, z različnimi velikostmi in različno življenjsko dobo. Dolgotrajna mešalna cev je revolucionarna inovacija pri rezanju z abrazivnim vodnim curkom, vendar je cev še vedno zelo krhka – če rezalna glava pride v stik s pritrjevalnikom, težkim predmetom ali ciljnim materialom, se lahko cev zlomi. Poškodovanih cevi ni mogoče popraviti, zato je za zmanjšanje stroškov potrebno čim manjše število zamenjav. Sodobni stroji imajo običajno funkcijo samodejnega zaznavanja trkov, ki preprečuje trke z mešalno cevjo.
Razdalja med mešalno cevjo in ciljnim materialom je običajno od 0,010 do 0,200 palcev, vendar mora upravljavec upoštevati, da bo razdalja, večja od 0,080 palcev, povzročila zmrzal na vrhu rezanega roba obdelovanca. Podvodno rezanje in druge tehnike lahko zmanjšajo ali odpravijo to zmrzal.
Sprva je bila mešalna cev izdelana iz volframovega karbida in je imela življenjsko dobo le štiri do šest ur rezanja. Današnje cenovno ugodne kompozitne cevi lahko dosežejo življenjsko dobo rezanja od 35 do 60 ur in so priporočljive za grobo rezanje ali usposabljanje novih operaterjev. Kompozitna cev iz cementiranega karbida podaljša svojo življenjsko dobo na 80 do 90 ur rezanja. Visokokakovostna kompozitna cev iz cementiranega karbida ima življenjsko dobo rezanja od 100 do 150 ur, je primerna za natančno in vsakodnevno delo ter kaže najbolj predvidljivo koncentrično obrabo.
Poleg zagotavljanja gibanja morajo stroji za vodno rezanje vključevati tudi metodo pritrditve obdelovanca in sistem za zbiranje in odvajanje vode in ostankov iz obdelovalnih operacij.
Stacionarni in enodimenzionalni stroji so najpreprostejši vodni curki. Stacionarni vodni curki se pogosto uporabljajo v letalstvu in vesoljski industriji za obrezovanje kompozitnih materialov. Upravljavec dovaja material v potok kot tračna žaga, medtem ko lovilec zbira potok in odpadke. Večina stacionarnih vodnih curkov so čisti vodni curki, vendar ne vsi. Rezalni stroj je različica stacionarnega stroja, pri katerem se izdelki, kot je papir, dovajajo skozi stroj, vodni curek pa izdelek reže na določeno širino. Stroj za prečno rezanje je stroj, ki se premika vzdolž osi. Pogosto delujejo skupaj z rezalnimi stroji za izdelavo mrežastih vzorcev na izdelkih, kot so prodajni avtomati, kot so browniji. Rezalni stroj izdelek reže na določeno širino, medtem ko stroj za prečno rezanje prečno reže izdelek, ki se dovaja pod njim.
Operaterji ne smejo ročno uporabljati te vrste abrazivnega vodnega curka. Težko je premikati rezani predmet z določeno in konstantno hitrostjo, poleg tega pa je to izjemno nevarno. Mnogi proizvajalci sploh ne ponujajo strojev za te nastavitve.
XY miza, imenovana tudi stroj za rezanje z ravno ploščo, je najpogostejši dvodimenzionalni stroj za rezanje z vodnim curkom. Čisti vodni curki režejo tesnila, plastiko, gumo in peno, medtem ko abrazivni modeli režejo kovine, kompozite, steklo, kamen in keramiko. Delovna miza je lahko majhna, od 2 × 4 čevljev do velika, od 30 × 100 čevljev. Običajno te obdelovalne stroje krmili CNC ali PC. Servo motorji, običajno z zaprto zanko povratne zanke, zagotavljajo integriteto položaja in hitrosti. Osnovna enota vključuje linearna vodila, ohišja ležajev in kroglične vretenaste pogone, medtem ko mostna enota prav tako vključuje te tehnologije, zbirni rezervoar pa vključuje oporo za material.
Delovne mize XY so običajno na voljo v dveh izvedbah: portalna delovna miza s sredinsko vodilno tirnico vključuje dve osnovni vodilni tirnici in most, medtem ko konzolna delovna miza uporablja podstavek in tog most. Obe vrsti strojev imata neko obliko nastavitve višine glave. Ta nastavljivost osi Z je lahko v obliki ročne ročice, električnega vijaka ali popolnoma programabilnega servo vijaka.
Zbiralnik na delovni mizi XY je običajno rezervoar za vodo, napolnjen z vodo, ki je opremljen z rešetkami ali letvicami za podporo obdelovanca. Postopek rezanja te opore porablja počasi. Čiščenje pasti se lahko izvede samodejno, odpadki se shranijo v posodo ali pa ročno, operater pa redno odstranjuje posodo.
Ker se delež predmetov s skoraj nič ravnimi površinami povečuje, so petosne (ali več) zmogljivosti bistvene za sodobno rezanje z vodnim curkom. Na srečo lahka rezalna glava in nizka sila odboja med procesom rezanja inženirjem načrtovalcem zagotavljata svobodo, ki je rezkanje z visokimi obremenitvami nima. Petosno rezanje z vodnim curkom je sprva uporabljalo sistem šablon, vendar so se uporabniki kmalu obrnili na programabilno petosno rezanje, da bi se znebili stroškov šablon.
Vendar pa je tudi z namensko programsko opremo 3D-rezanje bolj zapleteno kot 2D-rezanje. Kompozitni repni del Boeinga 777 je skrajni primer. Najprej operater naloži program in programira fleksibilno palico "pogostick". Mostni žerjav prepelje material delov, vzmetna palica pa se odvije na ustrezno višino in deli se pritrdijo. Posebna nerezalna os Z uporablja kontaktno sondo za natančno pozicioniranje dela v prostoru in vzorčne točke za dosego pravilne višine in smeri dela. Nato se program preusmeri na dejanski položaj dela; sonda se umakne, da naredi prostor za os Z rezalne glave; program se izvaja za krmiljenje vseh petih osi, da rezalna glava ostane pravokotna na površino, ki jo je treba rezati, in da deluje po potrebi z natančno hitrostjo.
Za rezanje kompozitnih materialov ali katere koli kovine, večje od 0,05 palca (0,05 palca), so potrebni abrazivi, kar pomeni, da je treba preprečiti, da bi izmetalnik po rezanju prerezal vzmetno palico in ležišče orodja. Poseben zajem konic je najboljši način za doseganje petosnega rezanja z vodnim curkom. Testi so pokazali, da lahko ta tehnologija ustavi reaktivno letalo s 50 konjskimi močmi pod 6 palci (6 palcev). Okvir v obliki črke C povezuje lovilec z zapestjem osi Z, da pravilno ujame kroglico, ko glava obreže celoten obod dela. Lovilec konic tudi ustavi odrgnino in porablja jeklene kroglice s hitrostjo približno 0,5 do 1 funt (0,5 do 1 funt) na uro. V tem sistemu curek ustavi razpršitev kinetične energije: ko curek vstopi v past, naleti na jekleno kroglico, ki se vrti, da porabi energijo curka. Tudi ko je lovilec točkovno v vodoravnem položaju in (v nekaterih primerih) obrnjen na glavo, lahko deluje.
Vsi petosni deli niso enako kompleksni. Z večanjem velikosti dela postaneta prilagajanje programa ter preverjanje položaja dela in natančnosti rezanja bolj zapletena. Številne delavnice vsak dan uporabljajo 3D-stroje za preprosto 2D-rezanje in kompleksno 3D-rezanje.
Operaterji se morajo zavedati, da je med natančnostjo dela in natančnostjo gibanja stroja velika razlika. Tudi stroj s skoraj popolno natančnostjo, dinamičnim gibanjem, nadzorom hitrosti in odlično ponovljivostjo morda ne bo mogel izdelati "popolnih" delov. Natančnost končnega dela je kombinacija procesne napake, napake stroja (delovanje XY) in stabilnosti obdelovanca (pritrditev, ravnost in temperaturna stabilnost).
Pri rezanju materialov debeline manj kot 2,5 cm je natančnost vodnega curka običajno med ±0,003 in 0,015 palca (0,07 do 0,4 mm). Natančnost materialov, debelejših od 2,5 cm, je med ±0,005 in 0,100 palca (0,12 do 2,5 mm). Visokozmogljiva miza XY je zasnovana za linearno natančnost pozicioniranja 0,005 palca ali več.
Med možne napake, ki vplivajo na natančnost, spadajo napake kompenzacije orodja, napake programiranja in premikanje stroja. Kompenzacija orodja je vrednost, ki se vnese v krmilni sistem, da se upošteva širina reza curka – torej dolžina rezalne poti, ki jo je treba razširiti, da končni del doseže pravilno velikost. Da bi se izognili morebitnim napakam pri visoko natančnem delu, morajo upravljavci izvajati poskusne reze in razumeti, da je treba kompenzacijo orodja prilagoditi pogostosti obrabe mešalne cevi.
Do programskih napak najpogosteje pride, ker nekateri XY krmilniki ne prikazujejo dimenzij v programu, zaradi česar je težko zaznati pomanjkanje dimenzijskega ujemanja med programom in CAD risbo. Pomembni vidiki gibanja stroja, ki lahko povzročijo napake, so vrzel in ponovljivost v mehanski enoti. Pomembna je tudi servo nastavitev, saj lahko nepravilna servo nastavitev povzroči napake v vrzelih, ponovljivosti, navpičnosti in tresljajih. Majhni deli z dolžino in širino manj kot 30 cm ne potrebujejo toliko XY miz kot veliki deli, zato je možnost napak pri gibanju stroja manjša.
Abrazivi predstavljajo dve tretjini obratovalnih stroškov sistemov za vodni curki. Drugi stroški vključujejo elektriko, vodo, zrak, tesnila, povratne ventile, odprtine, mešalne cevi, filtre za dovod vode ter rezervne dele za hidravlične črpalke in visokotlačne cilindre.
Delovanje s polno močjo se je sprva zdelo dražje, vendar je povečanje produktivnosti preseglo stroške. Z naraščanjem pretoka abraziva se bo hitrost rezanja povečevala, stroški na palec pa se bodo zmanjševali, dokler ne dosežejo optimalne točke. Za maksimalno produktivnost mora upravljavec rezalno glavo uporabljati pri najvišji hitrosti rezanja in največji moči za optimalno uporabo. Če sistem s 100 konjskimi močmi lahko poganja le glavo s 50 konjskimi močmi, potem lahko to učinkovitost dosežemo z uporabo dveh glav na sistemu.
Optimizacija rezanja z abrazivnim vodnim curkom zahteva pozornost do specifične situacije, vendar lahko zagotovi odlično povečanje produktivnosti.
Nesmiselno je rezati zračno režo, večjo od 0,020 palca, ker se curek v reži odpre in grobo reže nižje ravni. Tesno zlaganje listov materiala skupaj lahko to prepreči.
Produktivnost merite s stroški na palec (torej s številom delov, ki jih sistem izdela), ne s stroški na uro. Pravzaprav je hitra proizvodnja potrebna za amortizacijo posrednih stroškov.
Vodni curki, ki pogosto prebadajo kompozitne materiale, steklo in kamenje, morajo biti opremljeni s krmilnikom, ki lahko zmanjša in poveča vodni tlak. Vakuumska pomoč in druge tehnologije povečajo verjetnost uspešnega prebadanja krhkih ali laminiranih materialov brez poškodb ciljnega materiala.
Avtomatizacija ravnanja z materiali je smiselna le, če ravnanje z materiali predstavlja velik del proizvodnih stroškov delov. Stroji za abrazivno vodno rezanje običajno uporabljajo ročno razkladanje, medtem ko rezanje plošč večinoma uporablja avtomatizacijo.
Večina sistemov za vodni curki uporablja navadno vodo iz pipe, 90 % upravljavcev vodnih curkov pa ne izvaja nobenih drugih priprav, razen mehčanja vode, preden jo pošljejo v vhodni filter. Uporaba reverzne osmoze in deionizatorjev za čiščenje vode je morda mamljiva, vendar odstranjevanje ionov olajša absorpcijo ionov iz kovin v črpalkah in visokotlačnih ceveh. To lahko podaljša življenjsko dobo odprtine, vendar so stroški zamenjave visokotlačne jeklenke, povratnega ventila in končnega pokrova veliko višji.
Podvodno rezanje zmanjša površinsko zmrzovanje (znano tudi kot »rosenje«) na zgornjem robu abrazivnega vodnega curka, hkrati pa močno zmanjša hrup curka in kaos na delovnem mestu. Vendar to zmanjša vidljivost curka, zato je priporočljivo uporabljati elektronski nadzor delovanja za zaznavanje odstopanj od koničnih pogojev in zaustavitev sistema, preden pride do poškodb komponent.
Za sisteme, ki za različna dela uporabljajo različne velikosti abrazivnih sit, uporabite dodatno skladiščenje in doziranje za običajne velikosti. Majhni (100 lb) ali veliki (500 do 2000 lb) transportni sistemi za razsuti material in z njimi povezani dozatorji omogočajo hitro preklapljanje med velikostmi mrežic sita, kar zmanjšuje čas izpada in težave ter hkrati povečuje produktivnost.
Separator lahko učinkovito reže materiale z debelino manj kot 0,3 palca. Čeprav te izbokline običajno zagotovijo drugo brušenje navoja, lahko dosežejo hitrejše ravnanje z materialom. Trši materiali bodo imeli manjše oznake.
Stroj z abrazivnim vodnim curkom in nadzor globine reza. Za prave dele lahko ta nastajajoči postopek ponudi prepričljivo alternativo.
Podjetje Sunlight-Tech Inc. je za izdelavo delov s tolerancami manjšimi od 1 mikrona uporabilo laserske centre za mikroobdelavo in mikrorezkanje Microlution podjetja GF Machining Solutions.
Rezanje z vodnim curkom ima pomembno mesto na področju proizvodnje materialov. Ta članek obravnava, kako vodni curki delujejo v vaši trgovini in obravnava postopek.
Čas objave: 4. september 2021