Rezanje z vodnim curkom je morda preprostejša metoda obdelave, vendar je opremljena z zmogljivim luknjačem in od operaterja zahteva, da se zaveda obrabe in natančnosti več delov.
Najenostavnejše rezanje z vodnim curkom je postopek rezanja visokotlačnih vodnih curkov v materiale.Ta tehnologija običajno dopolnjuje druge tehnologije obdelave, kot so rezkanje, laser, EDM in plazma.V procesu vodnega curka ne nastajajo škodljive snovi ali para, ne nastajajo toplotno prizadeta območja ali mehanske obremenitve.Vodni curki lahko režejo ultra tanke detajle na kamnu, steklu in kovini;hitro vrtanje lukenj v titan;rezana hrana;in celo uničiti patogene v pijačah in omakah.
Vsi vodni curki imajo črpalko, ki lahko tlači vodo za dostavo do rezalne glave, kjer se pretvori v nadzvočni tok.Obstajata dve glavni vrsti črpalk: črpalke z direktnim pogonom in črpalke s pospeševalnikom.
Vloga črpalke z direktnim pogonom je podobna vlogi visokotlačnega čistilnika, trivaljna črpalka pa poganja tri bate neposredno iz elektromotorja.Najvišji stalni delovni tlak je od 10 % do 25 % nižji od podobnih črpalk za dvig tlaka, vendar jih to še vedno ohranja med 20.000 in 50.000 psi.
Črpalke na osnovi ojačevalnika sestavljajo večino ultravisokotlačnih črpalk (to je črpalk nad 30.000 psi).Te črpalke vsebujejo dva kroga tekočine, enega za vodo in drugega za hidravliko.Filter za dovod vode gre najprej skozi 1-mikronski kartušni filter in nato 0,45-mikronski filter za vsesavanje navadne vode iz pipe.Ta voda vstopi v črpalko za dvig tlaka.Pred vstopom v črpalko za dvig tlaka se tlak v črpalki za dvig tlaka vzdržuje pri približno 90 psi.Tu se tlak poveča na 60.000 psi.Preden voda končno zapusti črpalni agregat in po cevovodu doseže rezalno glavo, gre voda skozi amortizer.Naprava lahko zaduši nihanje tlaka, da izboljša konsistenco in odpravi impulze, ki pustijo 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 piškotov in bata, da ustvari gib ojačevalnika.Ker je površina bata manjša od površine biskvita, pritisk olja "poveča" pritisk vode.
Ojačevalnik je batna črpalka, kar pomeni, da sklop piškotov in bata dovaja vodo pod visokim pritiskom z ene strani ojačevalnika, medtem ko nizkotlačna voda polni drugo stran.Recirkulacija omogoča tudi, da se hidravlično olje ohladi, ko se vrne v rezervoar.Protipovratni ventil zagotavlja, da nizkotlačna in visokotlačna voda tečeta samo v eno smer.Visokotlačni cilindri in končni pokrovi, ki zapirajo komponente bata in piškotov, morajo izpolnjevati posebne zahteve, da prenesejo sile postopka in konstantne tlačne cikle.Celoten sistem je zasnovan tako, da postopoma odpove, puščanje pa bo teklo v posebne "odtočne luknje", ki jih lahko nadzoruje upravljavec, da lahko bolje načrtuje redno vzdrževanje.
Posebna visokotlačna cev vodi vodo do rezalne glave.Cev lahko zagotavlja tudi svobodo gibanja rezalne glave, odvisno od velikosti cevi.Nerjaveče jeklo je izbrani material za te cevi in obstajajo tri običajne velikosti.Jeklene cevi s premerom 1/4 palca so dovolj prožne za povezavo s športno opremo, vendar niso priporočljive za transport vode pod visokim pritiskom na dolge razdalje.Ker je to cev enostavno upogniti, tudi v zvitek, lahko dolžina 10 do 20 čevljev doseže gibanje X, Y in Z.Večje 3/8-palčne cevi 3/8-palčne običajno prenašajo vodo od črpalke do dna premikajoče se opreme.Čeprav ga je mogoče upogniti, na splošno ni primeren za opremo za premikanje po cevovodih.Največja cev, ki meri 9/16 palcev, je najboljša za transport vode pod visokim pritiskom na dolge razdalje.Večji premer pomaga zmanjšati izgubo tlaka.Cevi te velikosti so zelo kompatibilne z velikimi črpalkami, saj ima velika količina vode pod visokim pritiskom tudi večjo nevarnost morebitne izgube tlaka.Vendar pa cevi te velikosti ni mogoče upogniti, na vogalih pa je treba namestiti fitinge.
Stroj za rezanje s čistim vodnim curkom je najzgodnejši stroj za rezanje z vodnim curkom, njegovo zgodovino pa sega v zgodnja sedemdeseta leta 20. stoletja.V primerjavi s stikom ali vdihavanjem materialov proizvajajo manj vode na materialih, zato so primerni za izdelavo izdelkov, kot so avtomobilska notranjost in plenice za enkratno uporabo.Tekočina je zelo tanka - 0,004 palca do 0,010 palca v premeru - in zagotavlja izjemno podrobne geometrije z zelo malo izgube materiala.Rezalna sila je izredno majhna, pritrjevanje pa običajno preprosto.Ti stroji so najbolj primerni za 24-urno delovanje.
Ko razmišljate o rezalni glavi za čisti vodni curek, je pomembno vedeti, da je hitrost pretoka mikroskopski delci ali delci trgajočega materiala, ne tlak.Za dosego te visoke hitrosti voda pod pritiskom teče skozi majhno luknjo v dragulju (običajno safirju, rubinu ali diamantu), pritrjenem na koncu šobe.Običajno rezanje uporablja premer odprtine od 0,004 palca do 0,010 palca, medtem ko lahko posebne aplikacije (kot je brizgani beton) uporabljajo velikosti do 0,10 palca.Pri 40.000 psi potuje tok iz odprtine s hitrostjo približno 2 Macha, pri 60.000 psi pa tok preseže 3 Macha.
Različni nakit ima različno strokovnost pri rezanju z vodnim curkom.Safir je najpogostejši material za splošno uporabo.Trajajo približno 50 do 100 ur rezanja, čeprav uporaba abrazivnega vodnega curka te čase prepolovi.Rubini niso primerni za čisto rezanje z vodnim curkom, toda vodni tok, ki ga proizvajajo, je zelo primeren za abrazivno rezanje.V postopku abrazivnega rezanja je čas rezanja rubinov približno 50 do 100 ur.Diamanti so precej dražji od safirjev in rubinov, vendar je čas brušenja 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 stroju z abrazivnim vodnim curkom mehanizem odstranjevanja materiala ni sam tok vode.Nasprotno pa tok pospeši abrazivne delce, ki razjedajo material.Ti stroji so tisočkrat močnejši od strojev za rezanje z vodnim curkom in lahko režejo trde materiale, kot so kovina, kamen, kompozitni materiali in keramika.
Curek abraziva je večji od curka čiste vode s premerom med 0,020 in 0,050 palca.Režejo lahko sklade in materiale debeline do 10 palcev, ne da bi pri tem ustvarili območja, ki so izpostavljena toploti, ali mehanske obremenitve.Čeprav se je njihova moč povečala, je rezalna sila abrazivnega curka še vedno manjša od enega funta.Skoraj vse operacije z abrazivnim brizganjem uporabljajo napravo za brizganje in lahko preprosto preklopijo z uporabe z eno glavo na uporabo z več glavami, in celo abrazivni vodni curek je mogoče pretvoriti v curek čiste vode.
Brusilno sredstvo je trd, posebej izbran in veličasten pesek – običajno granatni.Različne velikosti rešetk so primerne za različna dela.Gladko površino je mogoče doseči z brusnimi sredstvi 120 mesh, medtem ko so se abrazivi 80 mesh izkazali za bolj primerne za splošno uporabo.Hitrost rezanja z abrazivom 50 mesh je hitrejša, vendar je površina nekoliko bolj groba.
Čeprav je upravljanje vodnih curkov lažje kot mnoge druge stroje, zahteva mešalna cev pozornost operaterja.Potencial pospeševanja te cevi je kot puškina cev, z različnimi velikostmi in različno življenjsko dobo zamenjave.Dolgotrajna mešalna cev je revolucionarna inovacija pri rezanju z abrazivnim vodnim curkom, vendar je cev še vedno zelo krhka – če pride rezalna glava v stik z vpenjalom, težkim predmetom ali ciljnim materialom, lahko cev zavre.Poškodovanih cevi ni mogoče popraviti, zato je za zmanjšanje stroškov potrebna čim manjša zamenjava.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 palca do 0,200 palca, vendar mora upravljavec upoštevati, da bo razdalja, večja od 0,080 palca, povzročila led na vrhu odrezanega roba dela.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 poceni kompozitne cevi lahko dosežejo življenjsko dobo od 35 do 60 ur in se priporočajo za grobo rezanje ali usposabljanje novih operaterjev.Kompozitna cev iz karbidne trdine podaljša svojo življenjsko dobo na 80 do 90 ur rezanja.Visokokakovostna kompozitna cev iz karbidne trdine ima življenjsko dobo od 100 do 150 ur, je primerna za natančno in vsakodnevno delo ter kaže najbolj predvidljivo koncentrično obrabo.
Poleg zagotavljanja gibanja morajo obdelovalni stroji z vodnim curkom vključevati tudi način pritrditve obdelovanca in sistem za zbiranje in zbiranje vode in smeti iz obdelovalnih operacij.
Stacionarni in enodimenzionalni stroji so najpreprostejši vodni curki.Stacionarni vodni curki se običajno uporabljajo v letalstvu za obrezovanje kompozitnih materialov.Operater dovaja material v potok kot tračna žaga, medtem ko lovilec zbira potok in ostanke.Večina stacionarnih vodnih curkov je čistih vodnih curkov, vendar ne vsi.Rezalni stroj je različica stacionarnega stroja, pri katerem se izdelki, kot je papir, podajajo skozi stroj, vodni curek pa razreže izdelek na določeno širino.Stroj za prečno rezanje je stroj, ki se premika vzdolž osi.Pogosto delajo s stroji za rezanje, da naredijo mrežaste vzorce na izdelkih, kot so prodajni avtomati, kot so piškoti.Rezalni stroj razreže izdelek na določeno širino, medtem ko prečni rezalni stroj prečno razreže izdelek, ki se podaja pod njim.
Operaterji ne smejo ročno uporabljati te vrste abrazivnega vodnega curka.Odrezani predmet je težko premikati z določeno in enakomerno hitrostjo in je izjemno nevarno.Mnogi proizvajalci sploh ne bodo ponudili strojev za te nastavitve.
XY miza, imenovana tudi ploski rezalni stroj, je najpogostejši dvodimenzionalni rezalni stroj z vodnim curkom.Curki čiste vode režejo tesnila, plastiko, gumo in peno, medtem ko abrazivni modeli režejo kovine, kompozite, steklo, kamen in keramiko.Delovna miza je lahko majhna kot 2 × 4 čevlje ali velika kot 30 × 100 čevljev.Običajno krmiljenje teh obdelovalnih strojev izvaja CNC ali osebni računalnik.Servo motorji, običajno z zaprto povratno zanko, zagotavljajo celovitost položaja in hitrosti.V osnovni enoti so linearna vodila, ležajna ohišja in kroglični vijačni pogoni, v mostni enoti tudi te tehnologije, v zbiralniku pa materialna podpora.
Delovne mize XY so običajno na voljo v dveh slogih: portalna delovna miza s srednjim vodilom vključuje dve osnovni vodilni tirnici in most, medtem ko konzolna delovna miza uporablja podlago in togi most.Obe vrsti strojev vključujeta neko obliko nastavitve višine glave.Ta nastavljivost osi Z je lahko v obliki ročne gonilke, električnega vijaka ali popolnoma programabilnega servo vijaka.
Jahta na delovni mizi XY je običajno rezervoar za vodo, napolnjen z vodo, ki je opremljen z rešetkami ali letvami za podporo obdelovanca.Postopek rezanja te podpore porablja počasi.Čiščenje lovilca je lahko avtomatsko, odpadki se shranjujejo v zabojnik, lahko pa tudi ročno, upravljavec pa posodo redno odmetava.
Ker se delež predmetov skoraj brez ravnih površin povečuje, so petosne (ali več) zmogljivosti bistvene za sodobno rezanje z vodnim curkom.Na srečo lahka rezalna glava in nizka povratna sila med postopkom rezanja dajeta oblikovalskim inženirjem svobodo, ki je rezkanje z visoko obremenitvijo 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 šablone.
Vendar je tudi z namensko programsko opremo 3D razrez bolj zapleten kot 2D.Kompozitni repni del boeinga 777 je ekstremen primer.Najprej operater naloži program in programira prilagodljivo osebje “pogostic”.Mostni žerjav transportira 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 pridobitev pravilne višine in smeri dela.Po tem se program preusmeri na dejanski položaj dela;sonda se umakne, da naredi prostor za Z-os rezalne glave;program teče za nadzor vseh petih osi, da rezalna glava ostane pravokotna na površino, ki jo želite rezati, in da deluje po potrebi. Potujte z natančno hitrostjo.
Abrazivi so potrebni za rezanje kompozitnih materialov ali katere koli kovine, večje od 0,05 palca, kar pomeni, da je treba preprečiti, da bi ejektor po rezanju prerezal vzmetno palico in ležišče orodja.Poseben zajem točk 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 palcev.Okvir v obliki črke C povezuje lovilec z zapestjem osi Z za pravilno lovljenje žoge, ko glava obreže celoten obseg dela.Lovilec točk tudi ustavi obrabo in porabi jeklene kroglice s hitrostjo približno 0,5 do 1 funt na uro.V tem sistemu se curek ustavi z razpršitvijo kinetične energije: ko curek vstopi v past, naleti na jekleno kroglo, ki je v njej, in jeklena krogla se vrti, da porabi energijo curka.Tudi če je vodoravno in (v nekaterih primerih) obrnjeno na glavo, lahko lovilec točk deluje.
Niso vsi petosni deli enako zapleteni.Z večanjem velikosti dela postane prilagajanje programa ter preverjanje položaja dela in natančnosti rezanja bolj zapleteno.Številne trgovine uporabljajo 3D stroje za preprosto 2D rezanje in kompleksno 3D rezanje vsak dan.
Operaterji se morajo zavedati, da obstaja velika razlika med natančnostjo dela in natančnostjo gibanja stroja.Celo stroj s skoraj popolno natančnostjo, dinamičnim gibanjem, nadzorom hitrosti in odlično ponovljivostjo morda ne bo mogel izdelati "popolnih" delov.Natančnost končnega dela je kombinacija napake postopka, strojne napake (zmogljivost XY) in stabilnosti obdelovanca (pritrditev, ravnost in temperaturna stabilnost).
Pri rezanju materialov z debelino, manjšo od 1 palca, je natančnost vodnega curka običajno med ±0,003 do 0,015 palca (0,07 do 0,4 mm).Natančnost materialov, debelih več kot 1 palec, je znotraj ±0,005 do 0,100 palcev (0,12 do 2,5 mm).Visoko zmogljiva miza XY je zasnovana za natančnost linearnega pozicioniranja 0,005 palca ali več.
Morebitne napake, ki vplivajo na natančnost, vključujejo napake kompenzacije orodja, napake pri programiranju in premikanje stroja.Kompenzacija orodja je vrednost, vnesena v krmilni sistem, da se upošteva rezalna širina curka – to je količina rezalne poti, ki jo je treba razširiti, da končni del dobi pravilno velikost.Da bi se izognili morebitnim napakam pri delu z visoko natančnostjo, morajo operaterji izvajati poskusne reze in razumeti, da je treba kompenzacijo orodja prilagoditi tako, da ustreza pogostosti obrabe mešalne cevi.
Napake pri programiranju se najpogosteje pojavijo, ker nekatere kontrole XY ne prikazujejo dimenzij v obdelovalnem programu, zaradi česar je težko zaznati pomanjkanje dimenzijskega ujemanja med obdelovalnim programom in risbo CAD.Pomembna vidika gibanja stroja, ki lahko povzročita napake, sta vrzel in ponovljivost v mehanski enoti.Servo nastavitev je prav tako pomembna, saj lahko nepravilna servo nastavitev povzroči napake v vrzeli, ponovljivosti, navpičnosti in tresljaju.Majhni deli z dolžino in širino manj kot 12 palcev ne zahtevajo toliko miz XY kot veliki deli, zato je možnost napak pri gibanju stroja manjša.
Abrazivi predstavljajo dve tretjini obratovalnih stroškov vodnih curkov.Drugi vključujejo električno energijo, vodo, zrak, tesnila, povratne ventile, odprtine, mešalne cevi, filtre za dovod vode in rezervne dele za hidravlične črpalke in visokotlačne cilindre.
Delovanje s polno močjo se je sprva zdelo dražje, vendar je povečanje produktivnosti preseglo stroške.Ko se stopnja pretoka abraziva poveča, se bo hitrost rezanja povečala in cena na palec se bo zmanjšala, dokler ne doseže optimalne točke.Za največjo produktivnost mora upravljavec rezalno glavo zagnati z najvišjo hitrostjo rezanja in največjo močjo za optimalno uporabo.Če lahko sistem s 100 konjskimi močmi poganja samo glavo s 50 konjskimi močmi, potem lahko delovanje dveh glav na sistemu doseže to učinkovitost.
Optimiziranje rezanja z abrazivnim vodnim curkom zahteva pozornost do specifične situacije, vendar lahko zagotovi odlično povečanje produktivnosti.
Nespametno je zmanjšati zračno režo, večjo od 0,020 palca, ker se curek odpre v reži in grobo zmanjša nižje ravni.Zlaganje listov materiala tesno skupaj lahko prepreči to.
Izmerite produktivnost glede na ceno na palec (to je število delov, ki jih izdela sistem), ne ceno na uro.Pravzaprav je hitra proizvodnja nujna za amortizacijo posrednih stroškov.
Vodni curki, ki pogosto prebadajo kompozitne materiale, steklo in kamne, morajo biti opremljeni s krmilnikom, ki lahko zmanjša in poveča pritisk vode.Vakuumska pomoč in druge tehnologije povečajo verjetnost uspešnega prebadanja krhkih ali laminiranih materialov, ne da bi poškodovali ciljni material.
Avtomatizacija ravnanja z materialom je smiselna le, če ravnanje z materialom predstavlja velik del stroškov proizvodnje delov.Abrazivni stroji z vodnim curkom običajno uporabljajo ročno razbremenitev, medtem ko rezanje plošč večinoma uporablja avtomatizacijo.
Večina sistemov z vodnim curkom uporablja navadno vodo iz pipe in 90 % upravljavcev z vodnim curkom ne izvaja nobenih priprav razen mehčanja vode, preden jo pošlje v vstopni filter.Uporaba reverzne osmoze in deionizatorjev za čiščenje vode je morda vabljiva, vendar odstranjevanje ionov olajša absorbcijo ionov iz kovin v črpalkah in visokotlačnih ceveh.Lahko podaljša življenjsko dobo odprtine, vendar so stroški zamenjave visokotlačnega cilindra, povratnega ventila in končnega pokrova veliko višji.
Podvodno rezanje zmanjša površinsko zamrznitev (znano tudi kot »rosenje«) na zgornjem robu rezanja z abrazivnim vodnim curkom, hkrati pa močno zmanjša hrup curka in kaos na delovnem mestu.Vendar to zmanjša vidljivost curka, zato je priporočljivo uporabljati elektronsko spremljanje delovanja, da zaznate odstopanja od najvišjih pogojev in zaustavite sistem, preden se poškodujejo komponente.
Pri sistemih, ki za različna opravila uporabljajo različne velikosti abrazivnih sitov, uporabite dodatno shranjevanje in merjenje za običajne velikosti.Majhni (100 lb) ali veliki (500 do 2.000 lb) transportni ventili za razsuti tovor in sorodni dozirni ventili omogočajo hitro preklapljanje med velikostmi mrežnih očes, s čimer zmanjšajo izpade in težave ter hkrati povečajo produktivnost.
Separator lahko učinkovito reže materiale z debelino manj kot 0,3 palca.Čeprav lahko ti ušesi običajno zagotovijo drugo brušenje pipe, lahko dosežejo hitrejše ravnanje z materialom.Trši materiali bodo imeli manjše oznake.
Stroj z abrazivnim vodnim curkom in nadzorom globine reza.Za prave dele lahko ta nastajajoči proces zagotovi prepričljivo alternativo.
Sunlight-Tech Inc. je uporabil centre za lasersko mikroobdelavo in mikrorezkanje podjetja GF Machining Solutions Microlution za izdelavo delov s tolerancami, manjšimi od 1 mikrona.
Rezanje z vodnim curkom zavzema mesto na področju izdelave materialov.Ta članek obravnava, kako vodni curki delujejo v vaši trgovini, in obravnava postopek.
Čas objave: 4. september 2021