Сечење воденим млазом може бити једноставнија метода обраде, али је опремљено снажним бушачем и захтева од оператера да буде свестан хабања и тачности више делова.
Најједноставније сечење воденим млазом је процес сечења материјала воденим млазом под високим притиском. Ова технологија је обично комплементарна другим технологијама обраде, као што су глодање, ласер, ЕДМ и плазма. У процесу воденог млазa не стварају се штетне материје или пара, нити се ствара зона под утицајем топлоте или механичко напрезање. Водени млазеви могу да секу ултратанке детаље на камену, стаклу и металу; брзо буше рупе у титанијуму; секу храну; па чак и убијају патогене у напицима и умацима.
Све машине за водени млаз имају пумпу која може да притиска воду ради испоруке до главе за сечење, где се она претвара у надзвучни проток. Постоје две главне врсте пумпи: пумпе са директним погоном и пумпе са појачивачем.
Улога пумпе са директним погоном је слична улози пумпе за чишћење под високим притиском, а троцилиндрична пумпа покреће три клипа директно из електромотора. Максимални континуирани радни притисак је 10% до 25% нижи него код сличних бустер пумпи, али их то и даље држи између 20.000 и 50.000 psi.
Пумпе засноване на појачивачима чине већину пумпи ултрависоког притиска (то јест, пумпи преко 30.000 psi). Ове пумпе садрже два флуидна круга, један за воду, а други за хидраулику. Филтер за улаз воде прво пролази кроз кертриџ филтер од 1 микрона, а затим кроз филтер од 0,45 микрона да би усисао обичну воду из славине. Ова вода улази у појачивач пумпе. Пре него што уђе у појачивач пумпе, притисак појачивача пумпе се одржава на око 90 psi. Овде се притисак повећава на 60.000 psi. Пре него што вода коначно напусти пумпни сет и стигне до главе за сечење кроз цевовод, вода пролази кроз амортизер. Уређај може да сузбије флуктуације притиска како би побољшао конзистенцију и елиминисао импулсе који остављају трагове на радном предмету.
У хидрауличном колу, електромотор између електромотора црпи уље из резервоара за уље и ствара притисак у њему. Уље под притиском тече до разводника, а вентил разводника наизменично убризгава хидраулично уље са обе стране склопа кола и клипа како би генерисао ход појачивача. Пошто је површина клипа мања од површине кола, притисак уља „повећава“ притисак воде.
Појачивач је клипна пумпа, што значи да склоп бисквита и клипа испоручује воду под високим притиском са једне стране појачивача, док вода под ниским притиском испуњава другу страну. Рециркулација такође омогућава хидрауличном уљу да се охлади када се врати у резервоар. Неповратни вентил осигурава да вода под ниским и високим притиском може да тече само у једном смеру. Цилиндри под високим притиском и завршни поклопци који обухватају компоненте клипа и бисквита морају да испуњавају посебне захтеве како би издржали силе процеса и циклусе сталног притиска. Читав систем је пројектован тако да постепено отказује, а цурење ће се сливати у посебне „отворе за одвод“, које оператер може да прати како би боље заказивао редовно одржавање.
Посебна цев високог притиска транспортује воду до главе за сечење. Цев такође може да обезбеди слободу кретања главе за сечење, у зависности од величине цеви. Нерђајући челик је материјал по избору за ове цеви, а постоје три уобичајене величине. Челичне цеви пречника 6 мм су довољно флексибилне да се повежу са спортском опремом, али се не препоручују за транспорт воде под високим притиском на велике удаљености. Пошто се ова цев лако савија, чак и у ролну, дужина од 3 до 6 метара може постићи кретање X, Y и Z. Веће цеви од 9 мм (3/8 инча) обично преносе воду од пумпе до дна опреме која се креће. Иако се може савијати, генерално није погодна за опрему за кретање цевоводом. Највећа цев, димензија 24 мм (9/16 инча), најбоља је за транспорт воде под високим притиском на велике удаљености. Већи пречник помаже у смањењу губитка притиска. Цеви ове величине су веома компатибилне са великим пумпама, јер велика количина воде под високим притиском такође носи већи ризик од потенцијалног губитка притиска. Међутим, цеви ове величине се не могу савијати, а на угловима је потребно поставити фитинге.
Машина за сечење чистим воденим млазом је најранија машина за сечење воденим млазом, а њена историја сеже до раних 1970-их. У поређењу са контактом или удисањем материјала, оне производе мање воде на материјалима, па су погодне за производњу производа као што су ентеријери аутомобила и пелене за једнократну употребу. Течност је веома танка - пречника од 0,004 инча до 0,010 инча - и пружа изузетно детаљне геометрије са врло малим губитком материјала. Сила сечења је изузетно мала, а фиксирање је обично једноставно. Ове машине су најпогодније за 24-часовни рад.
Када се разматра глава за сечење за машину са воденим млазом, важно је запамтити да брзина протока представља микроскопске фрагменте или честице материјала који се кида, а не притисак. Да би се постигла ова велика брзина, вода под притиском тече кроз малу рупу у драгом камену (обично сафиру, рубину или дијаманту) фиксираном на крају млазнице. Типично сечење користи пречник отвора од 0,004 инча до 0,010 инча, док се за посебне примене (као што је прскани бетон) могу користити величине до 0,10 инча. При 40.000 psi, проток из отвора путује брзином од приближно 2 Маха, а при 60.000 psi, проток прелази 3 Маха.
Различити произвођачи накита имају различито искуство у сечењу воденим млазом. Сафир је најчешћи материјал опште намене. Трају отприлике 50 до 100 сати сечења, иако се абразивним воденим млазом то време преполовљује. Рубини нису погодни за чисто сечење воденим млазом, али је проток воде који производе веома погодан за абразивно сечење. У процесу абразивног сечења, време сечења рубина је око 50 до 100 сати. Дијаманти су много скупљи од сафира и рубина, али је време сечења између 800 и 2.000 сати. Због тога је дијамант посебно погодан за рад од 24 сата. У неким случајевима, отвор дијаманта се такође може ултразвучно очистити и поново користити.
Код абразивне водене млазнице, механизам уклањања материјала није сам проток воде. Насупрот томе, проток убрзава абразивне честице да би кородирале материјал. Ове машине су хиљаде пута снажније од чистих машина за сечење воденим млазом и могу да секу тврде материјале као што су метал, камен, композитни материјали и керамика.
Абразивни млаз је већи од млаза чистог воденог млаза, са пречником између 0,020 инча и 0,050 инча. Могу да секу гомиле и материјале дебљине до 10 инча без стварања зона захваћених топлотом или механичког напрезања. Иако им је чврстоћа повећана, сила сечења абразивног млаза је и даље мања од једне фунте. Скоро све операције абразивног млазног чишћења користе уређај за млазно чишћење и могу се лако пребацити са употребе једне главе на употребу више глава, па чак се и абразивни водени млаз може претворити у млаз чистог воденог млаза.
Абразив је тврд, посебно одабран и димензионисан песак - обично гранат. Различите величине мреже су погодне за различите послове. Глатка површина се може постићи абразивима величине 120 mesh, док су се абразиви величине 80 mesh показали као погоднији за општу примену. Брзина сечења абразива величине 50 mesh је већа, али је површина мало храпавија.
Иако су водени млазеви лакши за руковање од многих других машина, цев за мешање захтева пажњу оператера. Потенцијал убрзања ове цеви је као цев пушке, са различитим величинама и различитим веком трајања замене. Дуготрајна цев за мешање је револуционарна иновација у сечењу абразивним воденим млазом, али је цев и даље веома крхка - ако глава за сечење дође у контакт са причвршћивачем, тешким предметом или циљаним материјалом, цев може да се сломи. Оштећене цеви се не могу поправити, па смањење трошкова захтева минимизирање замене. Модерне машине обично имају функцију аутоматског детекције судара како би се спречили судари са цеви за мешање.
Растојање између цеви за мешање и циљног материјала је обично од 0,010 инча до 0,200 инча, али оператер мора имати на уму да ће растојање веће од 0,080 инча изазвати залеђивање на врху ивице резаног дела. Подводно сечење и друге технике могу смањити или елиминисати ово залеђивање.
У почетку је цев за мешање била направљена од волфрам карбида и имала је век трајања од само четири до шест сати сечења. Данашње јефтине композитне цеви могу достићи век трајања сечења од 35 до 60 сати и препоручују се за грубо сечење или обуку нових оператера. Композитна цев од цементираног карбида продужава свој век трајања на 80 до 90 сати сечења. Висококвалитетна композитна цев од цементираног карбида има век трајања сечења од 100 до 150 сати, погодна је за прецизан и свакодневни рад и показује најпредвидљивије концентрично хабање.
Поред обезбеђивања кретања, машине за водени млаз морају такође да укључују метод осигуравања радног предмета и систем за сакупљање и прикупљање воде и отпадака из операција обраде.
Стационарне и једнодимензионалне машине су најједноставније водене млазнице. Стационарне водене млазнице се обично користе у ваздухопловству за сечење композитних материјала. Оператор доводи материјал у поток попут трачне тестере, док хватач сакупља поток и отпатке. Већина стационарних водених млазница су чисте водене млазнице, али не све. Машина за сечење је варијанта стационарне машине, у којој се производи попут папира доводе кроз машину, а водени млаз сече производ на одређену ширину. Машина за попречно сечење је машина која се креће дуж осе. Често раде са машинама за сечење како би направиле мрежне шаре на производима као што су аутомати за продају, као што су колачићи. Машина за сечење сече производ на одређену ширину, док машина за попречно сечење попречно сече производ који се доводи испод ње.
Оператори не би требало ручно да користе ову врсту абразивног воденог млазњака. Тешко је померати сечени предмет одређеном и константном брзином, а то је изузетно опасно. Многи произвођачи чак ни не наводе машине за ова подешавања.
XY сто, такође назван машина за сечење равном платформом, је најчешћа дводимензионална машина за сечење воденим млазом. Чисти водени млазеви секу заптивке, пластику, гуму и пену, док абразивни модели секу метале, композите, стакло, камен и керамику. Радни сто може бити мали, као 2 × 4 стопе, или велики као 30 × 100 стопа. Обично се контролом ових алатних машина бавимо помоћу CNC или PC-ја. Серво мотори, обично са затвореном петљом повратне спреге, обезбеђују интегритет положаја и брзине. Основна јединица укључује линеарне вођице, кућишта лежајева и погоне са кугличним вијаком, док мостовна јединица такође укључује ове технологије, а резервоар за сакупљање укључује подршку материјала.
XY радни столови обично се испоручују у два стила: портални радни сто са средњом шином укључује две основне вођице и мост, док конзолни радни сто користи базу и крути мост. Оба типа машина укључују неки облик подешавања висине главе. Ово подешавање по Z-оси може бити у облику ручне курбле, електричног завртња или потпуно програмабилног серво завртња.
Картер на XY радном столу је обично резервоар за воду напуњен водом, који је опремљен решеткама или летвицама за подупирање радног предмета. Процес сечења полако троши ове носаче. Чишћење хватаљке може бити аутоматски, отпад се складишти у контејнеру или може бити ручно, а оператер редовно лопатом чисти контејнер.
Како се повећава удео предмета са готово никаквим равним површинама, могућности сечења са пет оса (или више) су неопходне за модерно сечење воденим млазом. Срећом, лагана глава резача и мала сила трзаја током процеса сечења пружају инжењерима дизајна слободу коју глодање са великим оптерећењем нема. Сечење воденим млазом са пет оса је у почетку користило систем шаблона, али су се корисници убрзо окренули програмабилном сечењу са пет оса како би се решили трошкова шаблона.
Међутим, чак и са наменским софтвером, 3Д сечење је компликованије од 2Д сечења. Композитни репни део Боинга 777 је екстреман пример. Прво, оператер отпрема програм и програмира флексибилну „погостик“ летву. Мостна дизалица транспортује материјал делова, а опружна шипка се одврће на одговарајућу висину и делови се фиксирају. Посебна Z оса која не сече користи контактну сонду за прецизно позиционирање дела у простору и узима узорке како би се добила исправна елевација и смер дела. Након тога, програм се преусмерава на стварни положај дела; сонда се увлачи како би се направио простор за Z-осу главе за сечење; програм се покреће да би контролисао свих пет оса како би глава за сечење била нормална на површину која се сече и да би функционисала по потреби. Кретање је прецизном брзином.
Абразиви су потребни за сечење композитних материјала или било ког метала већег од 0,05 инча, што значи да избацивачу треба спречити да сече опружну шипку и лежиште алата након сечења. Посебан хватач тачака је најбољи начин за постизање сечења воденим млазом по пет оса. Тестови су показали да ова технологија може зауставити млазни авион од 50 коњских снага испод 6 инча. Оквир у облику слова C повезује хватач са зглобом Z-осе како би правилно ухватио куглу када глава ореже цео обим дела. Хватач тачака такође зауставља абразију и троши челичне куглице брзином од око 0,5 до 1 фунте на сат. У овом систему, млаз се зауставља дисперзијом кинетичке енергије: након што млаз уђе у замку, он наилази на задржану челичну куглу, а челична куглица се ротира да би потрошила енергију млаза. Чак и када је хоризонтално и (у неким случајевима) наопачке, хватач тачака може да ради.
Нису сви делови са пет оса подједнако сложени. Како се величина дела повећава, подешавање програма и верификација положаја дела и тачности сечења постају компликованији. Многе радионице свакодневно користе 3Д машине за једноставно 2Д сечење и сложено 3Д сечење.
Оператори треба да буду свесни да постоји велика разлика између тачности дела и тачности кретања машине. Чак и машина са скоро савршеном тачношћу, динамичким кретањем, контролом брзине и одличном поновљивошћу можда неће бити у стању да произведе „савршене“ делове. Тачност готовог дела је комбинација грешке процеса, грешке машине (XY перформансе) и стабилности радног предмета (фиксирање, равност и температурна стабилност).
Приликом сечења материјала дебљине мање од 1 инча, тачност воденог млаза је обично између ±0,003 и 0,015 инча (0,07 до 0,4 мм). Тачност материјала дебљег од 1 инча је унутар ±0,005 до 0,100 инча (0,12 до 2,5 мм). Високоперформансни XY сто је дизајниран за линеарну тачност позиционирања од 0,005 инча или више.
Потенцијалне грешке које утичу на тачност укључују грешке компензације алата, грешке у програмирању и кретање машине. Компензација алата је вредност која се уноси у систем управљања како би се узела у обзир ширина сечења млаза - то јест, дужина путање сечења која се мора проширити да би коначни део добио исправну величину. Да би се избегле потенцијалне грешке у високопрецизном раду, оператери треба да изводе пробне резове и да разумеју да компензација алата мора бити подешена тако да одговара учесталости хабања цеви за мешање.
Грешке у програмирању најчешће се јављају зато што неке XY контроле не приказују димензије у програму за обраду дела, што отежава откривање недостатка димензионалног подударања између програма за обраду дела и CAD цртежа. Важни аспекти кретања машине који могу довести до грешака су размак и поновљивост у механичкој јединици. Серво подешавање је такође важно, јер неправилно серво подешавање може изазвати грешке у размацима, поновљивости, вертикалности и вибрацијама. Мали делови дужине и ширине мање од 12 инча не захтевају толико XY столова као велики делови, па је могућност грешака у кретању машине мања.
Абразиви чине две трећине оперативних трошкова система за водени млаз. Остали трошкови укључују струју, воду, ваздух, заптивке, неповратне вентиле, отворе, цеви за мешање, филтере за довод воде и резервне делове за хидрауличне пумпе и цилиндре високог притиска.
Рад на пуној снази је у почетку изгледао скупљи, али повећање продуктивности је премашило трошкове. Како се брзина протока абразива повећава, брзина сечења ће се повећавати, а цена по инчу ће се смањивати док се не достигне оптимална тачка. За максималну продуктивност, оператер треба да користи главу за сечење највећом брзином сечења и максималном снагом ради оптималне употребе. Ако систем од 100 коњских снага може да покрене само главу од 50 коњских снага, онда се ова ефикасност може постићи коришћењем две главе на систему.
Оптимизација сечења абразивним воденим млазом захтева пажњу на специфичну ситуацију, али може обезбедити одлично повећање продуктивности.
Није мудро сећи ваздушни зазор већи од 0,020 инча јер се млазница отвара у зазору и грубо сече ниже нивое. Слагање листова материјала близу један другом може ово спречити.
Мерите продуктивност у смислу цене по инчу (то јест, броја делова које систем производи), а не цене по сату. У ствари, брза производња је неопходна за амортизацију индиректних трошкова.
Водени млазеви који често пробијају композитне материјале, стакло и камење треба да буду опремљени контролером који може да смањи и повећа притисак воде. Вакуумска помоћ и друге технологије повећавају вероватноћу успешног пробијања крхких или ламинираних материјала без оштећења циљног материјала.
Аутоматизација руковања материјалом има смисла само када руковање материјалом чини велики део трошкова производње делова. Машине за абразивно водено млазно чишћење обично користе ручно истоваривање, док сечење плоча углавном користи аутоматизацију.
Већина система за водени млаз користи обичну воду из славине, а 90% оператера воденог млазног система не врши никакве припреме осим омекшавања воде пре слања у улазни филтер. Коришћење реверзне осмозе и дејонизатора за пречишћавање воде може бити примамљиво, али уклањање јона олакшава води да апсорбује јоне из метала у пумпама и цевима високог притиска. То може продужити век трајања отвора, али су трошкови замене цилиндра високог притиска, неповратног вентила и завршног поклопца много већи.
Подводно сечење смањује површинско залеђивање (познато и као „замагљивање“) на горњој ивици абразивног воденог млазног сечења, а истовремено значајно смањује буку млаза и хаос на радном месту. Међутим, ово смањује видљивост млаза, па се препоручује коришћење електронског праћења перформанси како би се открила одступања од вршних услова и зауставио систем пре него што дође до оштећења компоненти.
За системе који користе различите величине абразивних сита за различите послове, користите додатно складиштење и дозирање за уобичајене величине. Мали (100 lb) или велики (500 до 2.000 lb) транспорт расутих материјала и одговарајући дозирни вентили омогућавају брзо пребацивање између величина мрежа сита, смањујући време застоја и муке, а истовремено повећавајући продуктивност.
Сепаратор може ефикасно да сече материјале дебљине мање од 0,3 инча. Иако ови избојници обично могу да обезбеде друго брушење навоја, они могу постићи брже руковање материјалом. Тврђи материјали ће имати мање ознаке.
Машина са абразивним воденим млазом и контрола дубине резања. За праве делове, овај нови процес може пружити убедљиву алтернативу.
Компанија Sunlight-Tech Inc. је користила ласерске центре за микрообраду и микроглодање Microlution компаније GF Machining Solutions за производњу делова са толеранцијама мањим од 1 микрона.
Сечење воденим млазом заузима место у области производње материјала. Овај чланак разматра како водени млазеви функционишу за вашу продавницу и разматра процес.
Време објаве: 04.09.2021.