Tăierea cu jet de apă poate fi o metodă de procesare mai simplă, dar este echipată cu un poanson puternic și necesită ca operatorul să mențină conștientizarea uzurii și preciziei mai multor piese.
Cea mai simplă tăiere cu jet de apă este procesul de tăiere a jeturilor de apă de înaltă presiune în materiale. Această tehnologie este de obicei complementară altor tehnologii de procesare, cum ar fi frezarea, laserul, EDM și plasmă. În procesul cu jet de apă, nu se formează substanțe nocive sau abur și nu se formează nicio zonă afectată de căldură sau stres mecanic. Jeturile de apă pot tăia detalii ultra-subțiri pe piatră, sticlă și metal; găuriți rapid găuri în titan; tăiați mâncarea; și chiar ucide agenții patogeni din băuturi și băuturi.
Toate mașinile cu jet de apă au o pompă care poate presuriza apa pentru livrarea către capul de tăiere, unde este transformată într-un flux supersonic. Există două tipuri principale de pompe: pompe cu acționare directă și pompe bazate pe booster.
Rolul pompei cu acționare directă este similar cu cel al unei curățătorie de înaltă presiune, iar pompa cu trei cilindri antrenează trei pistonuri direct de la motorul electric. Presiunea maximă de lucru continuă este cu 10% până la 25% mai mică decât pompele de rapel similare, dar acest lucru le menține în continuare între 20.000 și 50.000 psi.
Pompele pe bază de intensificator reprezintă majoritatea pompelor de ultra-înaltă presiune (adică pompele de peste 30.000 psi). Aceste pompe conțin două circuite de fluid, unul pentru apă și celălalt pentru hidraulic. Filtrul de intrare a apei trece mai întâi printr-un filtru cu cartuş de 1 micron şi apoi printr-un filtru de 0,45 microni pentru a aspira apa obişnuită de la robinet. Această apă intră în pompa de rapel. Înainte de a intra în pompa de rapel, presiunea pompei de rapel este menținută la aproximativ 90 psi. Aici, presiunea este crescută la 60.000 psi. Înainte ca apa să părăsească în sfârșit setul de pompare și să ajungă la capul de tăiere prin conductă, apa trece prin amortizor. Dispozitivul poate suprima fluctuațiile de presiune pentru a îmbunătăți consistența și a elimina impulsurile care lasă urme pe piesa de prelucrat.
În circuitul hidraulic, motorul electric dintre motoarele electrice trage ulei din rezervorul de ulei și îl presurizează. Uleiul sub presiune curge către colector, iar supapa colectorului injectează alternativ ulei hidraulic pe ambele părți ale ansamblului biscuit și piston pentru a genera acțiunea cursei amplificatorului. Deoarece suprafața pistonului este mai mică decât cea a biscuitului, presiunea uleiului „îmbunătățește” presiunea apei.
Booster-ul este o pompă alternativă, ceea ce înseamnă că ansamblul biscuit și piston furnizează apă la presiune înaltă de pe o parte a rapelului, în timp ce apa la presiune joasă umple cealaltă parte. Recircularea permite, de asemenea, uleiului hidraulic să se răcească atunci când revine în rezervor. Supapa de reținere asigură că apa de joasă presiune și de înaltă presiune pot curge doar într-o singură direcție. Cilindrii de înaltă presiune și capacele care încapsulează pistonul și componentele biscuiților trebuie să îndeplinească cerințe speciale pentru a rezista forțelor procesului și ciclurilor de presiune constantă. Întregul sistem este proiectat să defecteze treptat, iar scurgerile vor curge către „găuri de scurgere” speciale, care pot fi monitorizate de către operator pentru a programa mai bine întreținerea regulată.
O conductă specială de înaltă presiune transportă apa către capul de tăiere. Țeava poate oferi, de asemenea, libertate de mișcare pentru capul de tăiere, în funcție de dimensiunea țevii. Oțelul inoxidabil este materialul ales pentru aceste țevi și există trei dimensiuni comune. Țevile de oțel cu un diametru de 1/4 inch sunt suficient de flexibile pentru a fi conectate la echipamente sportive, dar nu sunt recomandate pentru transportul pe distanțe lungi a apei de înaltă presiune. Deoarece acest tub este ușor de îndoit, chiar și într-o rolă, o lungime de 10 până la 20 de picioare poate realiza mișcarea X, Y și Z. Țevile mai mari de 3/8 inchi de 3/8 inci transportă, de obicei, apa de la pompă la partea de jos a echipamentului în mișcare. Deși poate fi îndoit, în general nu este potrivit pentru echipamentele de mișcare a conductelor. Cea mai mare conductă, care măsoară 9/16 inci, este cea mai bună pentru transportul apei de înaltă presiune pe distanțe lungi. Un diametru mai mare ajută la reducerea pierderii de presiune. Conductele de această dimensiune sunt foarte compatibile cu pompele mari, deoarece o cantitate mare de apă de înaltă presiune are și un risc mai mare de potențială pierdere de presiune. Cu toate acestea, țevile de această dimensiune nu pot fi îndoite, iar fitingurile trebuie instalate la colțuri.
Mașina de tăiat cu jet de apă pură este cea mai veche mașină de tăiat cu jet de apă, iar istoria sa poate fi urmărită până la începutul anilor 1970. În comparație cu contactul sau inhalarea materialelor, acestea produc mai puțină apă pe materiale, astfel încât sunt potrivite pentru producția de produse precum interioare auto și scutece de unică folosință. Fluidul este foarte subțire - 0,004 inci până la 0,010 inci în diametru - și oferă geometrii extrem de detaliate cu pierderi foarte mici de material. Forța de tăiere este extrem de mică, iar fixarea este de obicei simplă. Aceste mașini sunt cele mai potrivite pentru funcționare 24 de ore.
Când luați în considerare un cap de tăiere pentru o mașină cu jet de apă pură, este important să rețineți că viteza de curgere este reprezentată de fragmentele sau particulele microscopice ale materialului de rupere, nu de presiune. Pentru a atinge această viteză mare, apa sub presiune curge printr-o mică gaură dintr-o bijuterie (de obicei un safir, rubin sau diamant) fixată la capătul duzei. Tăierea tipică utilizează un diametru al orificiului de 0,004 inci până la 0,010 inci, în timp ce aplicațiile speciale (cum ar fi betonul pulverizat) pot folosi dimensiuni de până la 0,10 inci. La 40.000 psi, debitul din orificiu se deplasează cu o viteză de aproximativ Mach 2, iar la 60.000 psi, debitul depășește Mach 3.
Diferite bijuterii au o expertiză diferită în tăierea cu jet de apă. Safirul este cel mai comun material de uz general. Acestea durează aproximativ 50 până la 100 de ore de tăiere, deși aplicarea cu jet de apă abraziv înjumătățește acest timp. Rubinele nu sunt potrivite pentru tăierea cu jet de apă pur, dar debitul de apă pe care îl produc este foarte potrivit pentru tăierea abrazivă. În procesul de tăiere abrazivă, timpul de tăiere pentru rubine este de aproximativ 50 până la 100 de ore. Diamantele sunt mult mai scumpe decât safirele și rubinele, dar timpul de tăiere este între 800 și 2.000 de ore. Acest lucru face ca diamantul să fie deosebit de potrivit pentru funcționarea de 24 de ore. În unele cazuri, orificiul de diamant poate fi, de asemenea, curățat cu ultrasunete și reutilizat.
În mașina abrazivă cu jet de apă, mecanismul de îndepărtare a materialului nu este fluxul de apă în sine. În schimb, curgerea accelerează particulele abrazive pentru a coroda materialul. Aceste mașini sunt de mii de ori mai puternice decât mașinile de tăiat cu jet de apă pur și pot tăia materiale dure, cum ar fi metalul, piatra, materialele compozite și ceramica.
Fluxul abraziv este mai mare decât curentul cu jet de apă pură, cu un diametru între 0,020 inci și 0,050 inci. Ele pot tăia stive și materiale de până la 10 inci grosime fără a crea zone afectate de căldură sau stres mecanic. Deși rezistența lor a crescut, forța de tăiere a fluxului de abraziv este încă mai mică de un kilogram. Aproape toate operațiunile de jet abraziv folosesc un dispozitiv de jet și pot trece cu ușurință de la utilizarea cu un singur cap la utilizarea cu mai multe capete, și chiar și jetul de apă abrazivă poate fi transformat într-un jet de apă pură.
Abrazivul este dur, special selectat și dimensionat nisip - de obicei granat. Diferitele dimensiuni ale grilei sunt potrivite pentru diferite lucrări. O suprafață netedă poate fi obținută cu abrazivi cu ochiuri de 120, în timp ce abrazivi cu ochiuri de 80 s-au dovedit a fi mai potriviti pentru aplicații de uz general. Viteza de tăiere abrazivă de 50 mesh este mai rapidă, dar suprafața este puțin mai aspră.
Deși jeturile de apă sunt mai ușor de operat decât multe alte mașini, tubul de amestecare necesită atenția operatorului. Potențialul de accelerare al acestui tub este ca o țeavă de pușcă, cu dimensiuni diferite și durată de înlocuire diferită. Tubul de amestecare de lungă durată este o inovație revoluționară în tăierea cu jet de apă abrazivă, dar tubul este încă foarte fragil - dacă capul de tăiere intră în contact cu un dispozitiv, un obiect greu sau materialul țintă, tubul se poate frâna. Țevile deteriorate nu pot fi reparate, așa că menținerea costurilor la un nivel scăzut necesită reducerea la minimum a înlocuirii. Mașinile moderne au de obicei o funcție de detectare automată a coliziunilor pentru a preveni coliziunile cu tubul de amestecare.
Distanța de separare dintre tubul de amestecare și materialul țintă este de obicei de 0,010 inchi până la 0,200 inci, dar operatorul trebuie să țină cont de faptul că o separare mai mare de 0,080 inci va provoca îngheț pe partea superioară a marginii tăiate a piesei. Tăierea sub apă și alte tehnici pot reduce sau elimina această glazură.
Inițial, tubul de amestecare a fost realizat din carbură de tungsten și avea o durată de viață de doar patru până la șase ore de tăiere. Țevile compozite ieftine de astăzi pot atinge o durată de viață de 35 până la 60 de ore și sunt recomandate pentru debitare brută sau pentru formarea de noi operatori. Tubul compozit din carbură cimentată își prelungește durata de viață la 80 până la 90 de ore de tăiere. Tubul compozit de carbură cimentată de înaltă calitate are o durată de tăiere de 100 până la 150 de ore, este potrivit pentru precizie și lucru zilnic și prezintă cea mai previzibilă uzură concentrică.
Pe lângă asigurarea mișcării, mașinile-unelte cu jet de apă trebuie să includă și o metodă de fixare a piesei de prelucrat și un sistem de colectare și colectare a apei și a resturilor de la operațiunile de prelucrare.
Mașinile staționare și unidimensionale sunt cele mai simple jeturi de apă. Jeturile de apă staționare sunt utilizate în mod obișnuit în industria aerospațială pentru a tăia materiale compozite. Operatorul introduce materialul în pârâu ca un ferăstrău cu bandă, în timp ce captorul colectează pârâul și resturile. Majoritatea jeturilor de apă staționare sunt jeturi de apă pure, dar nu toate. Mașina de tăiat este o variantă a mașinii staționare, în care produse precum hârtia sunt alimentate prin mașină, iar jetul de apă taie produsul într-o anumită lățime. O mașină de tăiere transversală este o mașină care se mișcă de-a lungul unei axe. Ei lucrează adesea cu mașini de tăiat pentru a realiza modele asemănătoare grilei pe produse precum automatele de vânzare precum brownies-urile. Mașina de tăiat taie produsul într-o anumită lățime, în timp ce mașina de tăiere transversală taie produsul alimentat sub acesta.
Operatorii nu ar trebui să utilizeze manual acest tip de jet de apă abraziv. Este dificil să mutați obiectul tăiat la o viteză specifică și constantă și este extrem de periculos. Mulți producători nici măcar nu vor cita mașini pentru aceste setări.
Masa XY, numită și mașină de tăiat plat, este cea mai comună mașină de tăiat cu jet de apă bidimensională. Jeturile de apă pură taie garnituri, materiale plastice, cauciuc și spumă, în timp ce modelele abrazive taie metale, compozite, sticlă, piatră și ceramică. Bancul de lucru poate fi de 2 × 4 picioare sau de 30 × 100 de picioare. De obicei, controlul acestor mașini-unelte este realizat de CNC sau PC. Servomotoarele, de obicei cu feedback în buclă închisă, asigură integritatea poziției și vitezei. Unitatea de bază include ghidaje liniare, carcase de rulmenți și antrenări cu șurub cu bile, în timp ce unitatea de punte include și aceste tehnologii, iar rezervorul de colectare include suport de material.
Bancurile de lucru XY sunt, de obicei, în două stiluri: bancul de lucru cu portic pe șină mijlocie include două șine de ghidare de bază și un pod, în timp ce bancul de lucru în consolă folosește o bază și un pod rigid. Ambele tipuri de mașini includ o anumită formă de reglare a înălțimii capului. Această ajustabilitate a axei Z poate lua forma unei manivele manuale, a unui șurub electric sau a unui șurub servo complet programabil.
Bazinul de pe bancul de lucru XY este de obicei un rezervor de apă umplut cu apă, care este echipat cu grile sau șipci pentru a susține piesa de prelucrat. Procesul de tăiere consumă aceste suporturi încet. Capcana poate fi curățată automat, deșeurile sunt depozitate în container sau poate fi manuală, iar operatorul lopătează regulat cutia.
Pe măsură ce proporția articolelor fără suprafețe plane crește, capabilitățile cu cinci axe (sau mai multe) sunt esențiale pentru tăierea modernă cu jet de apă. Din fericire, capul de tăiere ușor și forța redusă de recul în timpul procesului de tăiere oferă inginerilor de proiectare libertatea pe care frezarea la sarcină mare nu o are. Tăierea cu jet de apă pe cinci axe a folosit inițial un sistem de șablon, dar utilizatorii s-au orientat curând la programabil pe cinci axe pentru a scăpa de costul șablonului.
Cu toate acestea, chiar și cu software-ul dedicat, tăierea 3D este mai complicată decât tăierea 2D. Partea de coadă compozită a Boeing 777 este un exemplu extrem. În primul rând, operatorul încarcă programul și programează personalul flexibil „pogostick”. Macara rulantă transportă materialul pieselor, iar bara cu arc este deșurubată la o înălțime corespunzătoare și piesele sunt fixate. Axa Z specială fără tăiere folosește o sondă de contact pentru a poziționa cu precizie piesa în spațiu și puncte de eșantionare pentru a obține elevația și direcția corectă a piesei. După aceea, programul este redirecționat către poziția reală a piesei; sonda se retrage pentru a face loc pentru axa Z a capului de tăiere; programul rulează pentru a controla toate cele cinci axe pentru a menține capul de tăiere perpendicular pe suprafața de tăiat și pentru a funcționa după cum este necesar. Deplasarea la viteză precisă.
Abrazivele sunt necesare pentru a tăia materiale compozite sau orice metal mai mare de 0,05 inci, ceea ce înseamnă că ejectorul trebuie împiedicat să taie bara cu arc și patul de scule după tăiere. Captarea punctului special este cea mai bună modalitate de a realiza tăierea cu jet de apă pe cinci axe. Testele au arătat că această tehnologie poate opri un avion cu reacție de 50 de cai putere sub 6 inci. Cadrul în formă de C conectează dispozitivul de prindere la încheietura axei Z pentru a prinde corect mingea atunci când capul taie întreaga circumferință a piesei. De asemenea, dispozitivul de prindere a punctelor oprește abraziunea și consumă bile de oțel la o rată de aproximativ 0,5 până la 1 kg pe oră. În acest sistem, jetul este oprit de dispersia energiei cinetice: după ce jetul intră în capcană, acesta întâlnește bila de oțel conținută, iar bila de oțel se rotește pentru a consuma energia jetului. Chiar și atunci când este orizontal și (în unele cazuri) cu capul în jos, dispozitivul de prindere a punctelor poate funcționa.
Nu toate piesele cu cinci axe sunt la fel de complexe. Pe măsură ce dimensiunea piesei crește, reglarea programului și verificarea poziției piesei și precizia de tăiere devin mai complicate. Multe magazine folosesc mașini 3D pentru tăierea simplă 2D și tăierea complexă 3D în fiecare zi.
Operatorii ar trebui să fie conștienți de faptul că există o mare diferență între precizia pieselor și precizia mișcării mașinii. Chiar și o mașină cu precizie aproape perfectă, mișcare dinamică, control al vitezei și repetabilitate excelentă ar putea să nu poată produce piese „perfecte”. Precizia piesei finite este o combinație de eroare de proces, eroare de mașină (performanță XY) și stabilitatea piesei de prelucrat (fixare, planeitate și stabilitate la temperatură).
Când tăiați materiale cu o grosime mai mică de 1 inch, precizia jetului de apă este de obicei între ±0,003 și 0,015 inci (0,07 până la 0,4 mm). Precizia materialelor cu grosimea mai mare de 1 inch este cuprinsă între ±0,005 până la 0,100 inchi (0,12 până la 2,5 mm). Masa XY de înaltă performanță este proiectată pentru o precizie de poziționare liniară de 0,005 inchi sau mai mare.
Erorile potențiale care afectează precizia includ erori de compensare a sculei, erori de programare și mișcarea mașinii. Compensarea sculei este valoarea introdusă în sistemul de control pentru a ține cont de lățimea de tăiere a jetului, adică de cantitatea de cale de tăiere care trebuie extinsă pentru ca piesa finală să obțină dimensiunea corectă. Pentru a evita potențialele erori în lucrul de înaltă precizie, operatorii ar trebui să efectueze tăieturi de probă și să înțeleagă că compensarea sculei trebuie ajustată pentru a se potrivi cu frecvența uzurii tubului de amestecare.
Erorile de programare apar cel mai adesea deoarece unele comenzi XY nu afișează dimensiunile pe programul piesei, ceea ce face dificilă detectarea lipsei de potrivire dimensională între programul piesei și desenul CAD. Aspecte importante ale mișcării mașinii care pot introduce erori sunt decalajul și repetabilitatea în unitatea mecanică. Ajustarea servo este, de asemenea, importantă, deoarece reglarea necorespunzătoare a servo poate cauza erori în goluri, repetabilitate, verticalitate și vibrații. Piesele mici cu o lungime și o lățime mai mică de 12 inci nu necesită atât de multe mese XY ca și piese mari, astfel încât posibilitatea erorilor de mișcare a mașinii este mai mică.
Abrazivele reprezintă două treimi din costurile de operare ale sistemelor cu jet de apă. Altele includ energie, apă, aer, etanșări, supape de reținere, orificii, țevi de amestec, filtre de admisie a apei și piese de schimb pentru pompe hidraulice și cilindri de înaltă presiune.
Operarea la putere maximă părea mai costisitoare la început, dar creșterea productivității a depășit costul. Pe măsură ce debitul abraziv crește, viteza de tăiere va crește și costul pe inch va scădea până când ajunge la punctul optim. Pentru o productivitate maximă, operatorul trebuie să ruleze capul de tăiere la cea mai rapidă viteză de tăiere și putere maximă pentru o utilizare optimă. Dacă un sistem de 100 de cai putere poate rula doar un cap de 50 de cai putere, atunci rularea a două capete pe sistem poate atinge această eficiență.
Optimizarea tăierii abrazive cu jet de apă necesită atenție la situația specifică, dar poate oferi creșteri excelente de productivitate.
Nu este înțelept să tăiați un spațiu de aer mai mare de 0,020 inci, deoarece jetul se deschide în spațiu și taie aproximativ nivelurile inferioare. Stivuirea strânsă a foilor de material poate preveni acest lucru.
Măsurați productivitatea în termeni de cost pe inch (adică numărul de piese fabricate de sistem), nu costul pe oră. De fapt, producția rapidă este necesară pentru a amortiza costurile indirecte.
Jeturile de apă care străpung adesea materiale compozite, sticlă și pietre ar trebui să fie echipate cu un controler care poate reduce și crește presiunea apei. Asistența în vid și alte tehnologii cresc probabilitatea de a perfora cu succes materialele fragile sau laminate fără a deteriora materialul țintă.
Automatizarea manipulării materialelor are sens numai atunci când manipularea materialelor reprezintă o mare parte din costul de producție al pieselor. Mașinile cu jet de apă abrazive folosesc de obicei descărcarea manuală, în timp ce tăierea plăcilor utilizează în principal automatizarea.
Majoritatea sistemelor cu jet de apă folosesc apă obișnuită de la robinet, iar 90% dintre operatorii cu jet de apă nu fac alte pregătiri decât dedurizarea apei înainte de a trimite apa la filtrul de admisie. Utilizarea osmozei inverse și a deionizatoarelor pentru a purifica apa poate fi tentantă, dar eliminarea ionilor face ca apa să absoarbă mai ușor ionii din metale din pompe și țevi de înaltă presiune. Poate prelungi durata de viață a orificiului, dar costul înlocuirii cilindrului de înaltă presiune, supapei de reținere și capacului de capăt este mult mai mare.
Tăierea sub apă reduce înghețarea suprafeței (cunoscută și sub denumirea de „aburire”) pe marginea superioară a tăierii cu jet de apă abraziv, reducând în același timp foarte mult zgomotul jetului și haosul la locul de muncă. Cu toate acestea, acest lucru reduce vizibilitatea jetului, de aceea se recomandă utilizarea monitorizării electronice a performanței pentru a detecta abaterile de la condițiile de vârf și pentru a opri sistemul înainte de deteriorarea oricărei componente.
Pentru sistemele care utilizează diferite dimensiuni ale ecranului abraziv pentru diferite lucrări, vă rugăm să utilizați depozitare și dozare suplimentare pentru dimensiunile comune. Supapele de transport în vrac mici (100 lb) sau mari (500 până la 2.000 lb) și supapele de dozare aferente permit comutarea rapidă între dimensiunile ochiurilor de ecran, reducând timpul de nefuncționare și problemele, sporind în același timp productivitatea.
Separatorul poate tăia eficient materiale cu o grosime mai mică de 0,3 inchi. Deși aceste urechi pot asigura de obicei o a doua șlefuire a robinetului, ele pot realiza o manipulare mai rapidă a materialului. Materialele mai dure vor avea etichete mai mici.
Mașină cu jet de apă abraziv și controlează adâncimea de tăiere. Pentru părțile potrivite, acest proces în curs de dezvoltare poate oferi o alternativă convingătoare.
Sunlight-Tech Inc. a folosit centrele de microprelucrare și microfrezare cu laser Microlution ale GF Machining Solutions pentru a produce piese cu toleranțe mai mici de 1 micron.
Tăierea cu jet de apă ocupă un loc în domeniul fabricării materialelor. Acest articol analizează modul în care funcționează jeturile de apă pentru magazinul dvs. și analizează procesul.
Ora postării: 04-sept. 2021