Tăierea cu jet de apă poate fi o metodă de procesare mai simplă, dar este echipată cu un perforator puternic și necesită ca operatorul să fie conștient de uzura și precizia mai multor piese.
Cea mai simplă tăiere cu jet de apă este procesul de tăiere a materialelor cu jet de apă de înaltă presiune. Această tehnologie este de obicei complementară altor tehnologii de procesare, cum ar fi frezarea, laserul, electroeroziunea și plasma. În procesul cu jet de apă, nu se formează substanțe nocive sau abur și nu se formează nicio zonă afectată termic sau stres mecanic. Jeturile de apă pot tăia detalii ultra-subțiri pe piatră, sticlă și metal; pot găuri rapid în titan; pot tăia alimente; și chiar pot elimina agenții patogeni din băuturi și sosuri.
Toate mașinile cu jet de apă au o pompă care poate presuriza apa pentru a fi livrată la capul de tăiere, unde este convertită într-un flux supersonic. Există două tipuri principale de pompe: pompe cu acționare directă și pompe cu booster.
Rolul pompei cu acționare directă este similar cu cel al unui aparat de curățat cu înaltă presiune, iar pompa cu trei cilindri acționează trei pistoane direct de la motorul electric. Presiunea maximă continuă de lucru este cu 10% până la 25% mai mică decât la pompele de presiune similare, dar aceasta le menține totuși între 20.000 și 50.000 psi.
Pompele bazate pe intensificatoare de presiune constituie majoritatea pompelor de presiune ultra-înaltă (adică pompe de peste 30.000 psi). Aceste pompe conțin două circuite de fluid, unul pentru apă și celălalt pentru sistemul hidraulic. Filtrul de admisie a apei trece mai întâi printr-un filtru cartuș de 1 micron și apoi printr-un filtru de 0,45 microni pentru a aspira apa obișnuită de la robinet. Această apă intră în pompa de supraalimentare. Înainte de a intra în pompa de supraalimentare, presiunea pompei de supraalimentare este menținută la aproximativ 90 psi. Aici, presiunea este crescută la 60.000 psi. Înainte ca apa să părăsească în sfârșit setul de pompă 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 extrage ulei din rezervorul de ulei și îl presurizează. Uleiul sub presiune curge către distribuitor, iar supapa distribuitorului injectează alternativ ulei hidraulic pe ambele părți ale ansamblului biscuit și piston pentru a genera acțiunea de cursă a servomotorului. Deoarece suprafața pistonului este mai mică decât cea a biscuitului, presiunea uleiului „crește” presiunea apei.
Pompa de amplificare este o pompă cu piston, ceea ce înseamnă că ansamblul piston-biscuit furnizează apă la presiune înaltă dintr-o parte a pompei de amplificare, în timp ce apa la presiune joasă umple cealaltă parte. Recircularea permite, de asemenea, răcirea uleiului hidraulic atunci când se întoarce în rezervor. Supapa de sens unic asigură că apa la presiune joasă și înaltă poate curge doar într-o singură direcție. Cilindrii de înaltă presiune și capacele de capăt care încapsulează componentele pistonului și pistonului trebuie să îndeplinească cerințe speciale pentru a rezista forțelor procesului și ciclurilor de presiune constante. Întregul sistem este proiectat să se 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. Conducta poate oferi, de asemenea, libertate de mișcare pentru capul de tăiere, în funcție de dimensiunea conductei. Oțelul inoxidabil este materialul ales pentru aceste conducte, iar acestea sunt disponibile în trei dimensiuni comune. Conductele de oțel cu un diametru de 6 mm (1/4 inch) sunt suficient de flexibile pentru a se conecta la echipamente sportive, dar nu sunt recomandate pentru transportul pe distanțe lungi al apei de înaltă presiune. Deoarece acest tub este ușor de îndoit, chiar și sub formă de sul, o lungime de 3 până la 6 metri (10-20 de picioare) poate realiza mișcarea pe axa X, Y și Z. Conductele mai mari de 1,25 mm (3/8 inch) transportă de obicei apa de la pompă până la partea inferioară a echipamentului în mișcare. Deși poate fi îndoită, în general nu este potrivită pentru echipamentele de mișcare prin conducte. Cea mai mare conductă, care măsoară 2,7 mm (9/16 inch), 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 prezintă, de asemenea, un risc mai mare de pierdere potențială de presiune. Totuși, țevile de această dimensiune nu pot fi îndoite, iar fitingurile trebuie instalate la colțuri.
Mașina de tăiere cu jet de apă pură este cea mai veche mașină de tăiere cu jet de apă, iar istoria sa poate fi urmărită până la începutul anilor 1970. Comparativ cu contactul sau inhalarea materialelor, acestea produc mai puțină apă pe materiale, așa că sunt potrivite pentru producția de produse precum interioare auto și scutece de unică folosință. Fluidul este foarte subțire - de la 0,004 inci la 0,010 inci în diametru - și oferă geometrii extrem de detaliate cu o pierdere foarte mică de material. Forța de tăiere este extrem de scăzută, iar fixarea este de obicei simplă. Aceste mașini sunt cele mai potrivite pentru funcționare 24 de ore.
Atunci când se ia în considerare un cap de tăiere pentru o mașină cu jet de apă pur, este important să se țină cont de faptul că viteza de curgere reprezintă fragmentele sau particulele microscopice ale materialului de ruptură, nu presiunea. Pentru a atinge această viteză mare, apa sub presiune curge printr-un orificiu mic într-o piatră prețioasă (de obicei un safir, rubin sau diamant) fixat la capătul duzei. Tăierea tipică utilizează un diametru al orificiului de la 0,004 inci la 0,010 inci, în timp ce aplicațiile speciale (cum ar fi betonul pulverizat) pot utiliza 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.
Bijuteriile diferite 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 abrazivă cu jet de apă înjumătățește aceste timpi. 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 o funcționare de 24 de ore. În unele cazuri, orificiul diamantului poate fi, de asemenea, curățat cu ultrasunete și reutilizat.
În mașina de tăiere cu jet de apă abraziv, mecanismul de îndepărtare a materialului nu este curgerea apei în sine. În schimb, curgerea accelerează particulele abrazive pentru a coroda materialul. Aceste mașini sunt de mii de ori mai puternice decât mașinile de tăiere cu jet de apă pur și pot tăia materiale dure precum metal, piatră, materiale compozite și ceramică.
Jetul abraziv este mai mare decât jetul de apă pură, cu un diametru între 0,020 inci și 0,050 inci. Acestea pot tăia stive și materiale cu grosimea de până la 10 inci fără a crea zone afectate termic sau solicitări mecanice. Deși rezistența lor a crescut, forța de tăiere a jetului abraziv este încă mai mică de o jumătate de kilogram. Aproape toate operațiunile de abrazare cu jet abraziv utilizează un dispozitiv de abrazare și pot trece cu ușurință de la utilizarea cu un singur cap la utilizarea cu mai multe capete, ba chiar și jetul de apă abraziv poate fi convertit într-un jet de apă pură.
Abrazivul este nisip dur, special selectat și granulat - de obicei granat. Diferite dimensiuni ale grilelor sunt potrivite pentru diferite lucrări. O suprafață netedă poate fi obținută cu abrazivi de 120 mesh, în timp ce abrazivii de 80 mesh s-au dovedit a fi mai potriviți pentru aplicații de uz general. Viteza de tăiere cu abraziv de 50 mesh este mai mare, dar suprafața este puțin mai rugoasă.
Deși jeturile de apă sunt mai ușor de utilizat decât multe alte mașini, tubul de amestecare necesită atenția operatorului. Potențialul de accelerare al acestui tub este similar cu cel al unei țevi de pușcă, cu dimensiuni diferite și durate de viață diferite de înlocuire. Tubul de amestecare de lungă durată este o inovație revoluționară în tăierea cu jet de apă abraziv, dar tubul este încă foarte fragil - dacă capul de tăiere intră în contact cu un dispozitiv de fixare, un obiect greu sau materialul țintă, tubul se poate rupe. Țevile deteriorate nu pot fi reparate, așa că menținerea costurilor reduse necesită minimizarea înlocuirii. Mașinile moderne au de obicei o funcție automată de detectare a coliziunilor pentru a preveni coliziunile cu tubul de amestecare.
Distanța de separare dintre tubul de amestecare și materialul țintă este de obicei între 0,010 inci și 0,200 inci, dar operatorul trebuie să țină cont de faptul că o separare mai mare de 0,080 inci va cauza înghețarea pe marginea superioară a tăieturii piesei. Tăierea sub apă și alte tehnici pot reduce sau elimina această înghețare.
Inițial, tubul de amestecare era fabricat 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 tăiere de 35 până la 60 de ore și sunt recomandate pentru tăierea brută sau pentru instruirea noilor operatori. Tubul compozit din carbură cimentată își prelungește durata de viață la 80 până la 90 de ore de tăiere. Tubul compozit din carbură cimentată de înaltă calitate are o durată de viață de tăiere de 100 până la 150 de ore, este potrivit pentru precizie și lucrări zilnice 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 provenite din 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 alimentează materialul în pârâu ca un ferăstrău cu bandă, în timp ce dispozitivul de colectare colectează pârâul și resturile. Majoritatea jeturilor de apă staționare sunt jeturi de apă pure, dar nu toate. Mașina de tăiere transversală este o variantă a mașinii staționare, în care produse precum hârtia sunt alimentate prin mașină, iar jetul de apă taie produsul la o lățime specifică. O mașină de tăiere transversală este o mașină care se mișcă de-a lungul unei axe. Acestea lucrează adesea cu mașini de tăiere transversală pentru a crea modele asemănătoare grilei pe produse, cum ar fi automatele de vânzare, cum ar fi brownies-urile. Mașina de tăiere transversală taie produsul la o lățime specifică, în timp ce mașina de tăiere transversală taie produsul alimentat sub ea.
Operatorii nu ar trebui să utilizeze manual acest tip de jet de apă abraziv. Este dificil să miști obiectul tăiat la o viteză specifică și constantă și este extrem de periculos. Mulți producători nici măcar nu vor oferi prețuri pentru mașinile potrivite pentru aceste setări.
Masa XY, numită și mașină de tăiat cu jet de apă plan, este cea mai comună mașină de tăiat cu jet de apă bidimensional. 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 avea dimensiuni mici, de până la 60 × 120 cm sau mari, de până la 90 × 300 cm. De obicei, controlul acestor mașini-unelte este realizat prin 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 acționări cu șurub cu bile, în timp ce unitatea punte include și aceste tehnologii, iar rezervorul de colectare include suport pentru material.
Bancurile de lucru XY sunt de obicei disponibile în două stiluri: bancul de lucru cu portal cu șină intermediară include două șine de ghidare de bază și o punte, în timp ce bancul de lucru cu consolă folosește o bază și o punte rigidă. Ambele tipuri de mașini includ o formă de reglare a înălțimii capului. Această reglare a axei Z poate lua forma unei manivele manuale, a unui șurub electric sau a unui șurub servo complet programabil.
Bazinul de pe masa de lucru XY este de obicei un rezervor de apă umplut cu apă, echipat cu grile sau lamele pentru a susține piesa de prelucrat. Procesul de tăiere consumă lent aceste suporturi. Sifonul poate fi curățat automat, deșeurile sunt depozitate în container sau poate fi manual, iar operatorul curăță regulat cutia cu lopata.
Pe măsură ce proporția articolelor cu suprafețe aproape inexistente crește, capacitățile pe cinci axe (sau mai multe) sunt esențiale pentru tăierea modernă cu jet de apă. Din fericire, capul de tăiere ușor și forța de recul redusă în timpul procesului de tăiere oferă inginerilor de proiectare o libertate pe care frezarea cu sarcini mari nu o are. Tăierea cu jet de apă pe cinci axe a folosit inițial un sistem de șabloane, dar utilizatorii au apelat curând la cinci axe programabile pentru a scăpa de costul șabloanelor.
Totuși, chiar și cu software dedicat, tăierea 3D este mai complicată decât tăierea 2D. Partea compozită a coadei Boeingului 777 este un exemplu extrem. Mai întâi, operatorul încarcă programul și programează stanga flexibilă „pogostick”. Macaraua suspendată transportă materialul pieselor, iar bara cu arc este deșurubată la o înălțime adecvată, iar piesele sunt fixate. Axa Z specială, fără tăiere, utilizează o sondă de contact pentru a poziționa cu precizie piesa în spațiu și puncte de prelevare 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 axei 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. Se deplasează la o viteză precisă.
Abrazivii sunt necesari pentru tăierea materialelor compozite sau a oricărui metal mai mare de 0,05 inci, ceea ce înseamnă că ejectorul trebuie împiedicat să taie bara cu arc și patul sculei după tăiere. Captarea specială a punctelor este cea mai bună metodă 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 mâinii pe axa Z pentru a prinde corect bila atunci când capul de prindere acoperă întreaga circumferință a piesei. Dispozitivul de prindere a punctelor oprește, de asemenea, abraziunea și consumă bilele de oțel cu o rată de aproximativ 0,5 până la 1 liră 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 susul 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, ajustarea programului și verificarea poziției piesei și a preciziei de tăiere devin mai complicate. Multe ateliere folosesc zilnic mașini 3D pentru tăiere 2D simplă și tăiere 3D complexă.
Operatorii ar trebui să fie conștienți de faptul că există o mare diferență între precizia piesei și precizia mișcării mașinii. Chiar și o mașină cu precizie aproape perfectă, mișcare dinamică, control al vitezei și repetabilitate excelentă poate să nu poată produce piese „perfecte”. Precizia piesei finite este o combinație între eroarea de proces, eroarea mașinii (performanța XY) și stabilitatea piesei de prelucrat (fixare, planeitate și stabilitate la temperatură).
La tăierea materialelor cu o grosime mai mică de 1 inch, precizia jetului de apă este de obicei între ±0,003 și 0,015 inch (0,07 până la 0,4 mm). Precizia materialelor cu o grosime mai mare de 1 inch este între ±0,005 și 0,100 inch (0,12 până la 2,5 mm). Masa XY de înaltă performanță este proiectată pentru o precizie de poziționare liniară de 0,005 inch sau mai mare.
Printre erorile potențiale care afectează precizia se numără erorile de compensare a sculelor, erorile de programare și mișcarea mașinii. Compensarea sculelor este valoarea introdusă în sistemul de control pentru a lua în considerare lățimea de tăiere a jetului - adică lungimea traseului de tăiere care trebuie extinsă pentru ca piesa finală să obțină dimensiunea corectă. Pentru a evita potențialele erori în lucrările de înaltă precizie, operatorii trebuie să efectueze tăieturi de probă și să înțeleagă că compensarea sculelor trebuie ajustată pentru a se potrivi cu frecvența de uzură a tubului de amestecare.
Erorile de programare apar cel mai adesea deoarece unele comenzi XY nu afișează dimensiunile în 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 spațiul liber și repetabilitatea în unitatea mecanică. Reglarea servomotoarelor este, de asemenea, importantă, deoarece reglarea necorespunzătoare a servomotoarelor poate cauza erori la goluri, repetabilitate, verticalitate și vibrații. Piesele mici cu o lungime și lățime mai mică de 30 cm nu necesită tot atâtea mese XY ca piesele mari, astfel încât posibilitatea erorilor de mișcare a mașinii este mai mică.
Abrazivii reprezintă două treimi din costurile de operare ale sistemelor cu jet de apă. Alte costuri includ energie electrică, apă, aer, etanșări, supape de sens unic, orificii, țevi de amestecare, filtre de admisie a apei și piese de schimb pentru pompe hidraulice și cilindri de înaltă presiune.
Funcționarea la putere maximă părea mai scumpă la început, dar creșterea productivității a depășit costul. Pe măsură ce debitul abrazivului crește, viteza de tăiere va crește, iar costul pe inch va scădea până când se atinge punctul optim. Pentru productivitate maximă, operatorul ar trebui să funcționeze capul de tăiere la cea mai rapidă viteză de tăiere și la puterea maximă pentru o utilizare optimă. Dacă un sistem de 100 de cai putere poate funcționa doar cu un cap de 50 de cai putere, atunci funcționarea a două capete în sistem poate atinge această eficiență.
Optimizarea tăierii cu jet de apă abraziv necesită atenție la situația specifică, dar poate oferi creșteri excelente ale productivității.
Nu este înțelept să tăiați un spațiu de aer mai mare de 0,020 inci, deoarece jetul se deschide în spațiu și taie grosier nivelurile inferioare. Stivuirea foilor de material strâns una lângă alta poate preveni acest lucru.
Măsurați productivitatea în termeni de cost pe inch (adică numărul de piese fabricate de sistem), nu cost pe oră. De fapt, producția rapidă este necesară pentru a amortiza costurile indirecte.
Jeturile de apă care perforează adesea materiale compozite, sticlă și pietre ar trebui să fie echipate cu un controler care poate reduce și crește presiunea apei. Asistența prin vid și alte tehnologii cresc probabilitatea de a perfora cu succes materiale fragile sau laminate fără a deteriora materialul țintă.
Automatizarea manipulării materialelor are sens doar atunci când manipularea materialelor reprezintă o mare parte din costul de producție al pieselor. Mașinile abrazive cu jet de apă utilizează de obicei descărcarea manuală, în timp ce tăierea plăcilor utilizează în principal automatizarea.
Majoritatea sistemelor cu jet de apă utilizează apă obișnuită de la robinet, iar 90% dintre operatorii de sisteme cu jet de apă nu fac alte pregătiri decât dedurizarea apei înainte de a o trimite la filtrul de admisie. Utilizarea osmozei inverse și a deionizatoarelor pentru purificarea apei poate fi tentantă, dar îndepărtarea ionilor facilitează absorbția apei de către apă a ionilor din metalele din pompe și conductele de înaltă presiune. Aceasta poate prelungi durata de viață a orificiului, dar costul înlocuirii cilindrului de înaltă presiune, a supapei de sens unic și a capacului de capăt este mult mai mare.
Tăierea sub apă reduce înghețarea suprafeței (cunoscută și sub numele de „aburire”) pe marginea superioară a tăierii cu jet de apă abraziv, reducând în același timp considerabil zgomotul jetului și haosul la locul de muncă. Cu toate acestea, acest lucru reduce vizibilitatea jetului, așa că se recomandă utilizarea monitorizării electronice a performanței pentru a detecta abaterile de la condițiile de vârf și a opri sistemul înainte de deteriorarea componentelor.
Pentru sistemele care utilizează site abrazive de dimensiuni diferite pentru diferite lucrări, vă rugăm să utilizați spații de depozitare și dozare suplimentare pentru dimensiunile comune. Transportul în vrac mic (45 kg) sau mare (225 - 900 kg) și supapele de dozare aferente permit comutarea rapidă între dimensiunile sitei, reducând timpii de nefuncționare și dificultățile de rezolvat, crescând în același timp productivitatea.
Separatorul poate tăia eficient materiale cu o grosime mai mică de 0,3 inci. Deși aceste proeminențe pot asigura de obicei o a doua șlefuire a tarodului, ele pot realiza o manipulare mai rapidă a materialelor. Materialele mai dure vor avea etichete mai mici.
Mașină cu jet de apă abraziv și control al adâncimii de tăiere. Pentru piesele potrivite, acest proces în stadiu incipient poate oferi o alternativă convingătoare.
Sunlight-Tech Inc. a utilizat centrele de microprelucrare și microfrezare cu laser Microlution de la GF Machining Solutions pentru a produce piese cu toleranțe mai mici de 1 micron.
Tăierea cu jet de apă ocupă un loc important în domeniul fabricării materialelor. Acest articol analizează modul în care funcționează jeturile de apă pentru magazinul dvs. și analizează procesul.
Data publicării: 04 septembrie 2021