A vízsugaras vágás egyszerűbb feldolgozási módszer lehet, de erős ütőszerszámmal van felszerelve, és megköveteli a kezelőtől, hogy folyamatosan figyeljen több alkatrész kopására és pontosságára.
A legegyszerűbb vízsugaras vágás az anyagok nagynyomású vízsugarakkal történő vágásának folyamata. Ez a technológia általában kiegészíti más feldolgozási technológiákat, például a marást, a lézert, a szikraforgácsolást és a plazmát. A vízsugaras eljárás során nem képződnek káros anyagok vagy gőz, és nem alakul ki hőhatásövezet vagy mechanikai feszültség. A vízsugarak képesek ultravékony részleteket vágni kőből, üvegből és fémből; gyorsan fúrni lyukakat titánba; élelmiszereket vágni; sőt, akár kórokozókat is elpusztítani italokban és mártogatósokban.
Minden vízsugaras gép rendelkezik egy szivattyúval, amely nyomás alá helyezi a vizet, hogy az a vágófejhez jusson, ahol szuperszonikus áramlássá alakul. A szivattyúknak két fő típusa van: a közvetlen hajtású szivattyúk és a nyomásfokozó szivattyúk.
A közvetlen hajtású szivattyú szerepe hasonló a nagynyomású mosóéhoz, és a háromhengeres szivattyú három dugattyút hajt közvetlenül az elektromos motorról. A maximális folyamatos üzemi nyomás 10%-25%-kal alacsonyabb, mint a hasonló nyomásfokozó szivattyúknál, de ez még mindig 20 000 és 50 000 psi között tartja őket.
Az ultra nagynyomású szivattyúk (azaz a 30 000 psi feletti szivattyúk) többségét erősítőalapú szivattyúk alkotják. Ezek a szivattyúk két folyadékkörrel rendelkeznek, az egyik a víz, a másik a hidraulika számára. A vízbevezető szűrő először egy 1 mikronos patronszűrőn, majd egy 0,45 mikronos szűrőn halad át, hogy beszívja a közönséges csapvizet. Ez a víz a nyomásfokozó szivattyúba jut. Mielőtt belépne a nyomásfokozó szivattyúba, a nyomásfokozó szivattyú nyomását körülbelül 90 psi értéken tartják. Itt a nyomást 60 000 psi-re növelik. Mielőtt a víz végül elhagyja a szivattyúegységet, és a csővezetéken keresztül eléri a vágófejet, a víz áthalad egy lengéscsillapítón. A készülék képes elnyomni a nyomásingadozásokat, hogy javítsa az állandóságot és kiküszöbölje a munkadarabon nyomot hagyó impulzusokat.
A hidraulikus körben a villanymotorok között elhelyezkedő villanymotor olajat szív az olajtartályból, és nyomás alá helyezi azt. A nyomás alatt álló olaj a gyűjtőcsőbe áramlik, és a gyűjtőcső szelepe felváltva fecskendezi a hidraulikaolajat a szeleptömb és a dugattyú szerelvény mindkét oldalára, létrehozva a nyomásfokozó löketműködését. Mivel a dugattyú felülete kisebb, mint a szeleptömbé, az olajnyomás „növeli” a víznyomást.
A nyomásfokozó egy dugattyús szivattyú, ami azt jelenti, hogy a szeleptömb és a dugattyú szerelvény nagynyomású vizet szállít a nyomásfokozó egyik oldaláról, míg az alacsony nyomású víz a másik oldalt tölti fel. A recirkuláció lehetővé teszi a hidraulikaolaj lehűlését is, amikor visszatér a tartályba. A visszacsapó szelep biztosítja, hogy az alacsony és a nagynyomású víz csak egy irányban folyhasson. A dugattyú és a szeleptömb alkatrészeit körülvevő nagynyomású hengereknek és végzáróknak speciális követelményeknek kell megfelelniük, hogy ellenálljanak a folyamat erőinek és az állandó nyomásciklusoknak. A teljes rendszer fokozatosan meghibásodik, és a szivárgás speciális „leeresztőnyílásokba” folyik, amelyeket a kezelő figyelemmel kísérhet a rendszeres karbantartás jobb ütemezése érdekében.
Egy speciális nagynyomású cső szállítja a vizet a vágófejhez. A cső a cső méretétől függően mozgásszabadságot is biztosíthat a vágófej számára. Ezeknek a csöveknek a választott anyaga a rozsdamentes acél, és három gyakori méret létezik. A 6 mm átmérőjű acélcsövek elég rugalmasak ahhoz, hogy sporteszközökhöz csatlakoztassa őket, de nem ajánlottak nagynyomású víz nagy távolságú szállítására. Mivel ez a cső könnyen hajlítható, akár tekercsre is, egy 3-6 méteres hosszúságú csővel X, Y és Z mozgás érhető el. A nagyobb, 9 mm-es csövek általában a szivattyútól a mozgó berendezés aljáig szállítják a vizet. Bár hajlítható, általában nem alkalmas csővezeték-mozgató berendezésekhez. A legnagyobb, 9/16 hüvelykes cső a legjobb nagynyomású víz nagy távolságú szállítására. A nagyobb átmérő segít csökkenteni a nyomásveszteséget. Az ilyen méretű csövek nagyon kompatibilisek a nagy szivattyúkkal, mivel a nagy mennyiségű nagynyomású víz a potenciális nyomásveszteség kockázatát is magában hordozza. Az ilyen méretű csöveket azonban nem lehet hajlítani, és a sarkoknál szerelvényeket kell felszerelni.
A tiszta vízsugaras vágógép a legkorábbi vízsugaras vágógép, amelynek története az 1970-es évek elejére vezethető vissza. Az anyagokkal való érintkezéshez vagy belélegzéshez képest kevesebb vizet termelnek az anyagokon, így alkalmasak olyan termékek gyártására, mint az autóbelsők és az eldobható pelenkák. A folyadék nagyon híg – 0,004 és 0,010 hüvelyk közötti átmérőjű –, és rendkívül részletes geometriákat biztosít nagyon kevés anyagveszteséggel. A vágóerő rendkívül alacsony, és a rögzítés általában egyszerű. Ezek a gépek a legalkalmasabbak 24 órás üzemre.
Amikor egy tiszta vízsugaras gép vágófejét vizsgáljuk, fontos megjegyezni, hogy az áramlási sebesség a szakadó anyag mikroszkopikus töredékeit vagy részecskéit jelenti, nem a nyomást. Ennek a nagy sebességnek az eléréséhez nyomás alatt álló víz áramlik át egy kis lyukon egy drágakőben (általában zafír, rubin vagy gyémánt), amely a fúvóka végéhez van rögzítve. A tipikus vágás 0,004 és 0,010 hüvelyk közötti átmérőjű nyílást használ, míg speciális alkalmazásoknál (például lövellt betonnál) akár 10,25 hüvelykes méreteket is használhatunk. 40 000 psi nyomáson a nyílásból kiáramló áramlás körülbelül Mach 2 sebességgel halad, 60 000 psi nyomáson pedig meghaladja a Mach 3 sebességet.
A különböző ékszerek eltérő szakértelemmel rendelkeznek a vízsugaras vágás terén. A zafír a leggyakoribb általános célú anyag. Körülbelül 50-100 órányi vágási időt bírnak, bár az abrazív vízsugaras alkalmazás ezt az időt a felére csökkenti. A rubinok nem alkalmasak tisztán vízsugaras vágásra, de az általuk előállított vízáramlás nagyon alkalmas az abrazív vágásra. Az abrazív vágási eljárás során a rubinok vágási ideje körülbelül 50-100 óra. A gyémántok sokkal drágábbak, mint a zafírok és a rubinok, de a vágási idő 800 és 2000 óra között van. Ez különösen alkalmassá teszi a gyémántot 24 órás működésre. Bizonyos esetekben a gyémánt nyílása ultrahanggal is tisztítható és újra felhasználható.
Az abrazív vízsugaras vágógépben az anyagleválasztás mechanizmusa nem maga a vízáramlás. Ezzel szemben az áramlás felgyorsítja az abrazív részecskéket, amelyek korrodálják az anyagot. Ezek a gépek ezerszer erősebbek, mint a tisztán vízsugaras vágógépek, és kemény anyagokat, például fémet, követ, kompozit anyagokat és kerámiát is képesek vágni.
Az abrazív sugár nagyobb, mint a tiszta vízsugár, átmérője 0,020 hüvelyk és 0,050 hüvelyk között van. Akár 10 hüvelyk vastag halmokat és anyagokat is képesek vágni hőhatásövezetek vagy mechanikai feszültség létrehozása nélkül. Bár szilárdságuk megnőtt, az abrazív sugár vágóereje még mindig kevesebb, mint egy font. Szinte minden abrazív sugaras művelet sugártisztító berendezést használ, és könnyen átváltható egyfejes használatról többfejes használatra, sőt, az abrazív vízsugár is átalakítható tiszta vízsugárrá.
A csiszolóanyag kemény, speciálisan válogatott és szemcseméretű homok – általában gránát. A különböző feladatokhoz különböző rácsméretek alkalmasak. Sima felület érhető el a 120-as mesh-es csiszolóanyagokkal, míg a 80-as mesh-es csiszolóanyagok általános célú alkalmazásokhoz bizonyultak alkalmasabbnak. Az 50-es mesh-es csiszolóanyag vágási sebessége gyorsabb, de a felület kissé durvább.
Bár a vízsugaras gépeket könnyebb kezelni, mint sok más gépet, a keverőcső kezelői figyelmet igényel. Ennek a csőnek a gyorsulási potenciálja olyan, mint egy puskacsőé, különböző méretekkel és csere-élettartammal. A hosszú élettartamú keverőcső forradalmi újítás az abrazív vízsugaras vágásban, de a cső még mindig nagyon törékeny - ha a vágófej hozzáér egy rögzítéshez, egy nehéz tárggyal vagy a célanyaggal, a cső eltörhet. A sérült csöveket nem lehet megjavítani, ezért a költségek alacsonyan tartása a csere minimalizálását igényli. A modern gépek általában automatikus ütközésérzékelő funkcióval rendelkeznek, hogy megakadályozzák az ütközéseket a keverőcsővel.
A keverőcső és a célanyag közötti távolság általában 0,010 és 0,200 hüvelyk között van, de a kezelőnek szem előtt kell tartania, hogy a 0,080 hüvelyknél nagyobb távolság deresedést okoz az alkatrész vágott élének tetején. A víz alatti vágás és más technikák csökkenthetik vagy kiküszöbölhetik ezt a deresedést.
Kezdetben a keverőcső volfrám-karbidból készült, és csak négy-hat vágási óra élettartammal rendelkezett. A mai olcsó kompozit csövek 35-60 órás vágási élettartamot is elérhetnek, és durva vágáshoz vagy új kezelők betanításához ajánlottak. A kompozit keményfém cső 80-90 vágási órára növeli élettartamát. A kiváló minőségű kompozit keményfém cső 100-150 órás vágási élettartammal rendelkezik, alkalmas precíziós és mindennapi munkára, és a legkiszámíthatóbb koncentrikus kopást mutatja.
A mozgás biztosítása mellett a vízsugaras szerszámgépeknek tartalmazniuk kell egy módszert a munkadarab rögzítésére, valamint egy rendszert a megmunkálási műveletekből származó víz és törmelék összegyűjtésére és begyűjtésére.
Az álló és egydimenziós gépek a legegyszerűbb vízsugaras megmunkálók. Az álló vízsugarakat gyakran használják a repülőgépiparban kompozit anyagok vágására. A kezelő az anyagot a patakba adagolja, mint egy szalagfűrész, míg a gyűjtő összegyűjti a patakot és a törmeléket. A legtöbb álló vízsugár tiszta vízsugár, de nem mindegyik. A hasítógép az álló gép egy változata, amelyben olyan termékeket, mint a papír, adagolnak át a gépen, és a vízsugár meghatározott szélességűre vágja a terméket. A keresztvágó gép egy olyan gép, amely egy tengely mentén mozog. Gyakran hasítógépekkel dolgoznak együtt, hogy rácsszerű mintákat hozzanak létre olyan termékeken, mint az árusító automaták, mint a brownie. A hasítógép meghatározott szélességűre vágja a terméket, míg a keresztvágó gép keresztben vágja az alatta betáplált terméket.
A kezelőknek nem szabad manuálisan használniuk ezt a típusú abrazív vízsugarat. Nehéz a vágott tárgyat meghatározott és állandó sebességgel mozgatni, és ez rendkívül veszélyes. Sok gyártó még csak nem is ad árajánlatot ezekre a beállításokra.
Az XY asztal, más néven síkágyas vágógép, a leggyakoribb kétdimenziós vízsugaras vágógép. A tiszta vízsugarak tömítéseket, műanyagokat, gumit és habot vágnak, míg az abrazív modellek fémeket, kompozitokat, üveget, követ és kerámiát. A munkapad lehet akár 2 × 4 láb (kb. 6 × 12 méter) vagy akár 30 × 100 láb (kb. 9 × 35 méter) méretű is. Általában ezeknek a szerszámgépeknek a vezérlését CNC vagy PC végzi. A szervomotorok, általában zárt hurkú visszacsatolással, biztosítják a pozíció és a sebesség integritását. Az alapegység lineáris vezetőket, csapágyházakat és golyósorsókat tartalmaz, míg a hídegység szintén tartalmazza ezeket a technológiákat, a gyűjtőtartály pedig anyagtartót is tartalmaz.
Az XY munkapadok általában kétféle típusban kaphatók: a középsínes portálos munkapad két alapvezető sínt és egy hidat tartalmaz, míg a konzolos munkapad egy alapot és egy merev hidat használ. Mindkét géptípus valamilyen formában állítható fejmagassággal rendelkezik. Ez a Z tengelyirányú állíthatóság kézi hajtókarral, elektromos csavarral vagy teljesen programozható szervocsavarral is történhet.
Az XY munkapad gyűjtőtartálya általában egy vízzel töltött víztartály, amely ráccsal vagy lécekkel van felszerelve a munkadarab alátámasztására. A vágási folyamat lassan fogyasztja ezeket az alátámasztásokat. A gyűjtőtartály tisztítása történhet automatikusan, a hulladék a tartályban tárolható, vagy manuálisan is tisztítható, és a kezelő rendszeresen lapátolja a kannát.
Ahogy a szinte sík felülettel nem rendelkező alkatrészek aránya növekszik, az öttengelyes (vagy többtengelyes) képességek elengedhetetlenek a modern vízsugaras vágáshoz. Szerencsére a könnyű vágófej és az alacsony visszarúgási erő a vágási folyamat során olyan szabadságot biztosít a tervezőmérnököknek, amivel a nagy terhelésű marás nem rendelkezik. Az öttengelyes vízsugaras vágás kezdetben sablonrendszert használt, de a felhasználók hamarosan programozható öttengelyes rendszerre váltottak, hogy megszabaduljanak a sablon költségeitől.
Azonban még erre a célra szolgáló szoftverrel is a 3D-s vágás bonyolultabb, mint a 2D-s. A Boeing 777 kompozit farokrésze egy szélsőséges példa. Először a kezelő feltölti a programot, és beprogramozza a rugalmas „pogostick” rudat. A felső daru szállítja az alkatrészek anyagát, a rugós rudat pedig megfelelő magasságba csavarják ki, és az alkatrészeket rögzítik. A speciális, nem forgácsoló Z tengely egy tapintószondát használ az alkatrész pontos térbeli pozicionálásához, és mintavételi pontokat vesz fel a megfelelő alkatrész-magasság és irány meghatározásához. Ezután a program átirányításra kerül az alkatrész tényleges pozíciójára; a szonda visszahúzódik, hogy helyet csináljon a vágófej Z tengelyének; a program mind az öt tengelyt vezérli, hogy a vágófej merőleges maradjon a vágandó felületre, és szükség szerint működjön. Pontos sebességgel halad.
A kompozit anyagok vagy 0,05 hüvelyknél nagyobb fémek vágásához csiszolóanyagokra van szükség, ami azt jelenti, hogy meg kell akadályozni, hogy a kidobó a vágás után elvágja a rugós rudat és a szerszámágyat. Az öttengelyes vízsugaras vágás elérésének legjobb módja a speciális pontbefogás. A tesztek kimutatták, hogy ez a technológia képes megállítani egy 50 lóerős sugárhajtású repülőgépet 6 hüvelyk alatt. A C alakú keret összeköti a fogót a Z tengely csuklójával, hogy helyesen elkapja a golyót, amikor a fej levágja az alkatrész teljes kerületét. A pontbefogó a kopást is megállítja, és óránként körülbelül 0,5-1 font sebességgel fogyasztja az acélgolyókat. Ebben a rendszerben a sugarat a kinetikus energia szóródása állítja meg: miután a sugár belép a csapdába, találkozik a benne lévő acélgolyóval, és az acélgolyó forog, hogy elnyelje a sugár energiáját. A pontbefogó még vízszintesen és (bizonyos esetekben) fejjel lefelé is működhet.
Nem minden öttengelyes alkatrész egyformán összetett. Az alkatrész méretének növekedésével a program beállítása, az alkatrész pozíciójának és a vágási pontosságnak az ellenőrzése egyre bonyolultabbá válik. Sok műhely nap mint nap használ 3D gépeket egyszerű 2D-s vágásra és összetett 3D-s vágásra.
A kezelőknek tisztában kell lenniük azzal, hogy nagy különbség van az alkatrész pontossága és a gép mozgásának pontossága között. Még egy közel tökéletes pontossággal, dinamikus mozgással, sebességszabályozással és kiváló ismétlési pontossággal rendelkező gép sem biztos, hogy képes „tökéletes” alkatrészeket előállítani. A kész alkatrész pontossága a folyamathiba, a géphiba (XY teljesítmény) és a munkadarab stabilitása (befogás, síkfelület és hőmérséklet-stabilitás) kombinációja.
1 hüvelyknél vékonyabb anyagok vágásakor a vízsugár pontossága általában ±0,003 és 0,015 hüvelyk (0,07–0,4 mm) között van. Az 1 hüvelyknél vastagabb anyagok pontossága ±0,005 és 0,100 hüvelyk (0,12–2,5 mm) között van. A nagy teljesítményű XY asztal 0,005 hüvelyk vagy annál nagyobb lineáris pozicionálási pontosságra van tervezve.
A pontosságot befolyásoló lehetséges hibák közé tartoznak a szerszámkompenzációs hibák, a programozási hibák és a gép mozgása. A szerszámkompenzáció az a vezérlőrendszerbe bevitt érték, amely figyelembe veszi a fúvóka vágási szélességét – azaz azt a vágási utat, amelyet ki kell bővíteni ahhoz, hogy a végső alkatrész elérje a megfelelő méretet. A nagy pontosságú munkák során előforduló lehetséges hibák elkerülése érdekében a kezelőknek próbavágásokat kell végezniük, és meg kell érteniük, hogy a szerszámkompenzációt a keverőcső kopásának gyakoriságához kell igazítani.
A programozási hibák leggyakrabban azért fordulnak elő, mert egyes XY vezérlők nem jelenítik meg a méreteket az alkatrészprogramban, ami megnehezíti az alkatrészprogram és a CAD rajz közötti méretbeli egyezés hiányának észlelését. A gépmozgás fontos szempontjai, amelyek hibákat okozhatnak, a mechanikus egység rése és ismételhetősége. A szervomotoros beállítás is fontos, mert a nem megfelelő szervomotoros beállítás hibákat okozhat a résekben, az ismételhetőségben, a függőlegességben és a rezgésben. A 12 hüvelyknél kisebb hosszúságú és szélességű kis alkatrészekhez nincs szükség annyi XY asztalra, mint a nagy alkatrészekhez, így a gépmozgási hibák valószínűsége kisebb.
A vízsugaras rendszerek üzemeltetési költségeinek kétharmadát a csiszolóanyagok teszik ki. Egyéb költségek közé tartozik az energia, a víz, a levegő, a tömítések, a visszacsapó szelepek, a fúvókák, a keverőcsövek, a vízbevezető szűrők, valamint a hidraulikus szivattyúk és nagynyomású hengerek alkatrészei.
A teljes teljesítményű működés eleinte drágábbnak tűnt, de a termelékenység növekedése meghaladta a költségeket. A csiszolóanyag áramlási sebességének növekedésével a vágási sebesség is növekszik, és a hüvelykenkénti költség csökken, amíg el nem éri az optimális pontot. A maximális termelékenység érdekében a kezelőnek a vágófejet a leggyorsabb vágási sebességgel és a maximális teljesítménnyel kell működtetnie az optimális használat érdekében. Ha egy 100 lóerős rendszer csak egy 50 lóerős fejet tud működtetni, akkor két fej üzemeltetésével a rendszeren elérhető ez a hatékonyság.
Az abrazív vízsugaras vágás optimalizálása az adott helyzethez való odafigyelést igényli, de kiváló termelékenységnövekedést eredményezhet.
Nem bölcs dolog 0,020 hüvelyknél nagyobb légrést vágni, mert a sugár a résben megnyílik, és durván levágja az alsóbb szinteket. Az anyaglapok szoros egymásra halmozása ezt megakadályozhatja.
A termelékenységet hüvelykenkénti költségben (azaz a rendszer által gyártott alkatrészek számában) mérjük, ne pedig óránkénti költségben. Valójában a gyors gyártás szükséges a közvetett költségek amortizálásához.
A kompozit anyagokat, üveget és köveket gyakran átszúró vízsugaras fúrókat olyan vezérlővel kell felszerelni, amely képes csökkenteni és növelni a víznyomást. A vákuumrásegítés és más technológiák növelik a törékeny vagy rétegelt anyagok sikeres átszúrásának valószínűségét a célanyag károsítása nélkül.
Az anyagmozgatás automatizálása csak akkor van értelme, ha az anyagmozgatás az alkatrészek gyártási költségének jelentős részét teszi ki. Az abrazív vízsugaras gépek általában kézi kirakodást alkalmaznak, míg a lemezvágás főként automatizálást alkalmaz.
A legtöbb vízsugaras rendszer közönséges csapvizet használ, és a vízsugaras kezelők 90%-a nem tesz semmilyen előkészületet a víz lágyításán kívül, mielőtt a vizet a bemeneti szűrőbe juttatná. A fordított ozmózis és az ioncserélők használata a víz tisztítására csábító lehet, de az ionok eltávolítása megkönnyíti a víz számára az ionok elnyelését a szivattyúkban és a nagynyomású csövekben lévő fémekből. Meghosszabbíthatja a fúvóka élettartamát, de a nagynyomású palack, a visszacsapó szelep és a végfedél cseréjének költsége sokkal magasabb.
A víz alatti vágás csökkenti a felületi deresedést (más néven „ködösödést”) az abrazív vízsugaras vágás felső élén, miközben jelentősen mérsékli a sugárzajt és a munkahelyi káoszt is. Ez azonban csökkenti a sugár láthatóságát, ezért ajánlott elektronikus teljesítményfigyelő rendszert használni a csúcsidőszakoktól való eltérések észlelésére és a rendszer leállítására, mielőtt bármilyen alkatrész megsérülne.
Az olyan rendszerek esetében, amelyek különböző feladatokhoz különböző méretű abrazív szitákat használnak, kérjük, használjon további tároló- és adagolási lehetőségeket a gyakori méretekhez. A kis (100 font) vagy nagy (500–2000 font) ömlesztett anyag szállító és kapcsolódó adagolószelepek lehetővé teszik a szitaméretek közötti gyors váltást, csökkentve az állásidőt és a kellemetlenségeket, miközben növelik a termelékenységet.
A szeparátor hatékonyan képes vágni 0,3 hüvelyknél (0,3 hüvelyknél) vékonyabb anyagokat is. Bár ezek a fülek általában biztosítják a menetfúró második csiszolását, gyorsabb anyagmozgatást is lehetővé tesznek. A keményebb anyagokon kisebb címkék lesznek.
Abrazív vízsugárral megmunkálható és a vágási mélység szabályozható. A megfelelő alkatrészekhez ez a kezdeti folyamat vonzó alternatívát kínálhat.
A Sunlight-Tech Inc. a GF Machining Solutions Microlution lézeres mikromegmunkáló és mikromaró központjait használta 1 mikronnál kisebb tűrésű alkatrészek gyártásához.
A vízsugaras vágás az anyagmegmunkálás területén is fontos helyet foglal el. Ez a cikk azt vizsgálja, hogyan működnek a vízsugaras vágások az üzletben, és milyen folyamatot igényel.
Közzététel ideje: 2021. szeptember 4.