Рязането с водна струя може да е по-прост метод на обработка, но е оборудвано с мощен перфоратор и изисква от оператора да следи за износването и точността на множество части.
Най-простото рязане с водна струя е процесът на рязане на материали с водна струя под високо налягане.Тази технология обикновено допълва други технологии за обработка, като фрезоване, лазер, EDM и плазма.В процеса на водната струя не се образуват вредни вещества или пара и не се образува зона на топлинно въздействие или механично напрежение.Водните струи могат да изрязват ултратънки детайли върху камък, стъкло и метал;бързо пробиване на дупки в титан;нарязани храни;и дори убиват патогени в напитки и дикове.
Всички водоструйни машини имат помпа, която може да нагнети водата за подаване към режещата глава, където тя се преобразува в свръхзвуков поток.Има два основни типа помпи: помпи с директно задвижване и помпи с бустер.
Ролята на помпата с директно задвижване е подобна на тази на уреда за почистване под високо налягане, а трицилиндровата помпа задвижва три плунжера директно от електрическия мотор.Максималното продължително работно налягане е с 10% до 25% по-ниско от подобни бустерни помпи, но това все още ги поддържа между 20 000 и 50 000 psi.
Базираните на усилвател помпи съставляват по-голямата част от помпите с ултрависоко налягане (т.е. помпи над 30 000 psi).Тези помпи съдържат две флуидни вериги, една за вода и друга за хидравлика.Филтърът за входяща вода първо преминава през патронен филтър от 1 микрон и след това през филтър от 0,45 микрона, за да засмуче обикновена чешмяна вода.Тази вода влиза в нагнетателната помпа.Преди да влезе в бустерната помпа, налягането на бустерната помпа се поддържа на около 90 psi.Тук налягането се повишава до 60 000 psi.Преди водата най-накрая да напусне помпения агрегат и да достигне до режещата глава през тръбопровода, водата преминава през амортисьора.Устройството може да потиска колебанията на налягането, за да подобри консистенцията и да елиминира импулсите, които оставят следи върху детайла.
В хидравличната верига електрическият мотор между електродвигателите изтегля масло от резервоара за масло и го херметизира.Маслото под налягане тече към колектора, а клапанът на колектора последователно инжектира хидравлично масло от двете страни на бисквитата и буталото, за да генерира ударното действие на усилвателя.Тъй като повърхността на буталото е по-малка от тази на бисквитата, налягането на маслото „усилва“ налягането на водата.
Бустерът е бутална помпа, което означава, че блокът от бисквита и бутало доставя вода под високо налягане от едната страна на бустера, докато вода с ниско налягане изпълва другата страна.Рециркулацията също така позволява на хидравличното масло да се охлади, когато се върне в резервоара.Възвратният клапан гарантира, че водата под ниско и високо налягане може да тече само в една посока.Цилиндрите за високо налягане и крайните капачки, които капсулират буталото и компонентите на бисквитите, трябва да отговарят на специални изисквания, за да издържат на силите на процеса и циклите на постоянно налягане.Цялата система е проектирана така, че постепенно да излиза от строя, а течът ще тече към специални „отвори за дренаж“, които могат да бъдат наблюдавани от оператора, за да се планира по-добре редовната поддръжка.
Специална тръба под високо налягане транспортира водата до режещата глава.Тръбата може също така да осигури свобода на движение на режещата глава, в зависимост от размера на тръбата.Неръждаемата стомана е избраният материал за тези тръби и има три общи размера.Стоманените тръби с диаметър 1/4 инча са достатъчно гъвкави за свързване към спортно оборудване, но не се препоръчват за транспортиране на вода под високо налягане на дълги разстояния.Тъй като тази тръба е лесна за огъване, дори на руло, дължина от 10 до 20 фута може да постигне X, Y и Z движение.По-големите 3/8-инчови тръби 3/8-инча обикновено пренасят вода от помпата до дъното на движещото се оборудване.Въпреки че може да бъде огънат, той обикновено не е подходящ за оборудване за движение на тръбопроводи.Най-голямата тръба с размери 9/16 инча е най-подходяща за транспортиране на вода под високо налягане на дълги разстояния.По-големият диаметър спомага за намаляване на загубата на налягане.Тръбите с този размер са много съвместими с големи помпи, тъй като голямото количество вода под високо налягане също има по-голям риск от потенциална загуба на налягане.Тръбите с този размер обаче не могат да бъдат огънати и трябва да се монтират фитинги в ъглите.
Машината за рязане с чиста водна струя е най-ранната машина за рязане с водна струя и нейната история може да бъде проследена до началото на 70-те години.В сравнение с контакт или вдишване на материали, те произвеждат по-малко вода върху материалите, така че са подходящи за производство на продукти като автомобилни интериори и пелени за еднократна употреба.Течността е много тънка - 0,004 инча до 0,010 инча в диаметър - и осигурява изключително детайлни геометрии с много малка загуба на материал.Силата на рязане е изключително ниска, а фиксирането обикновено е лесно.Тези машини са най-подходящи за 24-часова работа.
Когато обмисляте режеща глава за чиста водоструйна машина, важно е да запомните, че скоростта на потока е микроскопичните фрагменти или частици от разкъсващия материал, а не налягането.За да се постигне тази висока скорост, водата под налягане тече през малък отвор в скъпоценен камък (обикновено сапфир, рубин или диамант), фиксиран в края на дюзата.Типичното рязане използва диаметър на отвора от 0,004 инча до 0,010 инча, докато специални приложения (като пръскан бетон) могат да използват размери до 0,10 инча.При 40 000 psi потокът от отвора се движи със скорост приблизително Mach 2, а при 60 000 psi потокът надвишава Mach 3.
Различните бижута имат различен опит в рязане с водна струя.Сапфирът е най-разпространеният материал с общо предназначение.Те издържат приблизително 50 до 100 часа време за рязане, въпреки че прилагането на абразивна водна струя намалява наполовина тези времена.Рубините не са подходящи за чисто водно рязане, но водният поток, който произвеждат, е много подходящ за абразивно рязане.В процеса на абразивно рязане времето за рязане на рубини е около 50 до 100 часа.Диамантите са много по-скъпи от сапфирите и рубините, но времето за рязане е между 800 и 2000 часа.Това прави диаманта особено подходящ за 24-часова работа.В някои случаи диамантеният отвор може също да бъде ултразвуково почистен и използван повторно.
В абразивната водоструйна машина механизмът за отстраняване на материала не е самият воден поток.Обратно, потокът ускорява абразивните частици, за да разядат материала.Тези машини са хиляди пъти по-мощни от машините за чисто водно рязане и могат да режат твърди материали като метал, камък, композитни материали и керамика.
Абразивният поток е по-голям от потока от чиста водна струя, с диаметър между 0,020 инча и 0,050 инча.Те могат да режат купчини и материали с дебелина до 10 инча, без да създават зони, засегнати от топлина или механично напрежение.Въпреки че силата им се е увеличила, силата на рязане на абразивната струя все още е по-малко от един фунт.Почти всички абразивни струйни операции използват струйно устройство и могат лесно да преминат от използване с една глава към използване с няколко глави и дори абразивната водна струя може да се преобразува в чиста водна струя.
Абразивът е твърд, специално подбран и оразмерен пясък - обикновено гранат.Различните размери на мрежата са подходящи за различни задачи.Гладка повърхност може да се получи с абразиви 120 меша, докато абразивите 80 меша се оказаха по-подходящи за приложения с общо предназначение.Скоростта на рязане с абразив 50 mesh е по-бърза, но повърхността е малко по-груба.
Въпреки че водните струи са по-лесни за работа от много други машини, смесителната тръба изисква внимание от оператора.Потенциалът за ускорение на тази тръба е като цев на пушка, с различни размери и различен живот на смяна.Дълготрайната смесителна тръба е революционна иновация в абразивното рязане с водна струя, но тръбата все още е много крехка - ако режещата глава влезе в контакт с приспособление, тежък предмет или целевия материал, тръбата може да се счупи.Повредените тръби не могат да бъдат ремонтирани, така че поддържането на ниски разходи изисква минимизиране на подмяната.Съвременните машини обикновено имат функция за автоматично откриване на сблъсъци, за да предотвратят сблъсъци със смесителната тръба.
Разстоянието на разделяне между смесителната тръба и целевия материал обикновено е от 0,010 инча до 0,200 инча, но операторът трябва да има предвид, че разделяне, по-голямо от 0,080 инча, ще причини скреж в горната част на изрязания ръб на детайла.Подводното рязане и други техники могат да намалят или премахнат тази глазура.
Първоначално смесителната тръба беше направена от волфрамов карбид и имаше експлоатационен живот само от четири до шест часа рязане.Днешните евтини композитни тръби могат да достигнат живот на рязане от 35 до 60 часа и се препоръчват за грубо рязане или обучение на нови оператори.Композитната тръба от циментиран карбид удължава експлоатационния си живот до 80 до 90 часа рязане.Висококачествената композитна тръба от циментиран карбид има живот на рязане от 100 до 150 часа, подходяща е за прецизна и ежедневна работа и показва най-предвидимото концентрично износване.
В допълнение към осигуряването на движение, инструментите за водна струя трябва също да включват метод за закрепване на детайла и система за събиране и събиране на вода и отломки от операции по обработка.
Стационарните и едномерните машини са най-простите водни струи.Стационарните водни струи обикновено се използват в космическото пространство за подрязване на композитни материали.Операторът подава материала в рекичката като лентов трион, докато уловителя събира рекичката и отломките.Повечето стационарни водни струи са чисти водни струи, но не всички.Машината за рязане е вариант на стационарната машина, при която продукти като хартия се подават през машината, а водната струя нарязва продукта на определена ширина.Машината за напречно рязане е машина, която се движи по ос.Те често работят с машини за нарязване, за да направят решетообразни шарки върху продукти като вендинг машини, като браунита.Машината за рязане нарязва продукта на определена ширина, докато машината за напречно рязане реже напречно продукта, подаван под нея.
Операторите не трябва да използват ръчно този тип абразивна водна струя.Трудно е да се движи отрязаният предмет с определена и постоянна скорост и е изключително опасно.Много производители дори няма да цитират машини за тези настройки.
Масата XY, наричана също плоска машина за рязане, е най-разпространената двуизмерна машина за рязане с водна струя.Струите с чиста вода режат уплътнения, пластмаси, гума и пяна, докато абразивните модели режат метали, композити, стъкло, камък и керамика.Работната маса може да бъде малка от 2 × 4 фута или голяма от 30 × 100 фута.Обикновено управлението на тези машинни инструменти се управлява от CNC или PC.Серво моторите, обикновено със затворена обратна връзка, осигуряват целостта на позицията и скоростта.Основният модул включва линейни водачи, корпуси на лагери и сачмено-винтови задвижвания, докато мостовият модул също включва тези технологии, а събирателният резервоар включва материална опора.
XY работните маси обикновено се предлагат в два стила: порталната работна маса със средна релса включва две основни водещи релси и мост, докато конзолната работна маса използва основа и твърд мост.И двата типа машини включват някаква форма на регулируема височина на главата.Тази регулируемост на Z-ос може да бъде под формата на ръчна манивела, електрически винт или напълно програмируем серво винт.
Картерът на работната маса XY обикновено е воден резервоар, пълен с вода, който е оборудван с решетки или летви за поддържане на детайла.Процесът на рязане изразходва тези опори бавно.Капанът може да се почиства автоматично, отпадъците да се съхраняват в контейнера или да е ръчно, като операторът редовно изгребва контейнера.
Тъй като делът на артикулите с почти никакви плоски повърхности се увеличава, възможностите за пет оси (или повече) са от съществено значение за модерното рязане с водна струя.За щастие, олекотената режеща глава и ниската сила на отката по време на процеса на рязане предоставят на дизайнерите свобода, каквато няма фрезоването с голямо натоварване.Петосното рязане с водна струя първоначално използва шаблонна система, но потребителите скоро се насочиха към програмируеми пет оси, за да се отърват от цената на шаблона.
Въпреки това, дори със специален софтуер, 3D рязането е по-сложно от 2D рязането.Композитната опашна част на Boeing 777 е екстремен пример.Първо, операторът качва програмата и програмира гъвкавия персонал „pogostick“.Мостният кран транспортира материала на частите, а пружинната лента се развива на подходяща височина и частите се фиксират.Специалната нережеща ос Z използва контактна сонда за точно позициониране на частта в пространството и точки за вземане на проби за получаване на правилната височина и посока на частта.След това програмата се пренасочва към действителната позиция на детайла;сондата се прибира, за да направи място за оста Z на режещата глава;програмата работи, за да контролира всичките пет оси, за да поддържа режещата глава перпендикулярна на повърхността, която ще се реже, и да работи, както е необходимо Движение с точна скорост.
Необходими са абразиви за рязане на композитни материали или всякакъв метал, по-голям от 0,05 инча, което означава, че ежекторът трябва да бъде предотвратен от срязване на пружинния прът и основата на инструмента след рязане.Специалното улавяне на точки е най-добрият начин за постигане на петосно рязане с водна струя.Тестовете показват, че тази технология може да спре реактивен самолет с 50 конски сили под 6 инча.C-образната рамка свързва уловителя с китката по Z-ос, за да хване правилно топката, когато главата подстригва цялата обиколка на частта.Точковият уловител също спира абразията и изразходва стоманени топки със скорост от около 0,5 до 1 паунд на час.В тази система струята се спира от разсейването на кинетичната енергия: след като струята навлезе в уловителя, тя се сблъсква със съдържащата се стоманена топка и стоманената топка се върти, за да консумира енергията на струята.Дори когато е хоризонтално и (в някои случаи) с главата надолу, петноуловителя може да работи.
Не всички части с пет оси са еднакво сложни.С увеличаването на размера на детайла настройката на програмата и проверката на позицията на детайла и точността на рязане стават по-сложни.Много магазини използват 3D машини за просто 2D рязане и сложно 3D рязане всеки ден.
Операторите трябва да са наясно, че има голяма разлика между точността на частта и точността на движението на машината.Дори машина с почти перфектна точност, динамично движение, контрол на скоростта и отлична повторяемост може да не е в състояние да произведе „перфектни“ части.Точността на завършената част е комбинация от грешка на процеса, грешка на машината (XY производителност) и стабилност на детайла (закрепване, плоскост и температурна стабилност).
При рязане на материали с дебелина под 1 инч, точността на водната струя обикновено е между ±0,003 до 0,015 инча (0,07 до 0,4 mm).Точността на материали с дебелина над 1 инч е в рамките на ±0,005 до 0,100 инча (0,12 до 2,5 mm).Високопроизводителната XY маса е проектирана за линейна точност на позициониране от 0,005 инча или по-висока.
Потенциалните грешки, които влияят на точността, включват грешки при компенсиране на инструмента, програмни грешки и движение на машината.Компенсацията на инструмента е стойността, въведена в системата за управление, за да се вземе предвид ширината на рязане на струята - тоест размерът на пътя на рязане, който трябва да бъде разширен, за да може крайната част да получи правилния размер.За да се избегнат потенциални грешки при високопрецизна работа, операторите трябва да извършат пробни срезове и да разберат, че компенсацията на инструмента трябва да се коригира, за да съответства на честотата на износване на смесителната тръба.
Грешките при програмиране най-често възникват, защото някои XY контроли не показват размерите на програмата за детайли, което затруднява откриването на липсата на съответствие на размерите между програмата за детайли и CAD чертежа.Важни аспекти на движението на машината, които могат да доведат до грешки, са празнината и повторяемостта в механичния възел.Регулирането на серво също е важно, тъй като неправилното регулиране на серво може да причини грешки в празнините, повторяемостта, вертикалността и трептене.Малките части с дължина и ширина под 12 инча не изискват толкова XY маси, колкото големите части, така че възможността за грешки при движение на машината е по-малка.
Абразивите представляват две трети от оперативните разходи на водоструйните системи.Други включват захранване, вода, въздух, уплътнения, възвратни клапани, отвори, смесителни тръби, филтри за вход на вода и резервни части за хидравлични помпи и цилиндри за високо налягане.
Работата на пълна мощност изглеждаше по-скъпа в началото, но увеличението на производителността надхвърли цената.С увеличаването на дебита на абразива, скоростта на рязане ще се увеличи и цената на инч ще намалее, докато достигне оптималната точка.За максимална производителност операторът трябва да работи с режещата глава при най-бързата скорост на рязане и максимална мощност за оптимално използване.Ако система със 100 конски сили може да управлява само глава с мощност 50 конски сили, тогава работата на две глави на системата може да постигне тази ефективност.
Оптимизирането на абразивното рязане с водна струя изисква внимание към конкретната ситуация, но може да осигури отлично повишаване на производителността.
Не е разумно да се изрязва въздушна междина, по-голяма от 0,020 инча, защото струята се отваря в междината и грубо прорязва по-ниските нива.Подреждането на материалните листове плътно един до друг може да предотврати това.
Измерете производителността по отношение на цената на инч (тоест броя на частите, произведени от системата), а не цената на час.Всъщност бързото производство е необходимо за амортизиране на непреките разходи.
Водните струи, които често пробиват композитни материали, стъкло и камъни, трябва да бъдат оборудвани с контролер, който може да намалява и увеличава водното налягане.Вакуумната помощ и други технологии увеличават вероятността за успешно пробиване на чупливи или ламинирани материали, без да се повреди целевият материал.
Автоматизацията на обработката на материали има смисъл само когато обработката на материали представлява голяма част от производствените разходи за части.Абразивните водноструйни машини обикновено използват ръчно разтоварване, докато рязането на плоча използва главно автоматизация.
Повечето системи за водна струя използват обикновена вода от чешмата и 90% от операторите с водна струя не правят никаква подготовка освен омекотяване на водата, преди да я изпратят към входния филтър.Използването на обратна осмоза и дейонизатори за пречистване на водата може да е изкушаващо, но премахването на йони улеснява водата да абсорбира йони от метали в помпи и тръби за високо налягане.Може да удължи живота на отвора, но цената за смяна на цилиндъра за високо налягане, възвратния клапан и крайния капак е много по-висока.
Подводното рязане намалява повърхностното замръзване (известно още като „замъгляване“) на горния ръб на абразивното рязане с водна струя, като същевременно значително намалява шума от струята и хаоса на работното място.Това обаче намалява видимостта на струята, така че се препоръчва да се използва електронен мониторинг на производителността, за да се открият отклонения от пиковите условия и да се спре системата преди повреда на компонента.
За системи, които използват различни размери на абразивното сито за различни задачи, моля, използвайте допълнително съхранение и измерване за общи размери.Малки (100 lb) или големи (500 до 2000 lb) конвейери за насипни товари и свързаните с тях дозиращи клапани позволяват бързо превключване между размерите на ситото, намалявайки времето за престой и проблемите, като същевременно увеличават производителността.
Сепараторът може ефективно да реже материали с дебелина под 0,3 инча.Въпреки че тези уши обикновено могат да осигурят второ шлайфане на крана, те могат да постигнат по-бърза обработка на материала.По-твърдите материали ще имат по-малки етикети.
Машина с абразивна водоструйка и контрол на дълбочината на рязане.За правилните части този зараждащ се процес може да осигури убедителна алтернатива.
Sunlight-Tech Inc. е използвала центровете за лазерна микрообработка и микрофрезоване Microlution на GF Machining Solutions за производство на части с толеранс под 1 микрон.
Водоструйното рязане заема място в областта на производството на материали.Тази статия разглежда как водните струи работят за вашия магазин и разглежда процеса.
Време на публикуване: 04 септември 2021 г