Waterjet cięcie może być prostszą metodą przetwarzania, ale jest wyposażona w potężny cios i wymaga od operatora utrzymania świadomości zużycia i dokładności wielu części.
Najprostszym cięciem strumienia wody jest proces cięcia wysokociśnieniowych strumieni wodnych na materiały. Technologia ta jest zwykle uzupełniająca się do innych technologii przetwarzania, takich jak frezowanie, laser, EDM i plazma. W procesie odrzutowca wodnego nie powstają szkodliwe substancje ani pary i nie powstaje strefa dotknięta ciepłem ani naprężenie mechaniczne. Jets wodny mogą wycinać ultracienne detale na kamieniu, szkła i metalu; szybko wiercić otwory w tytanie; pokroić jedzenie; a nawet zabij patogeny w napojachach i dipach.
Wszystkie maszyny WaterJet mają pompę, która może ciśnić wodę w celu dostarczenia do głowicy tnącej, gdzie jest przekształcana w przepływ naddźwiękowy. Istnieją dwa główne typy pomp: pompy oparte na napędu bezpośredniego i pompy oparte na przypominających.
Rola pompy napędowej bezpośredniej jest podobna do roli czyszcznika wysokociśnieniowego, a trójcylindrowa pompa napędza trzy pałki bezpośrednio z silnika elektrycznego. Maksymalne ciągłe ciśnienie robocze jest o 10% do 25% niższe niż podobne pompy wspomagające, ale nadal utrzymuje je między 20 000 a 50 000 psi.
Pompy oparte na intensyfikowaniu stanowią większość ultra-wysokich pomp ciśnieniowych (to znaczy pompy ponad 30 000 psi). Pompy te zawierają dwa obwody płynów, jeden dla wody, a drugi dla hydrauliki. Filtr wlotowy wody najpierw przechodzi przez filtr 1 mikronu, a następnie filtr 0,45 mikronu, aby ssać zwykłą wodę z kranu. Ta woda wchodzi do pompy wspomagającej. Przed wejściem do pompy wspomagającej ciśnienie pompy wspomagającej jest utrzymywane na około 90 psi. W tym przypadku ciśnienie wzrasta do 60 000 psi. Zanim woda w końcu opuści zestaw pompy i dotrze do głowicy cięcia przez rurociąg, woda przechodzi przez amortyzator. Urządzenie może tłumić fluktuacje ciśnienia w celu poprawy spójności i wyeliminowania impulsów, które pozostawiają ślady na przedmiot obrabiany.
W obwodzie hydraulicznym silnik elektryczny między silnikami elektrycznymi pobiera olej z zbiornika oleju i podciśla go. Olej pod ciśnieniem przepływa do kolektora, a zawór kolektora naprzemiennie wstrzykuje olej hydrauliczny po obu stronach herbatnika i zespołu tłokowego, aby wygenerować działanie udaru przypominającego. Ponieważ powierzchnia tłoka jest mniejsza niż powierzchnia herbatników, ciśnienie oleju „zwiększa” ciśnienie wody.
Booster jest pompą wzajemną, co oznacza, że herbatnik i zespół tłoka dostarcza wodę pod wysokim ciśnieniem z jednej strony wzmacniacza, podczas gdy woda o niskim ciśnieniu wypełnia drugą stronę. Recyrkulacja pozwala również ostygnąć olej hydrauliczny po powrocie do zbiornika. Zawór kontrolny zapewnia, że woda o niskim ciśnieniu i wysokim ciśnieniu może płynąć tylko w jednym kierunku. Cylindry pod wysokim ciśnieniem i czapki końcowe, które obejmują składniki tłoka i herbatników, muszą spełniać specjalne wymagania, aby wytrzymać siły procesu i cykli stałego ciśnienia. Cały system jest zaprojektowany tak, aby stopniowo zawodzi, a wyciek przepłynie do specjalnych „otworów drenażowych”, które mogą być monitorowane przez operatora w celu lepszego planowania regularnej konserwacji.
Specjalna rura pod wysokim ciśnieniem przenosi wodę do głowicy tnącej. Rura może również zapewnić swobodę ruchu dla głowicy tnącej, w zależności od wielkości rury. Stal nierdzewna jest materiałem z wyboru dla tych rur i istnieją trzy wspólne rozmiary. Rury stalowe o średnicy 1/4 cala są wystarczająco elastyczne, aby połączyć się ze sprzętem sportowym, ale nie są zalecane do transportu wody wysokiego ciśnienia na duże odległości. Ponieważ ta rurka jest łatwa do zgięcia, nawet w rolce, długość od 10 do 20 stóp może osiągnąć ruch x, y i z. Większe rurki 3/8 cala 3/8 cala zwykle przenoszą wodę z pompy do dna ruchomego sprzętu. Chociaż może być wygięty, na ogół nie nadaje się do wyposażenia ruchu rurociągu. Największa rura, mierząca 9/16 cali, jest najlepsza do transportu wody pod wysokim ciśnieniem na duże odległości. Większa średnica pomaga zmniejszyć utratę ciśnienia. Rury tej wielkości są bardzo kompatybilne z dużymi pompami, ponieważ duża ilość wody pod wysokim ciśnieniem ma również większe ryzyko potencjalnej utraty ciśnienia. Jednak rury tego rozmiaru nie mogą być wygięte, a złączki należy zainstalować w rogach.
Pure Water Jet Machine to najwcześniejsza maszyna do cięcia odrzutowca, a jej historia można prześledzić na początku lat siedemdziesiątych. W porównaniu z kontaktem lub wdychaniem materiałów wytwarzają mniej wody na materiałach, dzięki czemu są odpowiednie do produkcji produktów takich jak wnętrza samochodowe i pieluchy jednorazowe. Płyn jest bardzo cienki o średnicy 0,004 cala do 0,010 cali-i zapewnia wyjątkowo szczegółowe geometrie z bardzo małą utratą materiału. Siła tnąca jest wyjątkowo niska, a mocowanie jest zwykle proste. Maszyny te najlepiej nadają się do 24-godzinnej pracy.
Rozważając głowę do cięcia dla czystej maszyny wodnej, ważne jest, aby pamiętać, że prędkość przepływu jest mikroskopijnymi fragmentami lub cząsteczkami materiału łzowego, a nie ciśnienia. Aby osiągnąć tę dużą prędkość, woda pod ciśnieniem przepływa przez mały otwór w klejnotu (zwykle szafir, rubin lub diament) na końcu dyszy. Typowe cięcie wykorzystuje średnicę kryzy wynoszącą 0,004 cala do 0,010 cali, podczas gdy specjalne zastosowania (takie jak beton natryskowy) mogą wykorzystywać rozmiary do 0,10 cala. Przy 40 000 psi przepływ z otworu podróżuje z prędkością około Mach 2, a przy 60 000 psi przepływ przekracza Mach 3.
Różna biżuteria ma inną wiedzę specjalistyczną w zakresie cięcia Waterjet. Sapphire jest najczęstszym materiałem ogólnym. Trwają około 50 do 100 godzin czasu cięcia, chociaż ścierne zastosowanie WaterJet połówuje te czasy. Rubiny nie nadają się do czystego cięcia wodnego, ale wytwarzane przez nich przepływ wody jest bardzo odpowiednie do cięcia ściernego. W procesie cięcia ściernego czas cięcia dla rubinów wynosi około 50 do 100 godzin. Diamenty są znacznie droższe niż szafiry i rubiny, ale czas cięcia wynosi od 800 do 2000 godzin. To sprawia, że diament jest szczególnie odpowiedni do 24-godzinnej pracy. W niektórych przypadkach otwór diamentów może być również ultradźwiękowy i ponownie wykorzystywany.
W ściernej maszynie WaterJet mechanizm usuwania materiału nie jest sam przepływ wody. I odwrotnie, przepływ przyspiesza cząstki ścierne do korozji materiału. Maszyny te są tysiące razy mocniejsze niż czyste maszyny do cięcia wodnego i mogą wycinać twarde materiały, takie jak metal, kamień, materiały kompozytowe i ceramika.
Strumień ścierny jest większy niż strumień odrzutowy czystego wody o średnicy między 0,020 cali a 0,050 cali. Mogą wycinać stosy i materiały o grubości do 10 cali bez tworzenia stref dotkniętych ciepłem lub naprężeniem mechanicznym. Chociaż ich siła wzrosła, siła cięcia strumienia ściernego jest nadal mniejsza niż jeden funt. Prawie wszystkie ścierne operacje odrzutowe używają urządzenia dolośnika i mogą łatwo przełączać się z użycia jednorakiej na użycie wielowłóczenne, a nawet ścierny strumień wodny można przekształcić w czysty strumień wodny.
Ściernik ścierny jest twardy, specjalnie wybrany i rozmiar piasku, zwykle granat. Różne rozmiary siatki są odpowiednie do różnych miejsc pracy. Gładką powierzchnię można uzyskać za pomocą 120 materiałów ściernych, a 80 materiałów ściernych o siatkach okazało się bardziej odpowiednie do zastosowań ogólnego przeznaczenia. 50 siatki prędkość cięcia ściernego jest szybsza, ale powierzchnia jest nieco szorstsza.
Chociaż dysze wodne są łatwiejsze w obsłudze niż wiele innych maszyn, rurka miksująca wymaga uwagi operatora. Potencjał przyspieszenia tej rurki jest jak beczka z karabinem, o różnych rozmiarach i różnym życiu zastępczym. Długa rurka mieszająca to rewolucyjna innowacja w ściernym cięciu strumienia wody, ale rurka jest nadal bardzo delikatna-jeśli głowica tnąca styka się z urządzeniem, ciężkim obiektem lub materiałem docelowym, rurka może hamować. Uszkodzone rury nie można naprawić, więc obniżenie kosztów wymaga minimalizacji wymiany. Nowoczesne maszyny zwykle mają funkcję automatycznego wykrywania zderzenia, aby zapobiec zderzeniom z rurką miksującą.
Odległość separacji między rurką mieszającą a materiałem docelowym wynosi zwykle 0,010 cali do 0,200 cali, ale operator musi pamiętać, że separacja większa niż 0,080 cali spowoduje lukier na górnej części krawędzi części. Podwodne cięcie i inne techniki mogą zmniejszyć lub wyeliminować ten lukier.
Początkowo rurka miksująca została wykonana z węgliku wolframowego i miała jedynie żywotność od czterech do sześciu godzin cięcia. Dzisiejsze tanie rury kompozytowe mogą osiągnąć okres do cięcia od 35 do 60 godzin i są zalecane w celu uzyskania przybliżonego cięcia lub szkolenia nowych operatorów. Złożona cementowana rurka z węglikiem rozszerza żywotność usług na 80 do 90 godzin cięcia. Wysokiej jakości złożona cementowana rurka węglika ma żywotność cięcia od 100 do 150 godzin, jest odpowiednia do precyzji i codziennej pracy, i wykazuje najbardziej przewidywalne zużycie koncentryczne.
Oprócz zapewnienia ruchu, maszynowe narzędzia WaterJet muszą również zawierać metodę zabezpieczenia przedmiotu obrabianego oraz system do zbierania i zbierania wody i gruzu z operacji obróbki.
Maszyny stacjonarne i jednowymiarowe to najprostsze jamy wodne. Stacjonarne strumienie wodne są powszechnie stosowane w lotnisku do przycinania materiałów kompozytowych. Operator zasila materiał do potoku jak piła zespołu, podczas gdy łapacz zbiera potok i gruz. Większość stacjonarnych wodów to czyste jamy wodne, ale nie wszystkie. Maszyna przecinająca jest wariantem maszyny stacjonarnej, w której produkty takie jak papier są podawane przez maszynę, a strumień wodny przecina produkt do określonej szerokości. Maszyna przekrojowa to maszyna, która porusza się wzdłuż osi. Często pracują z maszynami do rozcięcia, aby tworzyć wzorce siatki na produktach, takich jak automaty, takie jak ciasteczka. Maszyna przecięcia przecina produkt do określonej szerokości, a maszyna przekrojowa przekracza produkt podawany pod nim.
Operatorzy nie powinni ręcznie wykorzystywać tego rodzaju ściernego wodnego. Trudno jest przesunąć wycięty obiekt z określoną i spójną prędkością i jest niezwykle niebezpieczny. Wielu producentów nawet nie cytuje maszyn do tych ustawień.
Stół XY, zwany również płaską maszyną do cięcia, jest najczęstszą dwuwymiarową maszyną do cięcia wodnego. Czyste odrzutowce wycinają uszczelki, tworzywa sztuczne, gumę i piankę, a modele ścierne przecinają metale, kompozyty, szkło, kamień i ceramikę. Schemat roboczy może być tak mały jak 2 × 4 stóp lub tak duży jak 30 × 100 stóp. Zwykle sterowanie tymi maszynami jest obsługiwane przez CNC lub PC. Silniki, zwykle z sprzężeniem zwrotnym w zamkniętej pętli, zapewniają integralność pozycji i prędkości. Podstawowa jednostka obejmuje przewodniki liniowe, obudowy łożyska i napędy śrubowe, a jednostka mostka obejmuje również te technologie, a zbiornik kolekcjonerski obejmuje obsługę materiałów.
Zakłady robocze XY zwykle występują w dwóch stylach: Workbente w środkowej kolejce zawiera dwie bazowe szyny prowadzące i most, a wspornik Workbench używa podstawy i sztywnego mostu. Oba typy maszyn obejmują pewną formę regulacji wysokości głowy. Ta regulacja osi Z może przybierać postać manualnej korby, śruby elektrycznej lub w pełni programowalnej śruby serwo.
Sturzba na stole warsztatowym XY to zwykle zbiornik na wodę wypełniony wodą, który jest wyposażony w kratę lub liste do obsługi przedmiotu obrabianego. Proces cięcia zużywa te wsparcie powoli. Pułapka można wyczyścić automatycznie, odpady są przechowywane w pojemniku lub mogą być ręczne, a operator regularnie przelewa puszkę.
W miarę wzrostu odsetka przedmiotów bez płaskich powierzchni, możliwości pięcioosiowych (lub więcej) jest niezbędne do nowoczesnego cięcia wodnego. Na szczęście lekka głowica nożna i niska siła odrzutu podczas procesu cięcia zapewniają inżynierów projektowania swobody, których nie ma mielenia o wysokim obciążeniu. Pięcioosiowe cięcie WaterJet początkowo wykorzystywało system szablonu, ale użytkownicy wkrótce zwrócili się do programowalnych pięcioosiowych, aby pozbyć się kosztów szablonu.
Jednak nawet przy dedykowanym oprogramowaniu cięcie 3D jest bardziej skomplikowane niż cięcie 2D. Złożona część ogona Boeing 777 jest ekstremalnym przykładem. Po pierwsze, operator przesyła program i programuje elastyczny personel „Pogostick”. Żuraw napowietrzny transportuje materiał części, a pręt sprężyny jest odkręcony na odpowiednią wysokość, a części są ustalane. Specjalna, nie docięjąca osi Z wykorzystuje sondę kontaktową do dokładnego ustawienia części w przestrzeni, a punkty próbki w celu uzyskania prawidłowego podniesienia i kierunku. Następnie program jest przekierowywany do faktycznej pozycji części; Sonda wycofuje się, aby zrobić miejsce dla osi Z głowicy tnącej; Program biegnie, aby kontrolować wszystkie pięć osi, aby głowica cięcia do cięcia do powierzchni została wycięta, i działać zgodnie z wymaganiami z precyzyjną prędkością.
Ścieżka ścierna są wymagane do cięcia materiałów kompozytowych lub dowolnego metalu większego niż 0,05 cala, co oznacza, że po cięciu należy zapobiec wycięciu pręta sprężynowego i złoża narzędzi. Specjalne przechwytywanie punktów jest najlepszym sposobem na osiągnięcie pięcioosiowego cięcia WaterJet. Testy wykazały, że ta technologia może zatrzymać samoloty odrzutowe o mocy 50 koni poniżej 6 cali. Rama w kształcie litery C łączy łapacz z nadgarstkiem osi Z, aby poprawnie złapać piłkę, gdy głowa przyciąga cały obwód części. Łapacz punktów zatrzymuje również ścieranie i zużywa stalowe kulki w tempie około 0,5 do 1 funta na godzinę. W tym systemie strumień jest zatrzymany przez dyspersję energii kinetycznej: po wejściu do pułapki spotyka się z zawartą stalową kulą, a stalowa kulka obraca się, aby zużywać energię strumienia. Nawet gdy poziomo i (w niektórych przypadkach) do góry nogami, łapacz spot może działać.
Nie wszystkie pięciosacyjne części są równie złożone. Wraz ze wzrostem wielkości części regulacja programu i weryfikacja pozycji części i dokładność cięcia stają się coraz bardziej skomplikowane. Wiele sklepów używa maszyn 3D do prostego cięcia 2D i złożonego cięcia 3D każdego dnia.
Operatorzy powinni zdawać sobie sprawę, że istnieje duża różnica między dokładnością części a dokładnością ruchu maszynowego. Nawet maszyna o prawie idealnej dokładności, dynamicznym ruchu, kontroli prędkości i doskonałej powtarzalności może nie być w stanie wytwarzać „idealnych” części. Dokładność gotowej części jest połączenie błędu procesu, błędu maszynowego (wydajność XY) i stabilności obrabiania (oprawy, płaskości i stabilności temperatury).
Podczas cięcia materiałów o grubości mniejszej niż 1 cala dokładność strumienia wody wynosi zwykle od ± 0,003 do 0,015 cala (0,07 do 0,4 mm). Dokładność materiałów o grubości większej niż 1 cala wynosi od ± 0,005 do 0,100 cali (0,12 do 2,5 mm). Wysoko wydajny tabelę XY jest przeznaczona do dokładności pozycjonowania liniowej 0,005 cala lub wyższej.
Potencjalne błędy wpływające na dokładność obejmują błędy kompensacji narzędzia, błędy programowania i ruch maszynowy. Kompensacja narzędzia to wejście wartości do systemu sterowania, aby uwzględnić szerokość cięcia odrzutowca-to znaczy ilość ścieżki cięcia, którą należy rozszerzyć, aby ostatnia część uzyskała odpowiedni rozmiar. Aby uniknąć potencjalnych błędów w pracach precyzyjnych, operatorzy powinni wykonywać cięcia próbne i zrozumieć, że kompensację narzędzia należy dostosować, aby pasować do częstotliwości zużycia rurki.
Błędy programowania najczęściej występują, ponieważ niektóre elementy sterujące XY nie wyświetlają wymiarów w programie części, co utrudnia wykrycie braku wymiarowego dopasowania między programem części a rysunkiem CAD. Ważnymi aspektami ruchu maszynowego, które mogą wprowadzać błędy, są luka i powtarzalność w jednostce mechanicznej. Ważna jest również regulacja serwomechanizmu, ponieważ niewłaściwe regulacja serwomechanizmu może powodować błędy w szczelinach, powtarzalności, pionowości i rozmowy. Małe części o długości i szerokości mniejszej niż 12 cali nie wymagają tylu tabel xy jak duże części, więc możliwość błędów ruchu maszynowego jest mniejsza.
Ścieżkalnie stanowią dwie trzecie kosztów operacyjnych systemów WaterJet. Inne obejmują energię, wodę, powietrze, uszczelki, zawory kontrolne, otwory, rurki do mieszania, filtry wlotowe i części zamienne do pomp hydraulicznych i cylindrów wysokiego ciśnienia.
Początkowo działanie pełnej energii wydawało się droższe, ale wzrost wydajności przekroczył koszt. Wraz ze wzrostem prędkości przepływu ściernego prędkość cięcia wzrośnie, a koszt na cal spadnie, aż osiągnie optymalny punkt. Aby uzyskać maksymalną wydajność, operator powinien uruchomić głowicę cięcia z najszybszą prędkością cięcia i maksymalną moc do optymalnego zastosowania. Jeśli system o mocy 100 koni mechanicznych może uruchomić tylko głowicę o mocy 50 koni mechanicznych, wówczas uruchomienie dwóch głów w systemie może osiągnąć tę wydajność.
Optymalizacja ściernego cięcia wodnego wymaga uwagi na konkretną sytuację, ale może zapewnić doskonały wzrost wydajności.
Nie nierozsądne jest wycięcie luki powietrznej większej niż 0,020 cali, ponieważ strumień otwiera się w szczelinie i z grubsza obniża niższe poziomy. Umieszczenie arkuszy materiałowych może temu zapobiec.
Zmierz wydajność pod względem kosztu na cal (to znaczy liczba części wytwarzanych przez system), a nie koszt na godzinę. W rzeczywistości konieczna jest szybka produkcja do amortyzacji kosztów pośredniej.
WaterJets, które często przebijają materiały kompozytowe, szkło i kamienie, powinny być wyposażone w kontroler, który może zmniejszyć i zwiększyć ciśnienie wody. Pomoc próżniowa i inne technologie zwiększają prawdopodobieństwo pomyślnego przeszywania kruchych lub laminowanych materiałów bez uszkodzenia materiału docelowego.
Automatyzacja obsługi materiałów ma sens tylko wtedy, gdy obsługa materiałów stanowi dużą część kosztów produkcji części. Ścierne maszyny WaterJet zwykle używają ręcznego rozładunku, a cięcie płytki wykorzystuje głównie automatyzację.
Większość systemów WaterJet wykorzystuje zwykłą wodę z kranu, a 90% operatorów WaterJet nie przygotowuje żadnych preparatów niż zmiękczenie wody przed wysłaniem wody do filtra wlotowego. Używanie odwróconej osmozy i dejonizatorów do oczyszczania wody może być kuszące, ale usuwanie jonów ułatwia wchłanianie jonów z metali w pompach i rur pod wysokim ciśnieniem. Może przedłużyć żywotność otworu, ale koszt wymiany cylindra wysokiego ciśnienia, zaworu kontrolnego i pokrycia końcowego jest znacznie wyższy.
Podwodne cięcie zmniejsza lukier powierzchniowy (znany również jako „fogging”) na górnej krawędzi ściernego cięcia wodnego, jednocześnie znacznie zmniejszając hałas strumieniowy i chaos w miejscu pracy. Zmniejsza to jednak widoczność strumienia, dlatego zaleca się zastosowanie elektronicznego monitorowania wydajności w celu wykrywania odchyleń od warunków szczytowych i zatrzymania systemu przed jakimkolwiek uszkodzeniem komponentu.
W przypadku systemów wykorzystujących różne rozmiary ekranu ściernego do różnych zadań, użyj dodatkowego przechowywania i pomiaru dla wspólnych rozmiarów. Małe (100 funtów) lub duże (500 do 2000 funtów) przenoszenie masowe i powiązane zawory pomiarowe umożliwiają szybkie przełączanie między rozmiarem siatki ekranu, skracanie przestojów i kłopotów, jednocześnie zwiększając wydajność.
Separator może skutecznie wycinać materiały o grubości mniejszej niż 0,3 cala. Chociaż występy te mogą zwykle zapewnić drugie szlifowanie kranu, mogą osiągnąć szybszą obsługę materiałów. Twarde materiały będą miały mniejsze etykiety.
Maszyna z ściernym strumieniem wody i kontroluj głębokość cięcia. W przypadku odpowiednich części ten powstający proces może stanowić atrakcyjną alternatywę.
Sunlight-Tech Inc. wykorzystał centra mikromocykliczne i mikromillingowe roztwory obróbki GF do wytwarzania części o tolerancjach mniejszych niż 1 mikronach.
Waterjet Cuting zajmuje miejsce w dziedzinie produkcji materiałów. W tym artykule dotyczy tego, jak WaterJets działają dla Twojego sklepu i patrzy na ten proces.
Czas po: 04-2021 września