Technologia materiałowa przy użyciu maszyny waterjet

Maszyna do cięcia strumieniem wody może być używana w zakładzie przemysłowym do cięcia materiałów o grubości do 300 mm. Maszyna wykorzystująca tę technologię może być wyposażona w CNC, co znacznie zwiększa wydajność oraz rozszerza zastosowania i złożoność wykonywanych operacji.

Proces cięcia na mokro

Operacja cięcia strumieniem wody polega na skierowaniu strumienia wody pod wysokim ciśnieniem na obrabiany element, do którego dodawany jest środek tnący w postaci małych cząstek stałych skał. W celu dokładnego pozycjonowania strumienia tnącego stosuje się laser oraz specjalną głowicę prowadzącą wykonaną z litego stopu.

Operacja cięcia odbywa się za pomocą mieszanki ściernej przy użyciu specjalnej pompy, której wydajność decyduje o grubości cięcia i prędkości, z jaką obrabiany jest przedmiot. Aby kontrolować proces, na maszynie zainstalowany jest sterownik mocy, który modyfikuje grubość i prędkość obrabianego przedmiotu. Twardsze materiały traktuje się wypełniaczem trójskładnikowym, mniej odporne - mieszanką dwuskładnikową (woda + ścierniwo).

Istotną rolę w procesie technologicznym odgrywa głowica wodna, która powinna mieć parametry robocze nie mniejsze niż 4700 kg/cm2 i prędkość do 1200 m/s.

Do dokładnego pozycjonowania strumienia służą specjalne dysze, które mają różne średnice wylotu, co pozwala, poprzez zmianę głowicy, na regulację grubości cięcia. Dysze wodne wytrzymują od 60 do 100 godzin pracy, po czym należy je wymienić.

Do przygotowania mieszanki ściernej maszyna wyposażona jest w specjalną komorę mieszania, w której mieszane są różne składniki zgodnie z zadanym programem.

Do automatyzacji obróbki zastosowano jednostkę automatyki, która reguluje operację cięcia i prędkość posuwu medium tnącego oraz przeprowadza kompensację stożka za pomocą technologii Flow Dynamic Waterjet. System samodzielnie reguluje położenie głowicy przy zmianach kierunku kąta nachylenia dyszy.

Maszyny do cięcia strumieniem wody są używane do cięcia materiałów:

• stal nierdzewna;
• aluminium;
• tytan;
• granit;
• marmur;
• włókno węglowe;
• szkło

Wszystkie operacje są wykonywane z pozostawieniem gładkiego cięcia o wymaganej grubości.

Budowa maszyny do cięcia strumieniem wody

Maszyna do cięcia strumieniem wody (dostępna instalacja CNC) do operacji cięcia materiału składa się z następujących zespołów

• Przepompownia.
• Przewody zasilające.
• Koordynacja stołu z wanną chłodzącą i napędami pozycjonowania głowicy.
• Głowice tnące.
• Jednostka systemowa do dostarczania mieszanki roboczej.
• Zbiornik do gromadzenia wody.
• jednostkę sterowania operacyjnego, CNC.

Woda z sieci wodociągowej jest doprowadzana do pompy, gdzie jest sprężana i pod wysokim ciśnieniem przepływa przez przewody przyłączeniowe do głowicy tnącej. W tym samym czasie składniki ścierne są mieszane i podawane do specjalnej komory mieszania z rezerwą w minibunkrze.

Przed rozpoczęciem operacji cięcia obrabiany przedmiot jest zamocowany, a głowice tnące są pozycjonowane na współrzędnościowym stole poziomym. W procesie cięcia powstaje materiał odpadowy składający się z cząstek materiału, ścierniwa i wody, który jest umieszczany w wannie.

W celu uzyskania wysokiej precyzji cięcia głowice wyposażone są w 5-osiowy mechanizm korekcji współrzędnych:

1. X (ruch do przodu i do tyłu);
2. Y (przesunięcie w lewo i w prawo);
3. Z (przesunięcie w górę i w dół);
4. A (pozycjonowanie pochylone);
5. C (ruch okrężny wokół osi Z).

Poziom wody w zbiorniku chłodzącym jest regulowany przez proces cięcia. Nadmiar wody jest usuwany do zbiornika zbiorczego, gdzie jest oczyszczany z cząstek ściernych i szlamu.

Pompa wodna jest jednym z głównych elementów maszyny. Pompa wyposażona jest w system nurnikowy, który umożliwia sprężanie wody do wysokiego ciśnienia.

Istnieją dwa rodzaje pomp nurnikowych:

• wzmacniacz;
• bezpośrednie działanie.

Pompa bezpośredniego działania działa na zasadzie wytworzenia niskiego ciśnienia w cylindrze, z którego woda przepływa do pompy wysokociśnieniowej, gdzie wymagane ciśnienie wody jest wytwarzane przez system komór i 3 tłoków. Pompy te charakteryzują się niską ceną i wysoką sprawnością do 95%, co pozwala na uzyskanie wymaganej wysokości podnoszenia wody w instalacji do 3800 atm.

Pompy wspomagające są wykorzystywane do wytworzenia wymaganego ciśnienia roboczego dla procesu cięcia na poziomie 4150 do 6000 bar. Pompy wspomagające wytwarzają wymagane ciśnienie wody w komorze, w której tłok jest naprzemiennie napędzany przez wpływający olej o ciśnieniu 207 bar. W procesie tym powstaje ciśnienie wody, które jest 20 razy większe niż ciśnienie oleju (ze względu na różnicę powierzchni).

W celu wyrównania wysokości podnoszenia wody, system wykorzystuje specjalny zespół tłumików, który zapewnia ciągły przepływ cieczy pod wysokim ciśnieniem.

Pompy typu multiplikatorowego są konstrukcyjnie bardziej złożone i wymagają wymuszonego systemu chłodzenia mechanizmów.

Do procesu cięcia niezbędna jest czysta woda pozbawiona zanieczyszczeń, co zapewnia system uzdatniania wody, który przeprowadza procesy zmiękczania wody i usuwania z niej pierwiastków takich jak mangan, żelazo i krzem.

Aby uniknąć kolizji pomiędzy głowicami tnącymi i osiągnąć wysoką dokładność obróbki detali, na maszynie zainstalowany jest specjalny system, który zatrzymuje proces w przypadku wykrycia nierównej powierzchni. Na rurze zasilającej zainstalowane jest zabezpieczenie, połączone z czujnikiem. W przypadku kolizji, czujnik wysyła sygnał ostrzegawczy i latarka przestaje się poruszać.

Do regulacji głębokości cięcia materiału służy system stałego sterowania, który automatycznie utrzymuje niezbędną szczelinę pomiędzy głowicą tnącą a ciętym elementem.

Charakterystyka pracy i materiały eksploatacyjne

Proces cięcia strumieniem wody odbywa się pod ciśnieniem, co znacznie skraca żywotność obrabianych przedmiotów.

Żywotność części maszyn:

• rura ścierna (godziny) - 250;
• uszczelki do głowicy tnącej (godzina) - 500 szt;
• siatka współrzędnych (godz.) - 150;
• specjalna dysza wodna (godzina) - 60;
• rura podawania mieszanki (godzina) - 80;
• uszczelki multiplikatora (godz.) - 200;
• mini zbiornik (godzina) - 250;
• olej (godzina) - 2.000;
• sól do zmiękczania używanej wody - za stawkę;
• piasek ścierny - w zależności od potrzeb;
• smar - w zależności od potrzeb.

Wiodący producenci maszyn do cięcia strumieniem wody

Do najbardziej znanych producentów maszyn do cięcia strumieniem wody należą:

1. Flow (USA);
2. Water Jet Sweden (Szwecja) ;
3. Jet Edge (USA);
4. Resato (Holandia);
5. PTV (Republika Czeska);
6. Technologia Garetta (Włochy);
7. Alico (Finlandia);
8. Bystronic (Szwajcaria).

Urządzenia służące do obróbki strumieniem wody produktów:

1. Flow WMC2 CNC (USA);
2. OMAX JetMaching Center 2626 (USA);
3. Water Jet Sweden NC 1000 CNC (Szwecja);
4. Resato R-LCM 1515-1 CNC (Holandia);
5. BarsJet 1510-3.1.1 (Rosja).

W Rosji produkcja maszyn do cięcia strumieniem wody jest prowadzona przez firmę Delta-Intech z wykorzystaniem osiągnięć Stowarzyszenia Naukowo-Produkcyjnego Bars. Czytaj dalej na: http://luparki-hydrauliczne.pl