Powszechnie stosowane procesy separacji materiałów z wykorzystaniem łuku plazmowego mają swoje ograniczenia. Łuk elektryczny jest bardzo niestabilny: podczas pracy z metalami o dużej przewodności elektrycznej (miedź, mosiądz) często dochodzi do nadtopienia krawędzi bocznych. Gazy, które są produktami ubocznymi cięcia plazmowego, wymagają dodatkowych środków ochrony środowiska w obszarze cięcia. Materiały dielektryczne (szkło, kamień itp.) nie mogą być w ogóle cięte plazmą. W takich sytuacjach nie ma alternatywy dla procesów cięcia strumieniem wody. W tej grupie technik bardzo popularne stało się cięcie strumieniem wody.
Istota metody i warianty praktycznej realizacji
Rozdzielanie materiałów przy cięciu hydraulicznym następuje w wyniku oddziaływania na powierzchnię przekroju wąsko ukierunkowanego strumienia cieczy - wody - o wysokim ciśnieniu. W celu zintensyfikowania procesu do strefy technologicznej może być jednocześnie podawany drobnoziarnisty środek ścierny (w tym celu najczęściej stosuje się różne rodzaje piasku). Te dwa strumienie tworzą razem bardzo twardy strumień, którego ciśnienie (ze względu na zwiększoną prędkość ruchu) przekracza wytrzymałość na rozciąganie ciętego materiału. Jeżeli głowica narzędziowa, w której zachodzą wszystkie opisane powyżej procesy mechaniczne, jest przesuwana po określonej trajektorii, można uzyskać bardzo złożone konfiguracje konturów z zachowaniem wymaganej jakości i dokładności.
Więcej o piasku granatowym do cięcia strumieniem wody
Cięcie strumieniem wody metalu odbywa się przy następujących parametrach pracy:
- Ciśnienie - 2000-5000 at (niższe wartości są dla bardziej miękkich, przeważnie cienkich materiałów).
- Prędkość przepływu wody - do 1000-1200 m/s.
- Przepływ ścierniwa wynosi do 50 g/s.
- Średnia wielkość cząstek ściernych - 100-600 µm (wraz ze wzrostem tego parametru maleje dokładność separacji materiałów).
- Zużycie wody wynosi do 4 litrów/minutę.
- Obróbka strumieniowo-ścierna na mokro jest przeprowadzana w następującej kolejności. Materiał, który ma być cięty, jest umieszczany w wannie wypełnionej wodą i ustalany w trzech współrzędnych względem głowicy narzędzia. Można to zrobić we własnym zakresie na niezautomatyzowanej maszynie lub na sprzęcie CNC przy użyciu wstępnie skonfigurowanego programu separacji materiału.
Następnie głowica narzędziowa jest opuszczana do wanny, po czym włączany jest intensywny dopływ wody o odpowiedniej prędkości i ciśnieniu. Ciecz, przechodząc przez dyszę tnącą, miesza się tam ze stycznie podawanym strumieniem ściernym. Obie strugi mieszają się i są kierowane przez kryzę w dolnej części dyszy na powierzchnię materiału, który ma być oddzielony. Ręcznie lub programowo, dysze są zbliżane do siebie, powodując gwałtowny wzrost ciśnienia strumienia, co skutkuje pęknięciem krawędzi wymiarowych.
Cząstki materiału są wciągane do powstałej w ten sposób szczeliny i tracąc prędkość są transportowane na dno koryta, skąd są wypompowywane przez specjalną pompę, która jest zintegrowana z konstrukcją maszyny. Proces pompowania oddziela frakcję ścierną od wody, która jest następnie filtrowana i suszona. Dzięki dużej pojemności zbiornika na wodę, cięcie strumieniem wody może odbywać się w sposób ciągły i z większą prędkością.
Wanna maszyny do cięcia strumieniem wody pełni dwie funkcje:
- Redukuje poziom hałasu podczas cięcia (do 78-80 dB w porównaniu do 130-140 dB w przypadku śrutowania poza wodą);
- Tłumi energię i prędkość strumienia wody.
Konstrukcja dyszy GAP do cięcia czystą wodą
Budowa dyszy do cięcia wodą i ścierniwem
Zdolność procesowa
Omawiana technologia jest w takich przypadkach bardzo skuteczna:
- Do materiałów dielektrycznych i przewodzących wykonanych z metali nieżelaznych i stopów na bazie miedzi. Dzieje się tak, ponieważ przewodność elektryczna stopów miedzi uniemożliwia użycie łuku elektrycznego lub lasera do cięcia.
- Jeżeli trzeba oddzielić bardzo grube elementy o długości do 250-300 mm: w tym przypadku krawędź jest zawsze topiona podczas cięcia łukiem plazmowym.
- Aby osiągnąć odpowiednią dokładność interfejsu: przy właściwym doborze procesu, chropowatość krawędzi wynosi od Ra 0,5 do Ra 1,25, co jest znacznie lepsze niż w przypadku jakiegokolwiek innego procesu wysokoenergetycznego.
- Niedopuszczalne wypaczanie się gotowego produktu, które jest nieuniknione w przypadku każdej z technologii cięcia termicznego.
Cięcie metali strumieniem wody ma swoje ograniczenia, dlatego technologia ta jest opracowywana z myślą o takich możliwościach, szczególnie w zakresie grubości:
- Dla metali nieżelaznych i stopów oraz stali nierdzewnej nie więcej niż 120-150 mm;
- Dla tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknem węglowym, materiałów kompozytowych - nie więcej niż 150-200 mm;
- Dla kamienia sztucznego i naturalnego (marmur, granit, bazalt, itp.) nie więcej niż 270-300 mm.
Przy opracowywaniu technologii należy wziąć pod uwagę, że przewodzący materiały o stosunkowo niewielkiej grubości (5-10 mm) strumień, wytwarzany przez jednostkę roboczą, źle tnie: występuje zauważalny pobór mocy, przy wydajności porównywalnej do obróbki plazmowej lub laserowej. Nie oznacza to jednak, że technologia ta nie nadaje się do cięcia cienkich płyt lub arkuszy; w tym przypadku strumień ścierny jest wyłączany, a separacja odbywa się bezpośrednio przez strumień wody. W rezultacie nie ma ogrzewania powierzchni, a to pozwala uniknąć tworzenia się zgorzeliny, topnienia interfejsu w wysokiej temperaturze i innych wad, które są wspólne dla wszystkich technik separacji termicznej.
Urządzenia do cięcia strumieniem wody
Maszyna do cięcia strumieniem wody jest złożonym i energochłonnym urządzeniem, które zawiera te komponenty:
- Głowica narzędziowa wyposażona w funkcję obracania palnika pod pewnym kątem, co pozwala na obróbkę powierzchni o skomplikowanej konfiguracji z określoną prędkością.
- Agregat pompowy do wody z systemem filtracji wody.
- Stacja sprężarek z podawaniem frakcji ściernych pod ciśnieniem.
- Stół roboczy z trójwspółrzędnym urządzeniem pozycjonującym (w przypadku małych urządzeń pracę tę wykonuje sam operator maszyny).
- Zbiornik na wodę, który konstrukcyjnie połączony jest z łożem maszyny.
- Pojemniki na wodę i ścierniwo.
- Jednostka sterująca CNC, lub konsola do ręcznego pozycjonowania detalu własnymi rękami.
Najbardziej popularne są przecinarki wodno-ścierne włoskiej firmy WaterJet Co. Inc. produkująca urządzenia typu konsolowego i bramowego. Pierwszy typ przeznaczony jest do cięcia produktów o stosunkowo niewielkich rozmiarach, drugi typ, który wyróżnia się zwiększoną dokładnością i sztywnością, nadaje się do obróbki przedmiotów o dużej grubości.
WaterJet Corp. Inc produkuje nie tylko same agregaty, ale również urządzenia pompujące do nich. Brama firmy wyposażona jest w automatyczne pozycjonowanie, a jednocześnie umożliwia rozdzielanie różnych materiałów, nie tylko pod względem składu chemicznego, ale również grubości, co jest w zasadzie niemożliwe w przypadku urządzeń do cięcia termicznego.
Wniosek
Cięcie strumieniem wody jest w wielu sytuacjach jedynym sposobem na uzyskanie elementów przestrzennych. Tylko rozważana technologia może dokonać separacji prawie bez ogrzewania przedmiotu obrabianego (maksymalny wzrost temperatury krawędzi wynosi 600 ° C, a podczas przetwarzania w zbiorniku wody jest jeszcze mniej). Dzięki takim urządzeniom możliwe jest oddzielenie grubych arkuszy szkła, ceramiki, twardych stopów - materiałów bardzo wrażliwych na podwyższoną temperaturę. Dobra jakość efektu końcowego eliminuje konieczność wykonywania kolejnych przejść, a bardzo mała grubość strumienia do 0,8 mm minimalizuje straty materiału. Wysokie ciśnienie powstające w strefie podziału nie powoduje naprężeń szczątkowych w obrabianym przedmiocie i przyczynia się do późniejszego zwiększenia jego żywotności. Więcej na: http://luparki-hydrauliczne.pl
