Vannstråleskjæring kan være en enklere behandlingsmetode, men den er utstyrt med en kraftig stanse og krever at operatøren opprettholder bevisstheten om slitasjen og nøyaktigheten til flere deler.
Den enkleste vannstråleskjæringen er prosessen med å kutte høytrykksvannstråler i materialer.Denne teknologien er vanligvis komplementær til andre prosesseringsteknologier, som fresing, laser, EDM og plasma.I vannstråleprosessen dannes det ingen skadelige stoffer eller damp, og det dannes ingen varmepåvirket sone eller mekanisk påkjenning.Vannstråler kan kutte ultratynne detaljer på stein, glass og metall;raskt bore hull i titan;kuttet mat;og dreper til og med patogener i drikkevarer og dip.
Alle vannjetmaskiner har en pumpe som kan sette vannet under trykk for levering til skjærehodet, hvor det omdannes til en supersonisk strømning.Det er to hovedtyper av pumper: direktedrevbaserte pumper og boosterbaserte pumper.
Rollen til den direktedrevne pumpen ligner den til en høytrykksvasker, og den tresylindrede pumpen driver tre stempler direkte fra den elektriske motoren.Det maksimale kontinuerlige arbeidstrykket er 10 % til 25 % lavere enn tilsvarende boosterpumper, men dette holder dem fortsatt mellom 20 000 og 50 000 psi.
Forsterkerbaserte pumper utgjør flertallet av ultrahøytrykkspumper (det vil si pumper over 30 000 psi).Disse pumpene inneholder to væskekretser, en for vann og den andre for hydraulikk.Vanninntaksfilteret passerer først gjennom et 1 mikron patronfilter og deretter et 0,45 mikron filter for å suge inn vanlig vann fra springen.Dette vannet kommer inn i boosterpumpen.Før den går inn i boosterpumpen, holdes trykket til boosterpumpen på ca. 90 psi.Her økes trykket til 60.000 psi.Før vannet til slutt forlater pumpesettet og når skjærehodet gjennom rørledningen, passerer vannet gjennom støtdemperen.Enheten kan undertrykke trykksvingninger for å forbedre konsistensen og eliminere pulser som etterlater merker på arbeidsstykket.
I den hydrauliske kretsen trekker den elektriske motoren mellom de elektriske motorene olje fra oljetanken og setter den under trykk.Den trykksatte oljen strømmer til manifolden, og manifoldens ventil injiserer vekselvis hydraulikkolje på begge sider av kjeks- og stempelenheten for å generere slagvirkningen til boosteren.Siden overflaten på stempelet er mindre enn kjeksens, "øker" oljetrykket vanntrykket.
Boosteren er en stempelpumpe, noe som betyr at kjeks- og stempelenheten leverer høytrykksvann fra den ene siden av boosteren, mens lavtrykksvann fyller den andre siden.Resirkulering lar også hydraulikkoljen avkjøles når den kommer tilbake til tanken.Tilbakeslagsventilen sørger for at lavtrykks- og høytrykksvann kun kan strømme i én retning.Høytrykkssylindrene og endestykkene som omslutter stempel- og kjekskomponentene må oppfylle spesielle krav for å tåle prosessens krefter og konstante trykksykluser.Hele systemet er designet for å gradvis svikte, og lekkasje vil strømme til spesielle "dreneringshull", som kan overvåkes av operatøren for bedre å planlegge regelmessig vedlikehold.
Et spesielt høytrykksrør transporterer vannet til skjærehodet.Røret kan også gi bevegelsesfrihet for skjærehodet, avhengig av størrelsen på røret.Rustfritt stål er det valgte materialet for disse rørene, og det er tre vanlige størrelser.Stålrør med en diameter på 1/4 tomme er fleksible nok til å kobles til sportsutstyr, men anbefales ikke for langdistansetransport av høytrykksvann.Siden dette røret er lett å bøye, selv til en rull, kan en lengde på 10 til 20 fot oppnå X-, Y- og Z-bevegelse.Større 3/8-tommers rør 3/8-tommers fører vanligvis vann fra pumpen til bunnen av det bevegelige utstyret.Selv om den kan bøyes, er den vanligvis ikke egnet for rørledningsutstyr.Det største røret, som måler 9/16 tommer, er best for transport av høytrykksvann over lange avstander.En større diameter bidrar til å redusere trykktapet.Rør av denne størrelsen er svært kompatible med store pumper, fordi en stor mengde høytrykksvann også har større risiko for potensielt trykktap.Imidlertid kan rør av denne størrelsen ikke bøyes, og beslag må installeres i hjørnene.
Den rene vannstråleskjæremaskinen er den tidligste vannstråleskjæremaskinen, og historien kan spores tilbake til tidlig på 1970-tallet.Sammenlignet med kontakt eller innånding av materialer produserer de mindre vann på materialene, så de egner seg for produksjon av produkter som bilinteriør og engangsbleier.Væsken er veldig tynn - 0,004 tommer til 0,010 tommer i diameter - og gir ekstremt detaljerte geometrier med svært lite materialtap.Kuttekraften er ekstremt lav, og festingen er vanligvis enkel.Disse maskinene er best egnet for 24-timers drift.
Når du vurderer et skjærehode for en ren vannjetmaskin, er det viktig å huske at strømningshastigheten er de mikroskopiske fragmentene eller partiklene av det rivende materialet, ikke trykket.For å oppnå denne høye hastigheten strømmer trykkvann gjennom et lite hull i en perle (vanligvis en safir, rubin eller diamant) festet på enden av dysen.Typisk skjæring bruker en åpningsdiameter på 0,004 tommer til 0,010 tommer, mens spesielle applikasjoner (som spraybetong) kan bruke størrelser opp til 0,10 tommer.Ved 40 000 psi går strømmen fra åpningen med en hastighet på omtrent Mach 2, og ved 60 000 psi overstiger strømmen Mach 3.
Ulike smykker har ulik kompetanse innen vannstråleskjæring.Safir er det vanligste materialet for generell bruk.De varer i ca. 50 til 100 timer med skjæretid, selv om bruken av slipende vannstråler halverer disse tidene.Rubiner egner seg ikke til ren vannjetskjæring, men vannstrømmen de produserer egner seg veldig godt til abrasiv skjæring.I den slipende skjæreprosessen er skjæretiden for rubiner omtrent 50 til 100 timer.Diamanter er mye dyrere enn safirer og rubiner, men kuttetiden er mellom 800 og 2000 timer.Dette gjør diamanten spesielt egnet for 24-timers drift.I noen tilfeller kan diamantåpningen også rengjøres med ultralyd og gjenbrukes.
I den slipende vannstrålemaskinen er mekanismen for materialfjerning ikke selve vannstrømmen.Motsatt akselererer strømmen slipende partikler for å korrodere materialet.Disse maskinene er tusenvis av ganger kraftigere enn rene vannstråleskjæremaskiner, og kan kutte harde materialer som metall, stein, komposittmaterialer og keramikk.
Slipemiddelstrømmen er større enn den rene vannstrålestrømmen, med en diameter mellom 0,020 tommer og 0,050 tommer.De kan kutte stabler og materialer opptil 10 tommer tykke uten å skape varmepåvirkede soner eller mekanisk stress.Selv om deres styrke har økt, er skjærekraften til slipemiddelstrømmen fortsatt mindre enn ett pund.Nesten alle slipende stråleoperasjoner bruker en stråleanordning, og kan enkelt bytte fra bruk med ett hode til bruk med flere hode, og til og med den skurende vannstrålen kan konverteres til en ren vannstråle.
Slipemidlet er hardt, spesielt utvalgt og dimensjonert sand - vanligvis granat.Ulike rutenettstørrelser er egnet for forskjellige jobber.En glatt overflate kan oppnås med 120 mesh slipemidler, mens 80 mesh slipemidler har vist seg å være mer egnet for generell bruk.50 mesh slipehastighet er raskere, men overflaten er litt grovere.
Selv om vannstråler er enklere å betjene enn mange andre maskiner, krever blanderøret operatørens oppmerksomhet.Akselerasjonspotensialet til dette røret er som et rifleløp, med forskjellige størrelser og ulik erstatningslevetid.Det langvarige blanderøret er en revolusjonerende innovasjon innen abrasiv vannstråleskjæring, men røret er fortsatt veldig skjørt - hvis skjærehodet kommer i kontakt med en fikstur, en tung gjenstand eller målmaterialet, kan røret bremse.Skadede rør kan ikke repareres, så å holde kostnadene nede krever minimal utskifting.Moderne maskiner har vanligvis en automatisk kollisjonsdeteksjonsfunksjon for å forhindre kollisjoner med blanderøret.
Separasjonsavstanden mellom blanderøret og målmaterialet er vanligvis 0,010 tommer til 0,200 tommer, men operatøren må huske på at en separasjon større enn 0,080 tommer vil forårsake frosting på toppen av delens kuttekant.Undervannsskjæring og andre teknikker kan redusere eller eliminere denne frostingen.
I utgangspunktet var blanderøret laget av wolframkarbid og hadde kun en levetid på fire til seks kuttetimer.Dagens rimelige komposittrør kan nå en skjærelevetid på 35 til 60 timer og anbefales for grovkutting eller opplæring av nye operatører.Det kompositt-sementerte karbidrøret forlenger levetiden til 80 til 90 kuttetimer.Det høykvalitets kompositt-sementerte karbidrøret har en skjærelevetid på 100 til 150 timer, er egnet for presisjon og daglig arbeid, og viser den mest forutsigbare konsentriske slitasjen.
I tillegg til å gi bevegelse, må vannstrålemaskiner også inkludere en metode for å sikre arbeidsstykket og et system for oppsamling og oppsamling av vann og rusk fra maskineringsoperasjoner.
Stasjonære og endimensjonale maskiner er de enkleste vannstrålene.Stasjonære vannstråler brukes ofte i romfart for å trimme komposittmaterialer.Operatøren mater materialet inn i bekken som en båndsag, mens fangeren samler bekken og rusk.De fleste stasjonære vannstråler er rene vannstråler, men ikke alle.Spaltemaskinen er en variant av den stasjonære maskinen, der produkter som papir mates gjennom maskinen, og vannstrålen skjærer produktet i en bestemt bredde.En tverrkappemaskin er en maskin som beveger seg langs en akse.De jobber ofte med skjæremaskiner for å lage rutenettlignende mønstre på produkter som salgsautomater som brownies.Skjæremaskinen skjærer produktet i en bestemt bredde, mens tverrkappemaskinen skjærer produktet som mates under det.
Operatører bør ikke manuelt bruke denne typen slipende vannstråle.Det er vanskelig å flytte det kuttede objektet med en bestemt og jevn hastighet, og det er ekstremt farlig.Mange produsenter vil ikke engang oppgi maskiner for disse innstillingene.
XY-bordet, også kalt en flatbed-skjæremaskin, er den vanligste todimensjonale vannstråleskjæremaskinen.Rene vannstråler kutter pakninger, plast, gummi og skum, mens slipende modeller kutter metaller, kompositter, glass, stein og keramikk.Arbeidsbenken kan være så liten som 2 × 4 fot eller så stor som 30 × 100 fot.Vanligvis håndteres kontrollen av disse maskinverktøyene av CNC eller PC.Servomotorer, vanligvis med tilbakemelding med lukket sløyfe, sikrer integriteten til posisjon og hastighet.Grunnenheten inkluderer lineære føringer, lagerhus og kuleskruedrift, mens broenheten også inkluderer disse teknologiene, og oppsamlingstanken inkluderer materialstøtte.
XY-arbeidsbenker kommer vanligvis i to stiler: Gantry-arbeidsbenken med midtskinne inkluderer to basestyreskinner og en bro, mens den utkragende arbeidsbenken bruker en base og en stiv bro.Begge maskintyper inkluderer en form for høydejustering av hodet.Denne Z-akse justerbarheten kan ha form av en manuell sveiv, en elektrisk skrue eller en fullt programmerbar servoskrue.
Sumpen på XY arbeidsbenken er vanligvis en vanntank fylt med vann, som er utstyrt med rister eller lameller for å støtte arbeidsstykket.Kutteprosessen bruker disse støttene sakte.Fellen kan rengjøres automatisk, avfallet oppbevares i beholderen, eller den kan være manuell, og operatøren måker dunken jevnlig.
Ettersom andelen gjenstander som nesten ikke har flate overflater øker, er fem-akse (eller flere) evner avgjørende for moderne vannstråleskjæring.Heldigvis gir det lette kutterhodet og den lave rekylkraften under skjæreprosessen designingeniører en frihet som fresing med høy belastning ikke har.Fem-akset vannstråleskjæring brukte opprinnelig et malsystem, men brukere vendte seg snart til programmerbar fem-akse for å bli kvitt malkostnadene.
Men selv med dedikert programvare er 3D-skjæring mer komplisert enn 2D-skjæring.Den sammensatte haledelen av Boeing 777 er et ekstremt eksempel.Først laster operatøren opp programmet og programmerer det fleksible "pogostick"-personalet.Trakkkranen transporterer materialet til delene, og fjærstangen skrus av til passende høyde og delene festes.Den spesielle ikke-skjærende Z-aksen bruker en kontaktsonde for å nøyaktig posisjonere delen i rommet, og prøvepunkter for å oppnå riktig delhøyde og -retning.Etter det blir programmet omdirigert til den faktiske posisjonen til delen;sonden trekkes tilbake for å gi plass til Z-aksen til skjærehodet;programmet kjører for å kontrollere alle fem aksene for å holde skjærehodet vinkelrett på overflaten som skal kuttes, og for å operere etter behov Kjør med presis hastighet.
Det kreves slipemidler for å kutte komposittmaterialer eller metall som er større enn 0,05 tommer, noe som betyr at ejektoren må forhindres i å kutte fjærstangen og verktøysengen etter kutting.Spesiell punktfangst er den beste måten å oppnå fem-akset vannstråleskjæring.Tester har vist at denne teknologien kan stoppe et 50 hestekrefters jetfly under 6 tommer.Den C-formede rammen kobler fangeren til Z-aksens håndledd for å fange ballen riktig når hodet trimmer hele omkretsen av delen.Punktfangeren stopper også slitasje og forbruker stålkuler med en hastighet på ca. 0,5 til 1 pund per time.I dette systemet stoppes strålen av spredning av kinetisk energi: etter at strålen kommer inn i fellen, møter den den inneholdte stålkulen, og stålkulen roterer for å forbruke strålens energi.Selv når den er horisontal og (i noen tilfeller) opp ned, kan flekkfangeren fungere.
Ikke alle fem-akse deler er like komplekse.Ettersom størrelsen på delen øker, blir programjustering og verifisering av delens posisjon og skjærenøyaktighet mer komplisert.Mange butikker bruker 3D-maskiner for enkel 2D-skjæring og kompleks 3D-skjæring hver dag.
Operatører bør være klar over at det er stor forskjell mellom nøyaktighet av deler og nøyaktighet i maskinbevegelse.Selv en maskin med nesten perfekt nøyaktighet, dynamisk bevegelse, hastighetskontroll og utmerket repeterbarhet kan kanskje ikke produsere "perfekte" deler.Nøyaktigheten til den ferdige delen er en kombinasjon av prosessfeil, maskinfeil (XY-ytelse) og arbeidsstykkestabilitet (feste, flathet og temperaturstabilitet).
Når du skjærer materialer med en tykkelse på mindre enn 1 tomme, er nøyaktigheten til vannstrålen vanligvis mellom ±0,003 til 0,015 tommer (0,07 til 0,4 mm).Nøyaktigheten til materialer som er mer enn 1 tomme tykke er innenfor ±0,005 til 0,100 tommer (0,12 til 2,5 mm).Det høyytelses XY-bordet er designet for lineær posisjoneringsnøyaktighet på 0,005 tommer eller høyere.
Potensielle feil som påvirker nøyaktigheten inkluderer verktøykompensasjonsfeil, programmeringsfeil og maskinbevegelse.Verktøykompensasjon er verdien som legges inn i kontrollsystemet for å ta hensyn til skjærebredden til strålen - det vil si mengden skjærebane som må utvides for at den siste delen skal få riktig størrelse.For å unngå potensielle feil i høypresisjonsarbeid, bør operatører utføre prøvekutt og forstå at verktøykompensasjon må justeres for å matche frekvensen av blanderørslitasje.
Programmeringsfeil oppstår oftest fordi noen XY-kontroller ikke viser dimensjonene på delprogrammet, noe som gjør det vanskelig å oppdage mangelen på dimensjonsmatching mellom delprogrammet og CAD-tegningen.Viktige aspekter ved maskinbevegelse som kan introdusere feil er gapet og repeterbarheten i den mekaniske enheten.Servojustering er også viktig, fordi feil servojustering kan forårsake feil i gap, repeterbarhet, vertikalitet og skravling.Små deler med lengde og bredde mindre enn 12 tommer krever ikke like mange XY-bord som store deler, så muligheten for maskinbevegelsesfeil er mindre.
Slipemidler står for to tredjedeler av driftskostnadene til vannstrålesystemer.Andre inkluderer kraft, vann, luft, tetninger, tilbakeslagsventiler, åpninger, blanderør, vanninntaksfiltre og reservedeler for hydrauliske pumper og høytrykkssylindere.
Full kraftdrift virket dyrere til å begynne med, men økningen i produktivitet oversteg kostnadene.Når slipemiddelets strømningshastighet øker, vil skjærehastigheten øke og kostnaden per tomme vil reduseres til den når det optimale punktet.For maksimal produktivitet bør operatøren kjøre skjærehodet med den raskeste skjærehastigheten og maksimale hestekrefter for optimal bruk.Hvis et 100-hestekrefter-system bare kan kjøre et 50-hestekrefter-hode, kan det å kjøre to hoder på systemet oppnå denne effektiviteten.
Optimalisering av abrasiv vannstråleskjæring krever oppmerksomhet til den spesifikke situasjonen, men kan gi utmerket produktivitetsøkning.
Det er uklokt å kutte en luftspalte større enn 0,020 tommer fordi strålen åpner seg i gapet og grovt kutter lavere nivåer.Å stable materialarkene tett sammen kan forhindre dette.
Mål produktivitet i form av kostnad per tomme (det vil si antall deler som produseres av systemet), ikke kostnad per time.Faktisk er rask produksjon nødvendig for å amortisere indirekte kostnader.
Vannstråler som ofte gjennomborer komposittmaterialer, glass og steiner bør utstyres med en kontroller som kan redusere og øke vanntrykket.Vakuumassistanse og andre teknologier øker sannsynligheten for vellykket piercing av skjøre eller laminerte materialer uten å skade målmaterialet.
Materialhåndteringsautomatisering gir mening bare når materialhåndtering står for en stor del av produksjonskostnadene for deler.Slipende vannstrålemaskiner bruker vanligvis manuell lossing, mens plateskjæring hovedsakelig bruker automatisering.
De fleste vannstrålesystemer bruker vanlig vann fra springen, og 90 % av vannstråleoperatørene gjør ingen andre forberedelser enn å myke opp vannet før vannet sendes til innløpsfilteret.Å bruke omvendt osmose og avionisatorer for å rense vann kan være fristende, men fjerning av ioner gjør det lettere for vannet å absorbere ioner fra metaller i pumper og høytrykksrør.Det kan forlenge levetiden til åpningen, men kostnadene ved å skifte ut høytrykkssylinderen, tilbakeslagsventilen og endedekselet er mye høyere.
Undervannsskjæring reduserer overflatefrosting (også kjent som "dugging") på den øvre kanten av abrasiv vannstråleskjæring, samtidig som den reduserer jetstøy og kaos på arbeidsplassen.Dette reduserer imidlertid sikten til strålen, så det anbefales å bruke elektronisk ytelsesovervåking for å oppdage avvik fra toppforhold og stoppe systemet før skade på komponenter.
For systemer som bruker forskjellige skjermstørrelser for forskjellige jobber, vennligst bruk ekstra lagring og måling for vanlige størrelser.Små (100 lb) eller store (500 til 2000 lb) bulktransport og tilhørende doseringsventiler tillater rask veksling mellom skjermmaskestørrelser, reduserer nedetid og problemer, samtidig som produktiviteten økes.
Separatoren kan effektivt kutte materialer med en tykkelse på mindre enn 0,3 tommer.Selv om disse knastene vanligvis kan sikre en ny sliping av kranen, kan de oppnå raskere materialhåndtering.Hardere materialer vil ha mindre etiketter.
Maskin med slipende vannstråle og kontroller skjæredybden.For de riktige delene kan denne begynnende prosessen gi et overbevisende alternativ.
Sunlight-Tech Inc. har brukt GF Machining Solutions' Microlution-lasermikromaskin- og mikrofresesentre for å produsere deler med toleranser mindre enn 1 mikron.
Vannstråleskjæring inntar en plass innen materialproduksjon.Denne artikkelen ser på hvordan vannstråler fungerer for butikken din og ser på prosessen.
Innleggstid: Sep-04-2021