Vesilõikus võib olla lihtsam töötlemismeetod, kuid see on varustatud võimsa stantsiga ja nõuab operaatorilt teadlikkust mitme detaili kulumisest ja täpsusest.
Lihtsaim veejoa lõikamine on kõrgsurveveejoaga materjalide lõikamise protsess. See tehnoloogia täiendab tavaliselt teisi töötlemistehnoloogiaid, nagu freesimine, laser, EDM ja plasma. Veejoa protsessis ei teki kahjulikke aineid ega auru ning ei teki kuumuse mõjuala ega mehaanilist pinget. Veejoad suudavad lõigata üliõhukesi detaile kivist, klaasist ja metallist; puurida kiiresti auke titaani; lõigata toitu; ja isegi tappa patogeene jookides ja dipikastmetes.
Kõigil veejoa masinatel on pump, mis suudab vee lõikepeasse survestada, kus see muundatakse ülehelikiirusega vooluks. Pumpasid on kahte peamist tüüpi: otseülekandega pumbad ja võimenduspumbad.
Otseülekandega pumba roll on sarnane kõrgsurvepesuri omaga ning kolmesilindriline pump käitab kolme kolbi otse elektrimootorist. Maksimaalne pidev töörõhk on 10–25% madalam kui sarnastel võimenduspumpadel, kuid see hoiab neid siiski vahemikus 20 000–50 000 psi.
Võimenduspumbad moodustavad enamiku ülikõrgsurvepumpadest (st pumbad üle 30 000 psi). Need pumbad sisaldavad kahte vedelikuringlust, üks vee ja teine hüdraulika jaoks. Vee sisselaskefilter läbib kõigepealt 1-mikronise padrunfiltri ja seejärel 0,45-mikronise filtri, et imeda sisse tavalist kraanivett. See vesi siseneb võimenduspumpa. Enne võimenduspumpa sisenemist hoitakse võimenduspumba rõhku umbes 90 psi juures. Siin suurendatakse rõhku 60 000 psi-ni. Enne kui vesi lõpuks pumbaagregaadist lahkub ja torujuhtme kaudu lõikepeani jõuab, läbib vesi amortisaatori. Seade suudab rõhukõikumisi summutada, et parandada konsistentsi ja kõrvaldada impulsse, mis jätavad toorikule jälgi.
Hüdraulilises ringluses imeb elektrimootorite vahel olev elektrimootor õlipaagist õli ja survestab selle. Survestatud õli voolab kollektorisse ja kollektori klapp pritsib vaheldumisi hüdraulikaõli korpuse ja kolvi mõlemale küljele, et tekitada võimendusmehhanismi käiguliikumine. Kuna kolvi pind on korpuse omast väiksem, "suurendab" õlirõhk veesurvet.
Tõstepump on kolbpump, mis tähendab, et tihendi ja kolvi komplekt pumpab ühest küljest kõrgsurvevett, samal ajal kui teine külg on täidetud madalrõhuveega. Ringlussevõtt võimaldab hüdraulikaõlil paaki naastes jahtuda. Tagasilöögiklapp tagab, et madal- ja kõrgsurvevesi saavad voolata ainult ühes suunas. Kolvi ja tihendi komponente ümbritsevad kõrgsurvesilindrid ja otsakorgid peavad vastama erinõuetele, et taluda protsessi jõude ja pidevaid rõhutsükleid. Kogu süsteem on konstrueeritud järk-järgult rikki minema ja leke voolab spetsiaalsetesse "äravooluavadesse", mida operaator saab jälgida, et paremini planeerida regulaarset hooldust.
Spetsiaalne kõrgsurvetoru transpordib vett lõikepeasse. Toru võib pakkuda lõikepeale ka liikumisvabadust, olenevalt toru suurusest. Nende torude materjaliks on eelistatud roostevaba teras ja neid on kolmes tavalises suuruses. 1/4-tollise läbimõõduga terastorud on piisavalt painduvad spordivarustuse külge ühendamiseks, kuid neid ei soovitata kõrgsurvevee pikamaaveoks. Kuna seda toru on lihtne painutada, isegi rulliks, saab 10–20 jala pikkuse toruga saavutada X-, Y- ja Z-liikumise. Suuremad 3/8-tollised torud kannavad tavaliselt vett pumbast liikuva seadme põhja. Kuigi seda saab painutada, ei sobi see üldiselt torustiku liikumisseadmete jaoks. Suurim toru, mille mõõtmed on 9/16 tolli, sobib kõige paremini kõrgsurvevee transportimiseks pikkadel vahemaadel. Suurem läbimõõt aitab vähendada rõhukadu. Selle suurusega torud sobivad väga hästi suurte pumpadega, kuna suurel hulgal kõrgsurveveel on ka suurem potentsiaalne rõhukadu oht. Selle suurusega torusid ei saa aga painutada ja nurkadesse tuleb paigaldada liitmikud.
Puhas veejoaga lõikemasin on vanim veejoaga lõikemasin ja selle ajalugu ulatub 1970. aastate algusesse. Võrreldes materjalide kokkupuute või sissehingamisega eraldavad need materjalidele vähem vett, mistõttu sobivad need selliste toodete tootmiseks nagu autode sisustus ja ühekordsed mähkmed. Vedelik on väga vedel – läbimõõduga 0,004–0,010 tolli – ja tagab äärmiselt detailse geomeetria väga väikese materjalikaduga. Lõikejõud on äärmiselt madal ja kinnitamine on tavaliselt lihtne. Need masinad sobivad kõige paremini 24-tunniseks tööks.
Puhasveejoaga masina lõikepea valimisel on oluline meeles pidada, et voolukiiruseks loetakse rebitava materjali mikroskoopilisi fragmente või osakesi, mitte rõhku. Selle suure kiiruse saavutamiseks voolab survestatud vesi läbi väikese augu düüsi otsa kinnitatud vääriskivis (tavaliselt safiiris, rubiinis või teemandis). Tüüpilise lõikamise puhul kasutatakse ava läbimõõtu 0,004–0,010 tolli, samas kui spetsiaalsetes rakendustes (näiteks pritsbetooni puhul) saab kasutada kuni 0,10 tolli läbimõõduga avasid. 40 000 psi juures liigub ava vool kiirusega umbes Mach 2 ja 60 000 psi juures ületab vool Mach 3.
Erinevatel ehetel on veejoa lõikamise oskusteave erinev. Safiir on kõige levinum üldotstarbeline materjal. Need kestavad umbes 50–100 tundi lõikamisaega, kuigi abrasiivse veejoaga lõikamise korral see aeg poole võrra väheneb. Rubiinid ei sobi puhtaks veejoa lõikamiseks, kuid nende tekitatud veevool sobib abrasiivseks lõikamiseks väga hästi. Abrasiivse lõikamise käigus on rubiinide lõikeaeg umbes 50–100 tundi. Teemandid on palju kallimad kui safiirid ja rubiinid, kuid lõikeaeg on 800–2000 tundi. See muudab teemandi eriti sobivaks 24-tunniseks tööks. Mõnel juhul saab teemandi ava ka ultraheliga puhastada ja taaskasutada.
Abrasiivses veejoalõikusmasinas ei ole materjali eemaldamise mehhanismiks veevool ise. Vastupidi, vool kiirendab abrasiivosakesi materjali söövitama. Need masinad on tuhandeid kordi võimsamad kui puhtad veejoalõikusmasinad ja suudavad lõigata kõvasid materjale, nagu metall, kivi, komposiitmaterjalid ja keraamika.
Abrasiivne juga on suurem kui puhta vee joa juga, läbimõõduga 0,020–0,050 tolli. Need suudavad lõigata kuni 10 tolli paksuseid virnasid ja materjale ilma kuumusmõjutsoonide või mehaanilise pinge tekkimiseta. Kuigi nende tugevus on suurenenud, on abrasiivse joa lõikejõud siiski alla ühe naela. Peaaegu kõik abrasiivjoaga töötlemise toimingud kasutavad joaseadet ning neid saab hõlpsalt ühepeaga kasutamiselt mitmepeaga kasutamisele üle viia ja isegi abrasiivset veejuga saab muuta puhtaks veejoaks.
Abrasiiv on kõva, spetsiaalselt valitud ja suurusega liiv – tavaliselt granaat. Erinevate tööde jaoks sobivad erineva suurusega võrgud. Sileda pinna saab 120-meššise abrasiiviga, samas kui 80-meššised abrasiivid on osutunud üldiseks kasutamiseks sobivamaks. 50-meššise abrasiiviga on lõikekiirus suurem, kuid pind on veidi karedamaks muutunud.
Kuigi veejoaga masinaid on lihtsam käsitseda kui paljusid teisi masinaid, nõuab segamistoru operaatori tähelepanu. Selle toru kiirenduspotentsiaal on nagu vintpüssi torul, millel on erinevad suurused ja erinev vahetuse eluiga. Pikaealine segamistoru on abrasiivses veejoalõikuses revolutsiooniline innovatsioon, kuid toru on siiski väga habras – kui lõikepea puutub kokku kinnitusvahendi, raske eseme või sihtmaterjaliga, võib toru puruneda. Kahjustatud torusid ei saa parandada, seega kulude madalal hoidmiseks on vaja minimeerida vahetust. Kaasaegsetel masinatel on tavaliselt automaatne kokkupõrke tuvastamise funktsioon, et vältida kokkupõrkeid segamistoruga.
Segamistoru ja sihtmaterjali vaheline kaugus on tavaliselt 0,010–0,200 tolli, kuid operaator peab meeles pidama, et suurem kui 0,080 tolline vahe põhjustab detaili lõikeserva ülaosale härmatise teket. Veealune lõikamine ja muud tehnikad võivad seda härmatist vähendada või selle täielikult kõrvaldada.
Algselt oli segamistoru valmistatud volframkarbiidist ja selle kasutusiga oli vaid neli kuni kuus lõiketundi. Tänapäeva odavate komposiittorude lõikeiga võib ulatuda 35–60 tunnini ja neid soovitatakse jämedaks lõikamiseks või uute operaatorite koolitamiseks. Komposiit-tsementkarbiidtoru pikendab oma kasutusiga 80–90 lõiketunnini. Kvaliteetse komposiit-tsementkarbiidtoru lõikeiga on 100–150 tundi, see sobib täppis- ja igapäevaseks tööks ning sellel on kõige prognoositavam kontsentriline kulumine.
Lisaks liikumise tagamisele peavad veejoaga tööpingid sisaldama ka tooriku kinnitamise meetodit ning süsteemi töötlemistoimingutest tuleneva vee ja prahi kogumiseks ja kogumiseks.
Statsionaarsed ja ühemõõtmelised masinad on kõige lihtsamad veejoad. Statsionaarseid veejoasid kasutatakse tavaliselt lennunduses komposiitmaterjalide lõikamiseks. Operaator söödab materjali ojasse nagu lintsaag, samal ajal kui püüdja kogub oja ja prahi. Enamik statsionaarseid veejoasid on puhtad veejoad, kuid mitte kõik. Pikilõikusmasin on statsionaarse masina variant, milles tooted, näiteks paber, söödetakse läbi masina ja veejoa lõikab toote kindla laiuseks. Ristlõikusmasin on masin, mis liigub piki telge. Sageli töötavad nad koos pikilõikusmasinatega, et teha toodetele, näiteks müügiautomaatidele, näiteks küpsistele, ruudustikutaolisi mustreid. Pikilõikusmasin lõikab toote kindla laiuseks, samas kui ristilõikusmasin lõikab selle alt söödetud toodet risti.
Operaatorid ei tohiks seda tüüpi abrasiivset veejuga käsitsi kasutada. Lõigatud eset on keeruline kindla ja ühtlase kiirusega liigutada ning see on äärmiselt ohtlik. Paljud tootjad ei paku selliste seadistuste jaoks isegi masinatele hinnapakkumisi.
XY-laud, mida nimetatakse ka lamelõikusmasinaks, on kõige levinum kahemõõtmeline veejoaga lõikemasin. Puhas veejoa lõikab tihendeid, plaste, kummi ja vahtu, abrasiivmudelid aga metalle, komposiite, klaasi, kivi ja keraamikat. Tööpink võib olla nii väike kui 2 × 4 jalga või nii suur kui 30 × 100 jalga. Tavaliselt juhitakse neid tööpinke CNC või arvuti abil. Servomootorid, tavaliselt suletud tagasisideahelaga, tagavad positsiooni ja kiiruse terviklikkuse. Põhiseade sisaldab lineaarjuhikuid, laagrikorpusi ja kuulkruviajameid, samas kui sildseade sisaldab samuti neid tehnoloogiaid ja kogumispaak sisaldab materjali tuge.
XY-telje tööpinke on tavaliselt kahte tüüpi: keskmise rööpaga portaaltööpink sisaldab kahte alusjuhtsiini ja silda, konsooltööpink aga alust ja jäika silda. Mõlemal masinatüübil on mingil kujul pea kõrguse reguleerimise võimalus. See Z-telje reguleerimine võib toimuda käsitsi vända, elektrilise kruvi või täielikult programmeeritava servokruviga.
XY-töölaua imbväljak on tavaliselt veega täidetud veepaak, mis on varustatud restide või liistudega tooriku toetamiseks. Lõikeprotsess tarbib neid tuge aeglaselt. Lõikurit saab puhastada automaatselt, jäätmed hoitakse konteineris või käsitsi, kusjuures operaator kühveldab regulaarselt purki.
Kuna peaaegu ilma tasapinnata esemete osakaal suureneb, on tänapäevase veejoalõikuse jaoks hädavajalikud viie (või enama) telje võimalused. Õnneks annavad kerge lõikepea ja väike tagasilöögijõud lõikeprotsessi ajal projekteerimisinseneridele vabaduse, mida suure koormusega freesimisel pole. Viieteljelises veejoalõikuses kasutati algselt šabloonisüsteemi, kuid peagi pöördusid kasutajad programmeeritava viieteljelise poole, et šablooni maksumusest vabaneda.
Isegi spetsiaalse tarkvaraga on 3D-lõikamine keerulisem kui 2D-lõikamine. Boeing 777 komposiitmaterjalist sabaosa on äärmuslik näide. Esmalt laadib operaator programmi üles ja programmeerib painduva „pogosticki“ varda. Sildkraana transpordib detailide materjali, vedrulatt keeratakse lahti sobivale kõrgusele ja detailid fikseeritakse. Spetsiaalne mittelõikev Z-telg kasutab detaili täpseks ruumis positsioneerimiseks kontaktandurit ja proovipunkte, et saada detaili õige kõrgus ja suund. Pärast seda suunatakse programm ümber detaili tegelikule asukohale; andur tõmbub tagasi, et teha ruumi lõikepea Z-teljele; programm töötab nii, et juhib kõiki viit telge, et hoida lõikepea lõigatava pinnaga risti ja töötada vastavalt vajadusele. Liikumine täpse kiirusega.
Komposiitmaterjalide või mis tahes metalli lõikamiseks, mis on suuremad kui 0,05 tolli, on vaja abrasiive, mis tähendab, et tuleb takistada ejektoril vedruvarda ja tööriistaaluse lõikamist pärast lõikamist. Spetsiaalne punktipüüdmine on parim viis viieteljelise veejoa lõikamise saavutamiseks. Katsed on näidanud, et see tehnoloogia suudab peatada 50-hobujõulise reaktiivlennuki alla 6 tolli läbimõõduga detailide puhul. C-kujuline raam ühendab püüdja Z-telje randmega, et kuul õigesti kinni püüda, kui pea lõikab kogu detaili ümbermõõtu. Punktpüüdja peatab ka hõõrdumise ja tarbib teraskuule kiirusega umbes 0,5–1 nael tunnis. Selles süsteemis peatab juga kineetilise energia hajumise: pärast juga sisenemist püüdurisse kohtub see selles oleva teraskuuliga ja teraskuul pöörleb, et tarbida joa energiat. Isegi horisontaalselt ja (mõnel juhul) tagurpidi olles saab punktpüüdja töötada.
Kõik viieteljelised detailid ei ole võrdselt keerulised. Detaili suuruse suurenedes muutub programmi reguleerimine ning detaili asukoha ja lõiketäpsuse kontrollimine keerulisemaks. Paljud töökojad kasutavad iga päev 3D-masinaid lihtsaks 2D-lõikamiseks ja keerukaks 3D-lõikamiseks.
Operaatorid peaksid olema teadlikud, et detaili täpsuse ja masina liikumise täpsuse vahel on suur erinevus. Isegi peaaegu täiusliku täpsuse, dünaamilise liikumise, kiiruse reguleerimise ja suurepärase korduvusega masin ei pruugi olla võimeline tootma „täiuslikke“ detaile. Valmis detaili täpsus on protsessivea, masina vea (XY-jõudlus) ja tooriku stabiilsuse (kinnitus, tasapinnalisus ja temperatuuri stabiilsus) kombinatsioon.
Alla 1-tollise paksusega materjalide lõikamisel on veejoa täpsus tavaliselt vahemikus ±0,003 kuni 0,015 tolli (0,07–0,4 mm). Üle 1-tollise paksusega materjalide täpsus on vahemikus ±0,005 kuni 0,100 tolli (0,12–2,5 mm). Suure jõudlusega XY-laud on loodud lineaarseks positsioneerimistäpsuseks 0,005 tolli või rohkem.
Täpsust mõjutavate võimalike vigade hulka kuuluvad tööriista kompensatsioonivead, programmeerimisvead ja masina liikumine. Tööriista kompensatsioon on juhtimissüsteemi sisestatud väärtus, mis võtab arvesse joa lõikelaiust – st lõiketee pikkust, mida tuleb laiendada, et lõplik detail saavutaks õige suuruse. Võimalike vigade vältimiseks suure täpsusega töös peaksid operaatorid tegema proovilõikusi ja mõistma, et tööriista kompensatsiooni tuleb reguleerida vastavalt segamistoru kulumissagedusele.
Programmeerimisvead tekivad kõige sagedamini seetõttu, et mõned XY-juhtelemendid ei kuva detailprogrammis mõõtmeid, mistõttu on raske tuvastada detailprogrammi ja CAD-joonise mõõtmete mittevastavust. Masina liikumise olulised aspektid, mis võivad vigu tekitada, on mehaanilise seadme vahe ja korduvus. Servomootori reguleerimine on samuti oluline, sest vale servomootori reguleerimine võib põhjustada vigu vahede, korduvuse, vertikaalsuse ja värina osas. Väikesed osad, mille pikkus ja laius on alla 12 tolli, ei vaja nii palju XY-tabeleid kui suured osad, seega on masina liikumisvigade võimalus väiksem.
Abrasiivmaterjalid moodustavad kaks kolmandikku veejoasüsteemide tegevuskuludest. Muude kulude hulka kuuluvad elekter, vesi, õhk, tihendid, tagasilöögiklapid, avad, segamistorud, vee sisselaskefiltrid ning hüdrauliliste pumpade ja kõrgsurvesilindrite varuosad.
Täisvõimsusega töötamine tundus alguses kallim, kuid tootlikkuse kasv ületas kulud. Abrasiivmaterjali voolukiiruse suurenedes suureneb lõikekiirus ja tollihind väheneb, kuni see saavutab optimaalse punkti. Maksimaalse tootlikkuse saavutamiseks peaks operaator optimaalse kasutamise tagamiseks töötama lõikepeaga kiireimal lõikekiirusel ja maksimaalse võimsusega. Kui 100-hobujõuline süsteem suudab töötada ainult 50-hobujõulise peaga, siis kahe pea kasutamine süsteemis võib saavutada sellise efektiivsuse.
Abrasiivse vesilõikuse optimeerimine nõuab tähelepanu konkreetsele olukorrale, kuid võib pakkuda suurepärast tootlikkuse kasvu.
Suurema kui 0,020 tolli õhupilu lõikamine on ebamõistlik, sest juga avaneb pilus ja lõikab jämedalt alumisi tasandeid. Materjalilehtede tihe kokku virnastamine aitab seda vältida.
Mõõda tootlikkust tolli kohta (st süsteemi toodetud osade arv), mitte tunnihind. Tegelikult on kiire tootmine vajalik kaudsete kulude amortiseerimiseks.
Veejoad, mis sageli läbistavad komposiitmaterjale, klaasi ja kive, peaksid olema varustatud kontrolleriga, mis suudab veesurvet vähendada ja suurendada. Vaakumabi ja muud tehnoloogiad suurendavad tõenäosust, et habras või kihiline materjal on edukalt läbistatud ilma sihtmaterjali kahjustamata.
Materjalikäitluse automatiseerimine on mõttekas ainult siis, kui materjalikäitlus moodustab suure osa detailide tootmiskuludest. Abrasiivsed veejoamasinad kasutavad tavaliselt käsitsi mahalaadimist, plaatide lõikamisel aga peamiselt automatiseerimist.
Enamik veepritsisüsteeme kasutab tavalist kraanivett ja 90% veepritsi operaatoritest ei tee enne vee sisselaskefiltrisse saatmist mingeid ettevalmistusi peale vee pehmendamise. Pöördosmoosi ja deionisaatorite kasutamine vee puhastamiseks võib tunduda ahvatlev, kuid ioonide eemaldamine lihtsustab vee ioonide imamist metallidest pumpades ja kõrgsurvetorudes. See võib pikendada ava eluiga, kuid kõrgsurvesilindri, tagasilöögiklapi ja otsakatte vahetamine on palju kulukam.
Veealune lõikamine vähendab abrasiivse vesilõikuse ülaserva pinna härmatist (tuntud ka kui „udustamine“), vähendades samal ajal oluliselt joa müra ja töökoha kaost. See aga vähendab joa nähtavust, seega on soovitatav kasutada elektroonilist jõudluse jälgimist, et tuvastada kõrvalekaldeid tipptingimustest ja peatada süsteem enne komponentide kahjustumist.
Süsteemide puhul, mis kasutavad erinevate tööde jaoks erineva suurusega abrasiivsõelu, kasutage tavaliste suuruste jaoks täiendavat hoiuruumi ja mõõtmist. Väikesed (100 naela) või suured (500–2000 naela) puistematerjali transportimise ja nendega seotud mõõteventiilid võimaldavad kiiret sõelasuuruste vahetamist, vähendades seisakuid ja vaeva ning suurendades tootlikkust.
Eraldaja suudab tõhusalt lõigata materjale paksusega alla 0,3 tolli. Kuigi need kõrvad tagavad tavaliselt kraani teise lihvimise, võimaldavad need materjali kiiremat käsitsemist. Kõvematel materjalidel on väiksemad sildid.
Töödelge abrasiivse veejoaga ja kontrollige lõikesügavust. Õigete osade saamiseks võib see alles arenev protsess pakkuda veenvat alternatiivi.
Sunlight-Tech Inc. on kasutanud GF Machining Solutionsi Microlution lasermikrotöötlus- ja mikrofreesimiskeskusi detailide tootmiseks tolerantsiga alla 1 mikroni.
Veejoa lõikamine on materjalide tootmise valdkonnas oluline osa. See artikkel vaatleb, kuidas veejoad teie poes töötavad ja kuidas protsessi läbi viia.
Postituse aeg: 04.09.2021