Veejoaga lõikamine võib olla lihtsam töötlemismeetod, kuid see on varustatud võimsa stantsiga ja nõuab, et operaator oleks teadlik mitme osa kulumisest ja täpsusest.
Lihtsaim veejoaga lõikamine on kõrgsurve veejuga materjalideks lõikamise protsess. See tehnoloogia täiendab tavaliselt teisi töötlemistehnoloogiaid, nagu freesimine, laser, elektromagnetiline töötlus ja plasma. Veejoaprotsessis ei teki kahjulikke aineid ega auru, ei teki kuumusest mõjutatud tsooni ega mehaanilist pinget. Veejoaga saab lõigata üliõhukesi detaile kivile, klaasile ja metallile; puurida kiiresti titaani augud; lõika toitu; ja isegi tapavad patogeenid jookides ja jookides.
Kõikidel veejoaga masinatel on pump, mis suudab survestada vett, et see jõuaks lõikepeasse, kus see muundatakse ülehelikiiruseks. Pumbaid on kahte peamist tüüpi: otseajamiga pumbad ja võimenduspumbad.
Otseajamiga pumba roll sarnaneb kõrgsurvepesuri omaga ning kolmesilindriline pump ajab kolme kolvi otse elektrimootorilt. Maksimaalne pidev töörõhk on 10% kuni 25% madalam kui sarnastel võimenduspumpadel, kuid see hoiab need siiski vahemikus 20 000 kuni 50 000 psi.
Võimendipõhised pumbad moodustavad enamiku ülikõrgsurvepumpadest (st pumbad, mille rõhk on üle 30 000 psi). Need pumbad sisaldavad kahte vedeliku vooluringi, üks vee ja teine hüdraulika jaoks. Vee sisselaskefilter läbib esmalt 1-mikronilise kassettfiltri ja seejärel 0,45-mikronilise filtri, et imeda tavalist kraanivett. See vesi siseneb võimenduspumpa. Enne kui see siseneb rõhutõstepumpa, hoitakse selle rõhk umbes 90 psi juures. Siin suurendatakse rõhku 60 000 psi-ni. Enne kui vesi lõpuks pumbaagregaadist lahkub ja torujuhtme kaudu lõikepeani jõuab, läbib vesi amortisaatorit. Seade suudab rõhukõikumisi maha suruda, et parandada konsistentsi ja kõrvaldada impulsid, mis toorikule jälgi jätavad.
Hüdraulilises ahelas tõmbab elektrimootorite vahel asuv elektrimootor õlipaagist õli ja paneb selle surve alla. Surve all olev õli voolab kollektorisse ja kollektori klapp süstib vaheldumisi hüdroõli küpsise- ja kolvisõlme mõlemale küljele, et tekitada võimendi käigutegevus. Kuna kolvi pind on biskviidi omast väiksem, siis õlirõhk “tõstab” veesurvet.
Võimendi on edasi-tagasi liikuv pump, mis tähendab, et küpsise ja kolvi koost väljastab kõrgsurvevett ühelt võimendi küljelt, samal ajal kui madalsurve vesi täidab teise poole. Retsirkulatsioon võimaldab ka hüdroõlil jahtuda, kui see paaki naaseb. Tagasilöögiklapp tagab, et madal- ja kõrgsurvevesi saavad voolata ainult ühes suunas. Kõrgsurve silindrid ja otsakorgid, mis kapseldavad kolvi ja küpsise komponente, peavad vastama erinõuetele, et taluda protsessist tulenevaid jõude ja pidevaid rõhutsükliid. Kogu süsteem on kavandatud järk-järgult üles ütlema ja leke voolab spetsiaalsetesse "äravooluavadesse", mida operaator saab jälgida, et regulaarset hooldust paremini ajastada.
Spetsiaalne kõrgsurvetoru transpordib vee lõikepeani. Toru võib anda ka lõikepea liikumisvabaduse, olenevalt toru suurusest. Nende torude jaoks on valitud materjal roostevaba teras ja neid on kolm levinumat suurust. Terastorud läbimõõduga 1/4 tolli on piisavalt paindlikud, et ühendada spordivarustusega, kuid neid ei soovitata kõrgsurvevee pikamaatranspordiks. Kuna seda toru on lihtne isegi rulliks painutada, saab 10–20 jala pikkusega saavutada X-, Y- ja Z-liikumise. Suuremad 3/8-tollised torud 3/8-tollised kannavad tavaliselt vett pumbast liikuva seadme põhja. Kuigi seda saab painutada, ei sobi see üldiselt torujuhtme liikumisseadmete jaoks. Suurim toru, mõõtmetega 9/16 tolli, sobib kõige paremini kõrgsurvevee transportimiseks pikkade vahemaade taha. Suurem läbimõõt aitab vähendada rõhukadu. Sellise suurusega torud sobivad väga hästi kokku suurte pumpadega, sest suurel hulgal kõrgsurvevett on ka suurem oht võimalikuks rõhukadudeks. Sellise suurusega torusid ei saa aga painutada ja nurkadesse tuleb paigaldada liitmikud.
Puhta veejoaga lõikemasin on varaseim veejoaga lõikamismasin ja selle ajalugu võib jälgida 1970. aastate algusest. Võrreldes materjalidega kokkupuutumise või sissehingamisega tekitavad need materjalidele vähem vett, seega sobivad need selliste toodete tootmiseks nagu autosisustus ja ühekordsed mähkmed. Vedelik on väga õhuke – läbimõõduga 0,004–0,010 tolli – ja see annab äärmiselt detailse geomeetria väga väikese materjalikaoga. Lõikejõud on äärmiselt väike ja kinnitamine on tavaliselt lihtne. Need masinad sobivad kõige paremini 24-tunniseks tööks.
Puhta veejoaga masina lõikepea valimisel on oluline meeles pidada, et voolukiirus on rebiva materjali mikroskoopilised killud või osakesed, mitte rõhk. Selle suure kiiruse saavutamiseks voolab survevesi läbi väikese augu kalliskivis (tavaliselt safiir, rubiin või teemant), mis on kinnitatud düüsi otsa. Tüüpiline lõikamine kasutab ava läbimõõtu 0,004 tolli kuni 0,010 tolli, samas kui erirakendustes (nt pihustatud betoon) saab kasutada kuni 0,10 tolli suurusi. 40 000 psi juures liigub avast väljuv vool kiirusega umbes 2 Machi ja 60 000 psi juures ületab vool 3 Machi.
Erinevatel ehetel on vesilõikamisel erinevad teadmised. Safiir on kõige levinum üldotstarbeline materjal. Need kestavad umbes 50–100 tundi lõikamisaega, kuigi abrasiivse veejoaga pealekandmine lühendab neid aegu poole võrra. Rubiinid ei sobi puhtaks veejoaga lõikamiseks, kuid nende toodetav veevool on väga sobiv abrasiivseks lõikamiseks. Abrasiivse lõikamise protsessis on rubiinide lõikamisaeg umbes 50 kuni 100 tundi. Teemandid on palju kallimad kui safiirid ja rubiinid, kuid lõikeaeg jääb 800 ja 2000 tunni vahele. See muudab teemandi eriti sobivaks 24-tunniseks tööks. Mõnel juhul saab teemandiava ka ultraheliga puhastada ja uuesti kasutada.
Abrasiivses veejoaga masinas ei ole materjali eemaldamise mehhanism veevool ise. Vastupidi, vool kiirendab abrasiivseid osakesi, et materjal korrodeeruda. Need masinad on tuhandeid kordi võimsamad kui puhtad veejoaga lõikemasinad ja suudavad lõigata kõvasid materjale, nagu metall, kivi, komposiitmaterjalid ja keraamika.
Abrasiivvoog on suurem kui puhta veejoa läbimõõt 0,020–0,050 tolli. Nad saavad lõigata kuni 10 tolli paksuseid virnasid ja materjale ilma kuumusest mõjutatud tsoone või mehaanilist pinget tekitamata. Kuigi nende tugevus on suurenenud, on abrasiivse voolu lõikamisjõud siiski alla ühe naela. Peaaegu kõik abrasiivsed pihustustoimingud kasutavad pihustusseadet ja neid saab hõlpsasti lülituda ühe peaga kasutamiselt mitme peaga kasutamisele ning isegi abrasiivse veejoa saab muuta puhta veejoaks.
Abrasiiviks on kõva, spetsiaalselt valitud ja sobiva suurusega liiv – tavaliselt granaat. Erinevate tööde jaoks sobivad erineva suurusega võre. Sileda pinna saab saavutada 120 võrgusilma abrasiiviga, samas kui 80 võrgusilmaga abrasiivid on osutunud sobivamaks üldotstarbelisteks rakendusteks. 50-silmaline abrasiivne lõikekiirus on kiirem, kuid pind on veidi karedam.
Kuigi veejugasid on lihtsam kasutada kui paljusid teisi masinaid, nõuab segamistoru operaatori tähelepanu. Selle toru kiirenduspotentsiaal on nagu püssitoru, erineva suuruse ja erineva asenduseaga. Kauakestev segamistoru on revolutsiooniline uuendus abrasiivses veejoaga lõikamises, kuid toru on siiski väga habras – kui lõikepea puutub kokku rakise, raske eseme või sihtmaterjaliga, võib toru pidurdada. Kahjustatud torusid ei saa parandada, seega tuleb kulude madalal hoidmiseks minimeerida väljavahetamist. Tänapäevastel masinatel on tavaliselt automaatne kokkupõrke tuvastamise funktsioon, et vältida kokkupõrkeid segamistoruga.
Segamistoru ja sihtmaterjali vaheline kaugus on tavaliselt 0,010 tolli kuni 0,200 tolli, kuid operaator peab meeles pidama, et suurem kui 0,080 tolli kaugus põhjustab detaili lõikeserva ülaosas jäätumist. Veealune lõikamine ja muud tehnikad võivad seda härmatist vähendada või kõrvaldada.
Algselt valmistati segamistoru volframkarbiidist ja selle kasutusiga oli vaid neli kuni kuus lõiketundi. Tänapäeva odavate komposiittorude lõikamisiga võib ulatuda 35–60 tunnini ja neid soovitatakse töötlemata lõikamiseks või uute operaatorite koolitamiseks. Komposiitkarbiidtoru pikendab selle kasutusiga 80–90 lõiketunnini. Kvaliteetse tsementeeritud karbiidtoru komposiittoru 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 töödeldava detaili kinnitamise meetodit ning süsteemi töötlemistoimingutest tekkinud vee ja prahi kogumiseks ja kogumiseks.
Statsionaarsed ja ühemõõtmelised masinad on kõige lihtsamad veejoad. Lennunduses kasutatakse komposiitmaterjalide trimmimiseks tavaliselt statsionaarseid veejugasid. Operaator söödab materjali ojasse nagu lintsaag, püüdja aga kogub oja ja prahi kokku. Enamik statsionaarseid veejugasid on puhtad veejoad, kuid mitte kõik. Lõikamismasin on statsionaarse masina variant, milles tooted, näiteks paber, juhitakse läbi masina ja veejuga lõikab toote kindlasse laiusesse. Ristlõikepink on masin, mis liigub mööda telge. Sageli töötavad nad lõikamismasinatega, et luua ruudustikutaolisi mustreid sellistele toodetele nagu müügiautomaadid, näiteks küpsised. Lõikemasin lõikab toote kindlale laiusele, ristlõikamismasin aga selle alla söödetud toote risti.
Operaator ei tohiks seda tüüpi abrasiivset veejuga käsitsi kasutada. Lõigatud objekti on raske kindla ja ühtlase kiirusega liigutada ning see on äärmiselt ohtlik. Paljud tootjad ei paku nende seadete jaoks isegi masinaid.
XY laud, mida nimetatakse ka tasapinnaliseks lõikemasinaks, on kõige levinum kahemõõtmeline veejoaga lõikemasin. Puhta veejoad lõikavad tihendeid, plastmassi, kummi ja vahtu, abrasiivsed mudelid aga metalle, komposiite, klaasi, kivi ja keraamikat. Töölaud võib olla nii väike kui 2 × 4 jalga või kuni 30 × 100 jalga. Tavaliselt juhib neid tööpinke CNC või PC. Servomootorid, tavaliselt suletud ahela tagasisidega, tagavad asendi ja kiiruse terviklikkuse. Põhiseadmesse kuuluvad lineaarsed juhikud, laagrikorpused ja kuulkruviajamid, sillaüksus sisaldab ka neid tehnoloogiaid ning kogumismahuti materjalitugi.
XY-tööpinke on tavaliselt kahte tüüpi: keskmise siiniga pukk-töölaud sisaldab kahte aluse juhtsiinid ja silda, konsoolsel töölaual aga alust ja jäika silda. Mõlemal masinatüübil on pea kõrguse reguleeritavus. See Z-telje reguleeritavus võib toimuda käsitsi vända, elektrilise kruvi või täielikult programmeeritava servokruvi kujul.
XY töölaual olev süvend on tavaliselt veega täidetud veepaak, mis on varustatud restide või liistudega töödeldava detaili toetamiseks. Lõikamisprotsess kulutab neid tugesid aeglaselt. Püünist saab puhastada automaatselt, jäätmed ladustatakse konteinerisse või käsitsi ning operaator kühveldab purki regulaarselt.
Kuna peaaegu lamedate pindadeta esemete osakaal suureneb, on viieteljelised (või enama) võimalused kaasaegse veejoaga lõikamise jaoks hädavajalikud. Õnneks annavad kerge lõikepea ja lõikeprotsessi ajal väike tagasilöögijõud projekteerimisinseneridele vabaduse, mida suure koormusega freesimisel ei ole. Viieteljeline vesilõikamine kasutas algselt mallisüsteemi, kuid kasutajad pöördusid peagi programmeeritava viietelje poole, et malli maksumusest vabaneda.
Kuid isegi spetsiaalse tarkvaraga on 3D lõikamine keerulisem kui 2D lõikamine. Boeing 777 komposiit sabaosa on äärmuslik näide. Esiteks laadib operaator programmi üles ja programmeerib paindliku “pogosticki” personali. Rippkraana transpordib detailide materjali ning vedrulatt keeratakse sobivale kõrgusele maha ja osad kinnitatakse. Spetsiaalne mittelõikev Z-telg kasutab detaili täpseks ruumis positsioneerimiseks kontaktandurit ja osa õige kõrguse ja suuna saamiseks proovipunkte. Pärast seda suunatakse programm detaili tegelikku asukohta; sond tõmbub sisse, et teha ruumi lõikepea Z-teljele; programm töötab kõigi viie telje juhtimiseks, et hoida lõikepead lõigatava pinnaga risti ja töötada vastavalt vajadusele Sõitke täpse kiirusega.
Abrasiive on vaja komposiitmaterjalide või mis tahes metalli lõikamiseks, mis on suurem kui 0,05 tolli, mis tähendab, et ejektoril tuleb pärast lõikamist takistada vedruvarda ja tööriistapõhja lõikamist. Spetsiaalne punktide püüdmine on parim viis viieteljelise veejoaga lõikamise saavutamiseks. Katsed on näidanud, et see tehnoloogia suudab peatada 50-hobujõulise reaktiivlennuki, mille kõrgus on alla 6 tolli. C-kujuline raam ühendab püüdja Z-telje randmega, et pall õigesti kinni püüda, kui pea trimmib kogu detaili ümbermõõtu. Punktipüüdja peatab ka hõõrdumise ja tarbib teraskuule kiirusega umbes 0,5–1 naela tunnis. Selles süsteemis peatab juga kineetilise energia hajumine: pärast seda, kui joa siseneb lõksu, kohtub see selles sisalduva teraskuuliga ja teraskuul pöörleb, et tarbida joa energiat. Isegi horisontaalselt ja (mõnel juhul) tagurpidi, võib kohapüüdja töötada.
Kõik viieteljelised osad pole võrdselt keerulised. Detaili suuruse kasvades muutub programmi reguleerimine ning detaili asukoha ja lõiketäpsuse kontrollimine keerulisemaks. Paljud kauplused kasutavad iga päev 3D-masinaid lihtsaks 2D-lõikamiseks ja keerukaks 3D-lõikamiseks.
Operaatorid peaksid teadma, et osade täpsusel ja masina liikumise täpsusel on suur erinevus. Isegi peaaegu täiusliku täpsuse, dünaamilise liikumise, kiiruse reguleerimise ja suurepärase korratavusega masin ei pruugi olla võimeline tootma "täiuslikke" osi. Valmis detaili täpsus on kombinatsioon protsessiveast, masina veast (XY jõudlus) ja tooriku stabiilsusest (kinnitus, tasapinnalisus ja temperatuuri stabiilsus).
Alla 1 tolli paksuste materjalide lõikamisel on veejoa täpsus tavaliselt vahemikus ±0,003–0,015 tolli (0,07–0,4 mm). Üle 1 tolli paksuste materjalide täpsus on ±0,005–0,100 tolli (0,12–2,5 mm). Suure jõudlusega XY laud on loodud lineaarse positsioneerimise täpsusega 0,005 tolli või rohkem.
Võimalikud vead, mis mõjutavad täpsust, hõlmavad tööriista kompenseerimise vigu, programmeerimisvigu ja masina liikumist. Tööriista kompenseerimine on väärtus, mis sisestatakse juhtimissüsteemi, et võtta arvesse joa lõikelaiust, st lõiketee pikkust, mida tuleb laiendada, et lõpposa saaks õige suuruse. Võimalike vigade vältimiseks suure täpsusega töös peaksid operaatorid tegema proovilõikeid ja mõistma, et tööriista kompensatsiooni tuleb reguleerida nii, et see vastaks segamistoru kulumise sagedusele.
Programmeerimisvead tekivad kõige sagedamini seetõttu, et mõned XY-juhtelemendid ei kuva töötlusprogrammi mõõtmeid, mistõttu on raske tuvastada mõõtmete sobitamise puudumist töötlusprogrammi ja CAD-joonise vahel. Masina liikumise olulised aspektid, mis võivad põhjustada vigu, on mehaanilise üksuse vahe ja korratavus. Servo reguleerimine on samuti oluline, sest vale servo reguleerimine võib põhjustada vigu lünkades, korratavuses, vertikaalsuses ja lobisemises. 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.
Abrasiivid moodustavad kaks kolmandikku veejugasüsteemide töökuludest. Teiste hulka kuuluvad võimsus, vesi, õhk, tihendid, tagasilöögiklapid, düüsid, segamistorud, vee sisselaskefiltrid ning hüdropumpade ja kõrgsurvesilindrite varuosad.
Täisvõimsusel töötamine tundus algul kallim, kuid tootlikkuse kasv ületas kulusid. Kui abrasiivi voolukiirus suureneb, suureneb lõikekiirus ja tollimaksumus väheneb, kuni see jõuab optimaalse punktini. Maksimaalse tootlikkuse tagamiseks peaks operaator töötama lõikepeaga suurima lõikekiirusega ja optimaalseks kasutamiseks maksimaalse hobujõuga. Kui 100-hobujõuline süsteem suudab töötada ainult 50-hobujõulise peaga, siis kahe peaga süsteemiga töötamine võib selle efektiivsuse saavutada.
Abrasiivse veejoaga lõikamise optimeerimine nõuab tähelepanu konkreetsele olukorrale, kuid võib suurendada tootlikkust suurepäraselt.
Ei ole mõistlik lõigata õhuvahet, mis on suurem kui 0,020 tolli, kuna joa avaneb vahes ja lõikab jämedalt läbi madalamad tasemed. Materjalilehtede tihedalt koos virnastamine võib seda vältida.
Mõõtke tootlikkust tollimaksumuse (st süsteemi toodetud osade arvu), mitte tunnikulu järgi. Tegelikult on kiire tootmine vajalik kaudsete kulude amortiseerimiseks.
Veejoad, mis sageli läbistavad komposiitmaterjale, klaasi ja kive, peaksid olema varustatud kontrolleriga, mis võib veesurvet vähendada ja suurendada. Vaakumabi ja muud tehnoloogiad suurendavad tõenäosust, et hapraid või lamineeritud materjale saab edukalt läbistada ilma sihtmaterjali kahjustamata.
Materjalikäitluse automatiseerimisel on mõtet vaid siis, kui materjalikäsitlus moodustab suure osa detailide tootmiskuludest. Abrasiivsete veejoaga masinate puhul kasutatakse tavaliselt käsitsi mahalaadimist, plaatide lõikamisel aga peamiselt automatiseerimist.
Enamik veejoasüsteeme kasutab tavalist kraanivett ja 90% veejoa operaatoritest ei tee enne vee sisselaskefiltrisse suunamist muid ettevalmistusi peale vee pehmendamise. Pöördosmoosi ja deionisaatorite kasutamine vee puhastamiseks võib olla ahvatlev, kuid ioonide eemaldamine hõlbustab vee ioonide absorbeerimist metallidest pumpades ja kõrgsurvetorudes. See võib pikendada ava eluiga, kuid kõrgsurveballooni, tagasilöögiklapi ja otsakatte vahetamise kulud on palju suuremad.
Veealune lõikamine vähendab pinna jäätumist (tuntud ka kui "udunemist") abrasiivse veejoaga lõikamise ülemises servas, vähendades samal ajal oluliselt ka joa müra ja töökoha kaost. See aga vähendab joa nähtavust, mistõttu on soovitatav kasutada elektroonilist jõudluse jälgimist, et tuvastada kõrvalekalded tipptingimustest ja peatada süsteem enne komponentide kahjustamist.
Süsteemide puhul, mis kasutavad erinevate tööde jaoks erineva suurusega abrasiivseid ekraane, kasutage tavaliste suuruste jaoks täiendavat salvestusruumi ja mõõtmist. Väikesed (100 naela) või suured (500 kuni 2000 naela) puisteveo ja sellega seotud doseerimisventiilid võimaldavad kiiresti lülituda sõela võrgusilma suuruste vahel, vähendades seisakuaega ja raskusi ning suurendades samal ajal tootlikkust.
Separaator saab tõhusalt lõigata materjale, mille paksus on alla 0,3 tolli. Kuigi need kõrvad suudavad tavaliselt tagada kraani teistkordse lihvimise, suudavad need saavutada kiirema materjali käsitsemise. Kõvematel materjalidel on väiksemad sildid.
Masin abrasiivse veejoaga ja kontrolli lõikesügavust. Õigete osade jaoks võib see tekkiv protsess pakkuda mõjuvat alternatiivi.
Sunlight-Tech Inc. on kasutanud GF Machining Solutionsi Microlutioni lasermikrotöötlus- ja mikrofreesimiskeskusi, et toota detaile, mille tolerants on väiksem kui 1 mikron.
Veejoaga lõikamine hõivab koha materjalitootmise valdkonnas. Selles artiklis vaadeldakse, kuidas veejoad teie poes töötavad, ja käsitletakse protsessi.
Postitusaeg: 04.04.2021