Vandstråleskæring kan være en enklere bearbejdningsmetode, men den er udstyret med et kraftigt stempel og kræver, at operatøren er opmærksom på slid og nøjagtighed af flere dele.
Den enkleste vandstråleskæring er processen med at skære højtryksvandstråler i materialer. Denne teknologi er normalt komplementær til andre behandlingsteknologier, såsom fræsning, laser, EDM og plasma. I vandstråleprocessen dannes der ingen skadelige stoffer eller damp, og der dannes ingen varmepåvirket zone eller mekanisk belastning. Vandstråler kan skære ultratynde detaljer på sten, glas og metal; bor hurtigt huller i titanium; skære mad; og dræber endda patogener i drikkevarer og dips.
Alle vandjetmaskiner har en pumpe, der kan sætte vandet under tryk til levering til skærehovedet, hvor det omdannes til et supersonisk flow. Der er to hovedtyper af pumper: direkte drevbaserede pumper og boosterbaserede pumper.
Den direkte drevne pumpes rolle svarer til den for en højtryksrenser, og den trecylindrede pumpe driver tre stempler direkte fra elmotoren. Det maksimale kontinuerlige arbejdstryk er 10 % til 25 % lavere end tilsvarende boosterpumper, men dette holder dem stadig mellem 20.000 og 50.000 psi.
Forstærkerbaserede pumper udgør størstedelen af ultrahøjtrykspumper (det vil sige pumper over 30.000 psi). Disse pumper indeholder to væskekredsløb, det ene til vand og det andet til hydraulik. Vandindtagsfilteret passerer først gennem et 1 mikron patronfilter og derefter et 0,45 mikron filter for at suge almindeligt postevand ind. Dette vand kommer ind i boosterpumpen. Før den kommer ind i boosterpumpen, holdes trykket på boosterpumpen på omkring 90 psi. Her øges trykket til 60.000 psi. Inden vandet endelig forlader pumpesættet og når skærehovedet gennem rørledningen, passerer vandet gennem støddæmperen. Enheden kan undertrykke tryksvingninger for at forbedre konsistensen og eliminere impulser, der efterlader mærker på emnet.
I det hydrauliske kredsløb trækker elmotoren mellem elmotorerne olie fra olietanken og sætter den under tryk. Den tryksatte olie strømmer til manifolden, og manifoldens ventil indsprøjter skiftevis hydraulikolie på begge sider af kiks- og stempelsamlingen for at generere slagvirkningen af boosteren. Da stemplets overflade er mindre end kiksens overflade, "forøger" olietrykket vandtrykket.
Boosteren er en stempelpumpe, hvilket betyder, at kiks- og stempelsamlingen leverer højtryksvand fra den ene side af boosteren, mens lavtryksvand fylder den anden side. Recirkulation gør det også muligt for hydraulikolien at afkøle, når den vender tilbage til tanken. Kontraventilen sikrer, at lavtryks- og højtryksvand kun kan strømme i én retning. Højtrykscylindrene og endehætterne, der indkapsler stemplet og kikskomponenterne, skal opfylde særlige krav for at modstå processens kræfter og konstante trykcyklusser. Hele systemet er designet til gradvist at svigte, og lækage vil strømme til specielle "drænhuller", som kan overvåges af operatøren for bedre at kunne planlægge regelmæssig vedligeholdelse.
Et særligt højtryksrør transporterer vandet til skærehovedet. Røret kan også give bevægelsesfrihed for skærehovedet afhængig af rørets størrelse. Rustfrit stål er det foretrukne materiale til disse rør, og der er tre almindelige størrelser. Stålrør med en diameter på 1/4 tomme er fleksible nok til at forbinde til sportsudstyr, men anbefales ikke til langdistancetransport af højtryksvand. Da dette rør er let at bøje, selv i en rulle, kan en længde på 10 til 20 fod opnå X-, Y- og Z-bevægelse. Større 3/8-tommer rør 3/8-tommer fører normalt vand fra pumpen til bunden af det bevægelige udstyr. Selvom det kan bøjes, er det generelt ikke egnet til rørledningsbevægelsesudstyr. Det største rør, der måler 9/16 tommer, er bedst til transport af højtryksvand over lange afstande. En større diameter hjælper med at reducere tryktab. Rør af denne størrelse er meget kompatible med store pumper, fordi en stor mængde højtryksvand også har en større risiko for potentielt tryktab. Rør af denne størrelse kan dog ikke bøjes, og fittings skal installeres i hjørnerne.
Den rene vandstråleskæremaskine er den tidligste vandstråleskæremaskine, og dens historie kan spores tilbage til begyndelsen af 1970'erne. Sammenlignet med kontakt eller indånding af materialer producerer de mindre vand på materialerne, så de er velegnede til produktion af produkter som bilinteriør og engangsbleer. Væsken er meget tynd - 0,004 tommer til 0,010 tommer i diameter - og giver ekstremt detaljerede geometrier med meget lidt materialetab. Skærekraften er ekstrem lav, og fastgørelsen er normalt enkel. Disse maskiner er bedst egnede til 24-timers drift.
Når man overvejer et skærehoved til en ren vandstrålemaskine, er det vigtigt at huske, at strømningshastigheden er de mikroskopiske fragmenter eller partikler af det rivende materiale, ikke trykket. For at opnå denne høje hastighed strømmer vand under tryk gennem et lille hul i en ædelsten (normalt en safir, rubin eller diamant) fastgjort for enden af dysen. Typisk skæring bruger en åbningsdiameter på 0,004 tommer til 0,010 tommer, mens specielle applikationer (såsom sprøjtebeton) kan bruge størrelser op til 0,10 tommer. Ved 40.000 psi bevæger flowet fra åbningen sig med en hastighed på ca. Mach 2, og ved 60.000 psi overstiger flowet Mach 3.
Forskellige smykker har forskellig ekspertise i vandstråleskæring. Safir er det mest almindelige materiale til generelle formål. De holder cirka 50 til 100 timers skæretid, selvom den slibende vandstrålepåføring halverer disse tider. Rubiner er ikke egnede til ren vandstråleskæring, men den vandstrøm, de producerer, er meget velegnet til slibende skæring. I den slibende skæreproces er skæretiden for rubiner omkring 50 til 100 timer. Diamanter er meget dyrere end safirer og rubiner, men skæretiden er mellem 800 og 2.000 timer. Dette gør diamanten særdeles velegnet til 24-timers drift. I nogle tilfælde kan diamantåbningen også rengøres med ultralyd og genbruges.
I den slibende vandstrålemaskine er mekanismen til materialefjernelse ikke selve vandstrømmen. Omvendt accelererer strømmen slibende partikler for at korrodere materialet. Disse maskiner er tusindvis af gange stærkere end rene vandstråleskæremaskiner og kan skære hårde materialer som metal, sten, kompositmaterialer og keramik.
Slibestrømmen er større end den rene vandstrålestrøm med en diameter på mellem 0,020 tommer og 0,050 tommer. De kan skære stakke og materialer op til 10 tommer tykke uden at skabe varmepåvirkede zoner eller mekanisk belastning. Selvom deres styrke er steget, er skærekraften af slibemiddelstrømmen stadig mindre end et pund. Næsten alle slibende sprøjteoperationer bruger en sprøjteanordning og kan nemt skifte fra brug med et enkelt hoved til brug med flere hoveder, og selv den slibende vandstråle kan omdannes til en ren vandstråle.
Slibemidlet er hårdt, specielt udvalgt og størrelse sand - sædvanligvis granat. Forskellige gitterstørrelser er velegnede til forskellige opgaver. En glat overflade kan opnås med 120 mesh slibemidler, mens 80 mesh slibemidler har vist sig at være mere velegnede til generelle anvendelser. 50 mesh slibende skærehastighed er hurtigere, men overfladen er lidt mere ru.
Selvom vandstråler er nemmere at betjene end mange andre maskiner, kræver blandingsrøret operatørens opmærksomhed. Dette rørs accelerationspotentiale er som en riffelløb, med forskellige størrelser og forskellig udskiftningslevetid. Det langtidsholdbare blanderør er en revolutionerende innovation inden for slibende vandstråleskæring, men røret er stadig meget skrøbeligt - hvis skærehovedet kommer i kontakt med en armatur, en tung genstand eller målmaterialet, kan røret bremse. Beskadigede rør kan ikke repareres, så at holde omkostningerne nede kræver, at udskiftningen minimeres. Moderne maskiner har normalt en automatisk kollisionsdetektionsfunktion for at forhindre kollisioner med blanderøret.
Adskillelsesafstanden mellem blanderøret og målmaterialet er sædvanligvis 0,010 tommer til 0,200 tommer, men operatøren skal huske på, at en adskillelse større end 0,080 tommer vil forårsage frosting på toppen af delens afskårne kant. Undervandsskæring og andre teknikker kan reducere eller eliminere denne frosting.
I starten var blanderøret lavet af wolframcarbid og havde kun en levetid på fire til seks skæretimer. Nutidens billige kompositrør kan nå en skærelevetid på 35 til 60 timer og anbefales til grovskæring eller træning af nye operatører. Det sammensatte hårdmetalrør forlænger dets levetid til 80 til 90 skæretimer. Det højkvalitets komposit-hårdmetalrør har en skærelevetid på 100 til 150 timer, er velegnet til præcision og dagligt arbejde og udviser det mest forudsigelige koncentriske slid.
Ud over at give bevægelse skal vandstrålemaskiner også omfatte en metode til at fastgøre emnet og et system til opsamling og opsamling af vand og affald fra bearbejdningsoperationer.
Stationære og endimensionelle maskiner er de enkleste vandstråler. Stationære vandstråler bruges almindeligvis i rumfart til at trimme kompositmaterialer. Operatøren fører materialet ind i åen som en båndsav, mens fangeren opsamler åen og affaldet. De fleste stationære vandstråler er rene vandstråler, men ikke alle. Skæremaskinen er en variant af den stationære maskine, hvor produkter som fx papir føres gennem maskinen, og vandstrålen skærer produktet i en bestemt bredde. En skæremaskine er en maskine, der bevæger sig langs en akse. De arbejder ofte med skæremaskiner til at lave gitterlignende mønstre på produkter såsom salgsautomater såsom brownies. Skæringsmaskinen skærer produktet i en bestemt bredde, mens skæremaskinen krydsskærer produktet, der tilføres under det.
Operatører bør ikke manuelt bruge denne type slibende vandstråle. Det er svært at flytte det afskårne objekt med en bestemt og ensartet hastighed, og det er ekstremt farligt. Mange producenter vil ikke engang citere maskiner for disse indstillinger.
XY-bordet, også kaldet en flatbed-skæremaskine, er den mest almindelige todimensionelle vandstråleskæremaskine. Rene vandstråler skærer pakninger, plast, gummi og skum, mens slibende modeller skærer metaller, kompositter, glas, sten og keramik. Arbejdsbordet kan være så lille som 2 × 4 fod eller så stort som 30 × 100 fod. Normalt varetages styringen af disse værktøjsmaskiner af CNC eller PC. Servomotorer, som regel med feedback i lukket sløjfe, sikrer integriteten af position og hastighed. Grundenheden omfatter lineære føringer, lejehuse og kugleskruetræk, mens broenheden også omfatter disse teknologier, og opsamlingstanken inkluderer materialestøtte.
XY-arbejdsbænke kommer normalt i to stilarter: Gantry-arbejdsbordet med midterskinne inkluderer to basestyreskinner og en bro, mens det udkragende arbejdsbord bruger en base og en stiv bro. Begge maskintyper har en eller anden form for højdejustering af hovedet. Denne Z-akse justerbarhed kan tage form af en manuel håndsving, en elektrisk skrue eller en fuldt programmerbar servoskrue.
Sumpen på XY-arbejdsbordet er normalt en vandtank fyldt med vand, som er udstyret med gitre eller lameller til at understøtte emnet. Skæreprocessen forbruger disse understøtninger langsomt. Fælden kan renses automatisk, affaldet opbevares i beholderen, eller den kan være manuel, og operatøren skovler jævnligt dåsen.
Efterhånden som andelen af emner med næsten ingen flade overflader stiger, er fem-akse (eller flere) funktioner afgørende for moderne vandstråleskæring. Heldigvis giver det lette skærehoved og den lave rekylkraft under skæreprocessen designingeniører en frihed, som fræsning med høj belastning ikke har. Fem-akset vandstråleskæring brugte oprindeligt et skabelonsystem, men brugerne vendte sig hurtigt til programmerbare fem-akser for at slippe af med omkostningerne ved skabelonen.
Men selv med dedikeret software er 3D-skæring mere kompliceret end 2D-skæring. Den sammensatte haledel af Boeing 777 er et ekstremt eksempel. Først uploader operatøren programmet og programmerer det fleksible "pogostick" personale. Trafikkranen transporterer delenes materiale, og fjederstangen skrues af til passende højde og delene fikseres. Den specielle ikke-skærende Z-akse bruger en kontaktsonde til nøjagtigt at placere delen i rummet, og prøvepunkter for at opnå den korrekte dels højde og retning. Derefter omdirigeres programmet til delens faktiske position; sonden trækkes tilbage for at give plads til Z-aksen på skærehovedet; programmet kører for at styre alle fem akser for at holde skærehovedet vinkelret på overfladen, der skal skæres, og for at arbejde efter behov Kør med præcis hastighed.
Slibemidler er påkrævet for at skære kompositmaterialer eller metal, der er større end 0,05 tommer, hvilket betyder, at ejektoren skal forhindres i at skære fjederstangen og værktøjssengen over efter skæring. Speciel punktopfangning er den bedste måde at opnå fem-akset vandstråleskæring. Test har vist, at denne teknologi kan stoppe et 50-hestekræfters jetfly under 6 tommer. Den C-formede ramme forbinder fangeren med Z-aksens håndled for at fange bolden korrekt, når hovedet trimmer hele omkredsen af delen. Punktfangeren stopper også slid og forbruger stålkugler med en hastighed på omkring 0,5 til 1 pund i timen. I dette system stoppes strålen af spredningen af kinetisk energi: efter at strålen kommer ind i fælden, støder den på den indeholdte stålkugle, og stålkuglen roterer for at forbruge strålens energi. Selv når den er vandret og (i nogle tilfælde) på hovedet, kan pletfangeren fungere.
Ikke alle fem-akse dele er lige komplekse. Efterhånden som delens størrelse øges, bliver programjustering og verifikation af delens position og skærenøjagtighed mere kompliceret. Mange butikker bruger 3D-maskiner til enkel 2D-skæring og kompleks 3D-skæring hver dag.
Operatører bør være opmærksomme på, at der er en stor forskel mellem dele nøjagtighed og maskinbevægelses nøjagtighed. Selv en maskine med næsten perfekt nøjagtighed, dynamisk bevægelse, hastighedskontrol og fremragende repeterbarhed er muligvis ikke i stand til at producere "perfekte" dele. Nøjagtigheden af den færdige del er en kombination af procesfejl, maskinfejl (XY-ydelse) og emnestabilitet (fixtur, planhed og temperaturstabilitet).
Når du skærer materialer med en tykkelse på mindre end 1 tomme, er nøjagtigheden af vandstrålen normalt mellem ±0,003 til 0,015 tommer (0,07 til 0,4 mm). Nøjagtigheden af materialer, der er mere end 1 tomme tykke, ligger inden for ±0,005 til 0,100 tommer (0,12 til 2,5 mm). Det højtydende XY-bord er designet til en lineær positioneringsnøjagtighed på 0,005 tommer eller højere.
Potentielle fejl, der påvirker nøjagtigheden, omfatter værktøjskompensationsfejl, programmeringsfejl og maskinbevægelse. Værktøjskompensation er den værdi, der indlæses i kontrolsystemet for at tage højde for skærebredden af strålen - det vil sige mængden af skærebane, der skal udvides, for at den sidste del får den rigtige størrelse. For at undgå potentielle fejl i højpræcisionsarbejde bør operatører udføre prøveskæringer og forstå, at værktøjskompensation skal justeres for at matche hyppigheden af blanderørslid.
Programmeringsfejl opstår oftest, fordi nogle XY-kontroller ikke viser dimensionerne på delprogrammet, hvilket gør det vanskeligt at opdage manglen på dimensionsmatch mellem delprogrammet og CAD-tegningen. Vigtige aspekter af maskinbevægelse, der kan introducere fejl, er hullet og repeterbarheden i den mekaniske enhed. Servojustering er også vigtig, fordi forkert servojustering kan forårsage fejl i mellemrum, repeterbarhed, vertikalitet og skravling. Små dele med en længde og bredde på mindre end 12 tommer kræver ikke så mange XY-borde som store dele, så muligheden for maskinbevægelsesfejl er mindre.
Slibemidler tegner sig for to tredjedele af driftsomkostningerne for vandstrålesystemer. Andre omfatter strøm, vand, luft, tætninger, kontraventiler, åbninger, blandingsrør, vandindløbsfiltre og reservedele til hydrauliske pumper og højtrykscylindre.
Fuld kraftdrift virkede dyrere i starten, men stigningen i produktiviteten oversteg omkostningerne. Når slibemidlets strømningshastighed stiger, vil skærehastigheden stige, og prisen pr. tomme vil falde, indtil den når det optimale punkt. For at opnå maksimal produktivitet bør operatøren køre skærehovedet ved den hurtigste skærehastighed og maksimale hestekræfter for optimal brug. Hvis et 100-hestes-system kun kan køre et 50-hestes hoved, så kan kørsel med to hoveder på systemet opnå denne effektivitet.
Optimering af slibende vandstråleskæring kræver opmærksomhed på den aktuelle situation, men kan give fremragende produktivitetsforøgelser.
Det er uklogt at skære en luftspalte større end 0,020 tommer, fordi strålen åbner sig i mellemrummet og groft skærer lavere niveauer. At stable materialearkene tæt sammen kan forhindre dette.
Mål produktiviteten i form af pris pr. tomme (det vil sige antallet af dele fremstillet af systemet), ikke pris pr. time. Faktisk er hurtig produktion nødvendig for at amortisere indirekte omkostninger.
Vandstråler, der ofte gennemborer kompositmaterialer, glas og sten, bør være udstyret med en controller, der kan reducere og øge vandtrykket. Vakuumassistent og andre teknologier øger sandsynligheden for succesfuld gennemboring af skrøbelige eller laminerede materialer uden at beskadige målmaterialet.
Materialehåndteringsautomatisering giver kun mening, når materialehåndtering tegner sig for en stor del af produktionsomkostningerne for dele. Slibende vandstrålemaskiner bruger normalt manuel aflæsning, mens pladeskæring hovedsageligt bruger automatisering.
De fleste vandstrålesystemer bruger almindeligt postevand, og 90 % af vandstråleoperatørerne gør ikke andre forberedelser end at blødgøre vandet, inden vandet sendes til indløbsfilteret. At bruge omvendt osmose og deionisatorer til at rense vand kan være fristende, men fjernelse af ioner gør det lettere for vandet at absorbere ioner fra metaller i pumper og højtryksrør. Det kan forlænge åbningens levetid, men omkostningerne ved at udskifte højtrykscylinderen, kontraventilen og endedækslet er meget højere.
Undervandsskæring reducerer overfladefrostning (også kendt som "tåge") på den øverste kant af slibende vandstråleskæring, samtidig med at den i høj grad reducerer jetstøj og kaos på arbejdspladsen. Dette reducerer dog strålens synlighed, så det anbefales at bruge elektronisk præstationsovervågning til at detektere afvigelser fra spidsbelastningsforhold og stoppe systemet før skader på komponenter.
For systemer, der bruger forskellige slibende skærmstørrelser til forskellige job, bedes du bruge ekstra opbevaring og måling til almindelige størrelser. Små (100 lb) eller store (500 til 2.000 lb) bulktransport og relaterede doseringsventiler tillader hurtigt skift mellem skærmmaskestørrelser, hvilket reducerer nedetid og besvær, samtidig med at produktiviteten øges.
Separatoren kan effektivt skære materialer med en tykkelse på mindre end 0,3 tommer. Selvom disse tapper normalt kan sikre en anden slibning af hanen, kan de opnå hurtigere materialehåndtering. Hårdere materialer vil have mindre etiketter.
Maskine med slibende vandstråle og kontroller skæredybden. For de rigtige dele kan denne begyndende proces give et overbevisende alternativ.
Sunlight-Tech Inc. har brugt GF Machining Solutions' Microlution lasermikrobearbejdnings- og mikrofræsningscentre til at producere dele med tolerancer på mindre end 1 mikron.
Vandstråleskæring indtager en plads inden for materialefremstilling. Denne artikel ser på, hvordan vandstråler fungerer i din butik og ser på processen.
Indlægstid: 04-09-2021