Jaký je tlak při řezání kovu vodou?

Řezání vodním paprskem je mechanický proces, který odstraňuje materiál fyzickým kontaktem. Hlavní rozdíl od jiných procesů řezání je v tom, že se jedná o proces řezání za studena (netepelný), což znamená, že se při procesu řezání nepoužívá žádné teplo.

V moderním světě musí všechny výrobní procesy splňovat tři hlavní cíle: zvýšení objemu výroby, snížení odpadu a zlepšení kvality. Procesy, jako je 3D tisk, lisování plechů, vstřikování, laserové a plazmové řezání, se snaží dosáhnout těchto cílů a zároveň snížit náklady a dobu výroby a zároveň zvýšit efektivitu a udržitelnost.

Každý z těchto procesů má své místo ve zpracovatelském průmyslu díky různým výhodám a omezením. Moderní řezačky vodním paprskem začlenily do své konstrukce také CNC technologii, aby těchto cílů dosáhly s ještě lepšími výsledky.

V tomto článku se blíže podíváme na pokročilý proces řezání vodním paprskem.

Co je řezání vodním paprskem?

Řezání vodním paprskem využívá vysokotlaký proud vody smíchaný s abrazivním materiálem pro řezání široké škály materiálů.

Vodu čerpá vysokotlaké vodní čerpadlo. Tato voda proudí vysokotlakými trubkami do řezací hlavy. V řezací hlavě voda prochází tryskou a mění se ve velmi tenký proud. Tato tryska řeže jakýkoli materiál před sebou.

Řezací stroj vodním paprskem dokáže vyvinout tlak až 6900 barů. Pro srovnání, požární hadice obvykle vytvářejí tlaky 8 až 20 barů. Tryska stroje vodním paprskem je vybavena systémem vidění, který usnadňuje přesné a efektivní řezání dílu.

S tryskou se snadno manipuluje pro řezání různých materiálů. V závislosti na tom, zda je použita abrazivní látka nebo ne, existují dva typy metod řezání vodním paprskem:

• Abrazivní řezání vodním paprskem;
• Řezání vodním paprskem bez abraziva.

Řezání vodním paprskem

Schéma instalace řezání vodním paprskem. 1 – vysokotlaký přívod vody, 2 – tryska, 3 – přívod abraziva, 4 – míchadlo, 5 – plášť, 6 – řezací paprsek, 7 – řezaný materiál.

Při řezání tvrdších materiálů se abraziva mísí s vodou. K tomu dochází ve směšovací komoře umístěné v řezací hlavě bezprostředně před tím, než abrazivní paprsek opouští systém.

Oblíbenou látkou pro řezání vodním paprskem je žulový písek. S rostoucí tloušťkou/tvrdostí materiálu se musí zvyšovat i tvrdost použitých brusiv.

Se správnou volbou brusiva můžete řezat různé druhy materiálů. Obvykle se brusiva používají k řezání keramiky, kovů, kamenů a silných plastů. Existují však výjimky, jako je tvrzené sklo a diamanty, které nelze řezat brusivy. Tvrzené sklo se při řezání vodním paprskem rozbije.

Řezání vodním paprskem bez abraziva

Řezačky vodním paprskem pracují i ​​bez přídavku abraziv, hlavně pro řezání měkkých materiálů. Řezačka vodním paprskem určená pouze k tomuto účelu nemá směšovací komoru ani trysku. Vysokotlaké čerpadlo tlačí tlakovou vodu skrz otvor, aby vytvořilo přesné řezy na obrobku. Přestože většina průmyslových řezacích zařízení využívajících technologii vodního paprsku umožňuje použití obou metod.

Proces vodního paprsku je méně invazivní ve srovnání s řezáním vodním paprskem. Proud je také extrémně tenký a nevyvíjí žádný další tlak na obrobek.

Řezání vodou bez abraziva je ideální pro měkčí materiály, jako je pěna, plsť, dřevo, pryž, potraviny a tenké plasty.

Výhody řezání vodním paprskem

Řezání vodním paprskem má určité výhody, které z něj dělají vynikající volbu pro obecné i velmi specifické aplikace. Některé z těchto výhod jsou uvedeny níže:

• Vysoká přesnost;
• Žádná tepelně ovlivněná zóna;
• Není třeba měnit nástroje;
• Nákladově efektivní proces;
• Kompatibilní s různými materiály;
• Vysoká stabilita.

Vysoká přesnost

Řezání vodním paprskem je známé tím, že poskytuje vysoce přesné řezání. Díly řezané řezáním vodním paprskem jsou velmi kvalitní, i když jsou omezeny přísnými specifikacemi.

Stroj na řezání vodním paprskem zvládne tolerance až do 0,025 mm (0,001 palce), ale tolerance 0,075 až 0,125 mm jsou běžnější pro díly o tloušťce menší než jeden palec.

Tolerance se mohou zvýšit u silnějších materiálů v závislosti na technologii. Přesnost závisí na faktorech, jako je stabilita stolu, konstrukce stroje, tok abraziva, řízení toku řezání, zpoždění toku a nejistota procesu.

Žádná tepelně ovlivněná zóna

Tepelně ovlivněná zóna (HAZ) je vedlejším produktem většiny procesů řezání za tepla. Při procesech, jako je řezání laserem, se oblast kolem řezné hrany během zpracování neroztaví, ale změní se její vlastnosti.

Změna barvy, tepelné zkreslení a zpevněné hrany mohou ovlivnit výkon konečné součásti. Takové díly vyžadují před uvedením do provozu tepelné zpracování.

Protože se jedná o proces řezání za studena, řezání vodním paprskem nevytváří tepelně ovlivněné zóny. To má za následek, že finální díly mají vynikající kvalitu hran a robustnější vlastnosti, aniž by do součásti vnášely jakékoli napětí.

Řezání vodním paprskem proto snižuje potřebu starat se o nedokonalé řezy, slabá místa a deformace. Netepelný proces řezání také znamená žádnou strusku nebo okují.

Vysoce kvalitní hotové díly

Řezání vodním paprskem poskytuje vynikající kvalitu dílů s hladkými hranami a bez nutnosti odstraňování otřepů.

Konečná kvalita závisí na několika faktorech, jako je řezná rychlost, tlak, průtok abraziva a velikost trysky. Pro dosažení optimálních výsledků může být nutné upravit parametry procesu.

Není třeba měnit nástroje

Stroj s vodním paprskem nepoužívá žádné řezné nástroje a pro zpracování různých materiálů a tlouštěk není třeba měnit trysku. Stejná tryska se používá pro různé aplikace nastavením parametrů průtoku, jako je rychlost posuvu, aby se dosáhlo vhodné řezné rychlosti.

Protože není nutná výměna nástrojů mezi materiály, stroj na řezání vodním paprskem může řezat různé materiály jeden po druhém, což zlepšuje efektivitu práce tím, že šetří čas a náklady na výměnu nástroje.

Nákladově efektivní proces

Řezání vodním paprskem je v mnoha aplikacích, zejména v potravinářském průmyslu, nákladově efektivnější než alternativní metody řezání. Proces ne vždy vyžaduje přípravky, nástroje nebo svorky, což zvyšuje rychlost výroby.

Další výhodou tohoto procesu je schopnost pokládat a řezat více vrstev materiálu v jednom průchodu. Řezané díly také nevyžadují žádné následné zpracování, což snižuje celkové náklady. Proces také vytváří minimální materiálový odpad.

Kompatibilní s různými materiály

Jak bylo vysvětleno dříve, proces řezání vodním paprskem není omezen typem materiálu. Dokáže řezat širokou škálu materiálů, pokud jsou správně zvoleny parametry procesu a brusiva. Níže se na toto téma podíváme podrobně.

Vysoká stabilita procesu

V dnešní době je udržitelnost důležitým faktorem při výběru výrobního procesu. Pokud jde o šetrnost k životnímu prostředí, proces řezání vodním paprskem splňuje všechna ta správná políčka. Má úžasné výhody, jako je žádná tvorba strusky, žádný odpad z kotelního kamene a žádná potřeba zahřívat díly. Nevytváří ani toxické výpary ani skleníkové plyny.

Hotové díly také nevyžadují žádné další zpracování, například teplo. Hlavní řezný materiál, voda, je také recyklovatelný, což snižuje dopad na životní prostředí. Kromě toho nejsou zapotřebí žádné chladicí oleje, protože samotný proud vody působí jako chladicí kapalina.

Pokud se vám článek líbil, dejte like, sdílejte ho se svými přáteli a zanechte komentáře!

Prodej průmyslového vybavení a komponentů

8 (800) 301-94-74 9:00–18:00 moskevského času
Vyberte své město ze seznamu

CNC řezací stroj vodním paprskem je určen pro řezání plechového materiálu, zpracování trubek a dalších typů dílů z různých materiálů. Opracování se provádí jak proudem čisté vody na materiály jako plast, pryž, izolační materiály, tak abrazivním proudem pro zpracování vysoce legované oceli, titanu, mědi a slitin hliníku, pancéřového a akrylátového skla a kamene.

systém řezací hlava: 1. Vysokotlaký přívod vody, 2. Tryska, 3. Přívod brusiva, 4. Zaostřovací trubice (mixér), 5. pouzdro, 6. Řezací tryska, 7. Materiál k řezání.

SLOVNÍK TERMÍNŮ ŘEZÁNÍ VODNÍM PROSTŘEDÍM. Rozšiřte své znalosti o technologii řezání vodním paprskem s naším slovníkem. BRUSNÉ ZRNO

Hodnoty zrnitosti neodpovídají přesným velikostem částic, ale spíše ukazují konkrétní distribuci částic různých velikostí. Brusivo o zrnitosti 80 bude obsahovat určitý počet větších a menších částic než ty, které přesně pasují na síto o velikosti 80 mesh. Zrnitost se obvykle určuje průchodem brusiva přes řadu sít, jejichž velikost ok se shora dolů zmenšuje. Při zpracování materiálů abrazivními systémy řezání vodním paprskem se obvykle používají brusiva se zrnitostí od 220 do 50, nejčastěji 80 a 120. Čím vyšší je velikost zrna (číslo síta), tím jemnější částice.

MULTIPLIKÁTOR ČERPADLA

Čerpadlo zesilovače se původně používalo pro řezání vodním paprskem a je to nejběžnější technologie. Multiplikační čerpadla vytvářejí tlak vody pomocí principu násobení tlaku. Princip násobení tlaku nebo poměru je realizován díky rozdílu v ploše průřezu pístu a plunžru, což umožňuje zvýšení tlaku. Nízkotlaký hydraulický olej působí na píst, jehož plocha průřezu je 20krát větší než plocha plunžru, který vytváří tlak vody. V důsledku toho se tlak zvýší (znásobí) dvacetkrát. Například v případě poměru plochy průřezu pístu k plunžru 20:1 poskytuje tlak oleje 207 barů tlak vody 4100 barů.

ZPĚTNÝ VENTIL

Zpětné ventily se používají v čerpadlech pro systémy řezání vodním paprskem. Zajišťují průchod média, v tomto případě vody, pouze jedním směrem. Například voda pod mírným tlakem proudí běžnou nízkotlakou hadicí do čerpadla, aby vytvořila tlak. Jakmile se tlak vytvoří, nízkotlaký zpětný ventil nedovolí vodě proudit zpět, protože to okamžitě způsobí prasknutí nízkotlaké hadice. Místo toho se otevře další zpětný ventil, který umožňuje, aby vysokotlaká voda bezpečně proudila vysokotlakými ocelovými trubkami do řezací hlavy.

ŘEZNÁ HLAVA

Řezací hlava vodního paprsku přeměňuje tlak vody na rychlost, když prochází tryskou na drahokamy. V případě řezání abrazivním vodním paprskem má řezací hlava také směšovací komoru a trubku. Někdy mluví o přítomnosti uzavíracího ventilu na řezací hlavě. Tento ventil je umístěn před tryskou a umožňuje obsluze otevřít nebo zavřít průtok vody.

PRŮTOK Při řezání vodním paprskem zvýšení tlaku zvyšuje rychlost vodního paprsku s abrazivem. Když proud opouští trysku, vše závisí na rychlosti. Poté, co voda projde tryskou, nezůstane v proudu žádný tlak. V případě řezání abrazivním vodním paprskem se se zvyšujícím se průtokem proces řezání zrychluje. Čím menší je průměr trysky, tím méně abrazivního materiálu je potřeba. FOCUSING TUBE (MÍCHACÍ TUBE)

Míchací trubice používaná při řezání vodním paprskem je konečným prvkem řezací hlavy. Nejčastěji se používají směšovací trubky s vnitřním průměrem 1,016 mm a délkou 101,60 mm. U těchto trubek se obvykle používá brusivo o zrnitosti 80 Při běžném řezání se vysoce kvalitní míchací trubice (kompozitní karbid s velmi malým množstvím pojiva pro maximální odolnost proti opotřebení) opotřebovává rychlostí nárůstu průměru přibližně 0,025 mm za 6 až 8 hodin provozu. opotřebení probíhá koncentricky.

VODNÍ TRYSKA

Pro vytvoření proudění musí být tlak vody přeměněn na rychlost. K této přeměně dochází, když voda prochází malou tryskou z drahokamů. Otvor v safíru, rubínu nebo diamantu má průměr 0,08 až 0,51 mm (obvykle 0,36 mm). Čím větší je průměr trysky, tím více vody a energie je potřeba k udržení tlaku.

Průměr trysky neurčuje maximální tlak vody – maximální tlak je určen pouze výkonem a konstrukcí čerpadla. Pro zajištění integrity proudění má horní povrch trysky velmi ostrý okraj. Nerovný nebo zaoblený okraj vytvoří nerovnoměrný, turbulentní paprsek, který může mít úhlovou trajektorii, což je nepřijatelné. Tryska může být protržena proudem vody ze dvou hlavních důvodů. První je, že se na sumci může ukládat vápník, který se tříská a vede k selhání trysky. Za druhé, okraj trysky se může pod vlivem částic zakulatit nebo prasknout. Tryska je buď v dobrém stavu, nebo selhává. Postupné opotřebení je vzácné. Safírové a rubínové trysky vydrží 40 – 200 hodin v závislosti na kvalitě a tlaku vody. Diamantové trysky jsou přibližně 8-10x dražší než rubíny nebo safíry, ale jejich životnost je také 8-10x delší. ŠÍŘKA ŘEZU Šířka řezu je šířka řezu, drážky nebo zářezu vzniklého řezáním. V případě řezání abrazivním vodním paprskem je šířka řezu přímo ovlivněna průměrem směšovací trubky. Šířka řezu je přibližně o 10-20% větší než průměr směšovací trubky. Tedy v případě směšovací trubky o průměru 0,76 mm bude šířka řezu 0,84 mm. S rostoucím průměrem trubky se samozřejmě zvětšuje i šířka řezu. Za 8 hodin průchodu paprsku se průměr trubky zvětší přibližně o 0.25 mm. Malá šířka řezu při řezání vodním paprskem je klíčovou vlastností, která umožňuje výrobu složitých dílů. Pro řezání vodním paprskem bez abraziva je šířka řezu 0,076 až 0,381 mm a pro řezání vodním paprskem je šířka řezu 0,381 až 1,778 mm (obvykle 1,016 mm). Faktory ovlivňující kvalitu řezání vodním paprskem Vliv rychlosti na úhel řezu Rýže. 1 – 3/4″ (20 mm) hliník při 2 různých řezných rychlostech Úhel řezu je rozdíl mezi šířkou řezu v horní a spodní části dílu. Se zvyšující se řeznou rychlostí se poměr šířky zářezu v horní části k šířce zářezu ve spodní části znatelně zvyšuje. Na obrázku výše bylo řezání prováděno při rychlostech 660 mm/min, 335 mm/min, 246 mm/min (zleva doprava). Všechny ostatní parametry byly konstantní (tlak 4134 bar, vzdálenost řezné hlavy a materiálu 1,5 mm, průtok abraziva 600 g/min). V horní části je šířka řezu stejná a rovná se 1,12 mm. Rozdíl mezi šířkou řezu v horní a spodní části je 0,43 mm, 0,33 mm, 0,28 mm (zleva doprava). Výše uvedený experiment ukazuje, že s klesající rychlostí se zmenšuje i kuželovitost řezu.

Obrázek vlevo (obr. 3) ukazuje další řez provedený při velmi nízké rychlosti 25,4 mm/min. Je vidět, že se řez směrem dolů rozšiřuje, jeho šířka je o 0,36 mm větší než nahoře.

Pohyb vodního paprsku a kvalita řezu Zvýšení rychlosti řezání vede ke zvětšení hloubky stopy vodního paprsku na hraně řezu. Níže uvedený obrázek ukazuje fotografie řezné hrany v závislosti na řezné rychlosti. Moderní ovladače umožňují uživateli upravit kvalitu řezání v závislosti na požadavcích. Vysoce přesné otvory s hladkými hranami lze řezat při nízkých rychlostech. Vysoké rychlosti se používají tam, kde kvalita hran není tak důležitá. Obrázek 3 – Nárůst v brázdě vodního paprsku se zvyšující se rychlostí Efekt při změně vzdálenosti mezi materiálem a řeznou hlavou Rýže. 4 – 3/4″ hliník při řezání v různých vzdálenostech od řezací hlavy, stejná rychlost Pro zajištění nejlepší kvality řezu musí být vzdálenost mezi řeznou hlavou a obrobkem stejná. Předpokládá se, že 1-1,5 mm je optimální vzdálenost k materiálu. Když vzdálenost překročí 1,5 mm, objeví se znatelné zúžení a zvětší se úhel řezu. To se děje proto, že proud vody procházející vzduchem ztrácí koherenci. Pokud se vzdálenost mezi materiálem a hlavou zvětší o 1,4, pak se musí řezná rychlost snížit o 20 %, aby se dosáhlo přijatelných výsledků kvality ostří. Zařízení pro automatickou kontrolu vzdálenosti je nejspolehlivější a nejpřesnější způsob, jak udržovat optimální vzdálenost. Na Obr. Obrázek 7 ukazuje, že pokud je vzdálenost příliš velká, proud nebude mít dostatek energie k oddělení materiálu. Rýže. 5 – Zvýšení výšky do bodu, kdy výkon paprsku nestačí na řezání Účinek rychlosti na Vnitřní rohy Řezání vodním paprskem má své vlastní vlastnosti díky tomu, že jako řezný nástroj se používá netuhý paprsek. Při řezání vnitřních rohů na spodní části součásti se tedy mohou vyskytnout vady. Jejich vzhled se vysvětluje tím, že v případě řezání vysokou rychlostí, kdy paprsek dosáhne rohu a změní svůj směr, je paprsek ve spodní části dílu poněkud před paprskem nahoře. Takové deformace lze eliminovat snížením řezné rychlosti při najíždění do rohu a následným postupným zrychlováním. Moderní systémy řezání vodním paprskem umožňují provádět takové operace automaticky. Rýže. 6 – Příliš vysoká řezná rychlost v zatáčce

Vodní paprsek je kulatý nástroj o průměru v rozmezí 0,76-1,02 mm, což znamená, že s jeho pomocí nelze vytvořit dokonale čtvercový roh. Software CAM čte geometrii výkresu a obvykle vyzve uživatele k automatické korekci pravých úhlů pro zaoblení malých poloměrů. Tento přístup zabrání poškození a výrazně zkrátí dobu zpracování. U velmi ostrých rohů se může výsledek značně lišit od výkresu, tuto skutečnost je třeba vzít v úvahu při navrhování dílů.

• Typ 1 (přímá vstupní linie s velmi krátkou rovnou výstupní linií) pro všechny ostré rohy.
• Typ 2 (obloukový vstup s krátkým výstupním obloukem) je vhodný pro tenké a měkké materiály.
• Typ 3 (přímá vstupní linka bez výstupu) poskytuje dobré výsledky pro silné plné materiály.
• Typ 4 (přímá vstupní linka s krátkým výstupním obloukem). CAM software musí být dostatečně flexibilní, aby mohl kombinovat různé typy vstupu a výstupu podle přání uživatele.

Rýže. 8 – Různé typy vstupů/výstupů

Omezte viditelné I/O chyby

Na konci řezání se mohou na spodní straně součásti v oblasti I/O objevit malé značky. To se děje v důsledku jet lag efektu ve spodní části, který byl popsán výše. Moderní řídicí systémy umožňují snížení rychlosti na konci řezu, což eliminuje výskyt stop po paprsku na spodním povrchu dílu v místě výstupu.

Rýže. Obrázek 9 ukazuje příklad hluboké stopy na součásti v důsledku příliš vysoké rychlosti na konci řezání a příklad žádné stopy při optimální rychlosti.

Rýže. 9 – Vlevo díly s defekty, vpravo díl s minimální stopou po výtrysku.

Přesnost řezání vodním paprskem

Zaostřovací trubice jsou vyrobeny z tvrdých materiálů. Podléhají však opotřebení, které je třeba vzít v úvahu při výpočtu nákladů na řezání. Otevření zaostřovacího tubusu se každou hodinu zvětšuje v průměru o 0,02 mm. Životnost zaostřovacího tubusu je tedy cca 120 hodin.

Rýže. 10 – Nová a asymetricky opotřebovaná zaostřovací trubice

Pokud není opotřebení zaostřovací trubice symetrické, vodní paprsek již nebude kulatý. To povede k posunutí paprsku jedním směrem, a tudíž k méně přesnému řezání.

Životnost zaostřovací trubice je tedy dána požadavky na přesnost. Zpravidla se ty trubky, které lze ještě použít, odkládají pro jiné práce, které nevyžadují vysokou přesnost.

UŽITEČNÉ TIPY PRO ÚDRŽBU A PÉČE O STROJE:

• Pokud je nutné vyměnit jakékoli díly nebo díly řezacích jednotek vodním paprskem, měli byste nakupovat pouze díly od spolehlivých a důvěryhodných výrobců. Osvědčené a kvalitní díly si můžete objednat u skupiny společností Element.

• Doporučuje se pravidelně zálohovat data systému CNC, aby bylo možné je v případě potřeby zcela obnovit.

• V situaci, kdy obsluha nemůže samostatně identifikovat příčinu poruchy, ke které došlo během provozu, měli byste kontaktovat specialisty společnosti, která stroj dodala, nebo výrobce.

• O nutnosti technické kontroly ventilu svědčí jeho dostatečně silné zahřívání, protože Zvýšení teploty ukazuje na nízké těsnění ventilu.

• Aby se zabránilo úniku při spojování ocelových trubek, měly by být šroubové závity na nich vyrobeny o tři závity výše než těsnění.

• Když není možné určit poruchu, můžete provést následující: demontovat HP válec a část, ve které se nachází voda; otevřete olejové čerpadlo; určete místo poškození pozorováním olejového válce.

• Chcete-li zjistit normální provoz obtokového ventilu, po normálním spuštění stiskněte a podržte tlačítko „Start“. Zařízení se zastaví, ale bude dosaženo maximálního tlaku. Pokud snímač tlaku oleje ukazuje tlak skutečně dosažený během provozu, pak obtokový ventil funguje normálně.

• Po údržbě dmychadla při prvním zapnutí se doporučuje pomalu zvyšovat tlak na provozní úroveň, aby bylo zařízení chráněno.

• Při instalaci namažte O-kroužky v kompresoru.

• Doporučuje se promazat všechny spoje.

• Aby nedošlo k poškození trysky při její instalaci, neutahujte šroub příliš.

• V intervalech 2-3 dnů se doporučuje mírně povolit spoje ve vysokotlakých a nízkotlakých válcích, aby nedošlo k jejich zaseknutí.

• Výskyt chyby „ID=20“ v softwaru NEWCAM označuje chybu programu, která vyžaduje přeinstalaci k nápravě.

• Před každým spuštěním zařízení by měly být zkontrolovány všechny části a části stroje související s elektřinou a vodou.

• Je zakázáno provozovat zařízení při okolní teplotě 0°C a nižší, protože v tomto případě hrozí zamrznutí jednotlivých částí a součástí stroje.

• Za referenční vzdálenost mezi zpracovávaným materiálem a řeznou hlavou se považuje 3-5 mm.

• Při spuštění jakéhokoli poplašného zařízení se vysokotlaká nádrž automaticky uzamkne.

• Pokud je nalezena vadná součást, měli byste uvést její sériové číslo, dobu používání a uvést příznaky poruchy.

• Snížení tlaku na kompresor může výrazně prodloužit životnost O-kroužků.

• Životnost zařízení a účinnost řezání lze zlepšit nepřetržitým monitorováním tlaku.

• Při řezání křehkých materiálů, jako je sklo, se doporučuje snížit tlak.

• V případě častého používání CNC USB rozhraní se doporučuje použít další USB kabel, aby nedošlo k poškození samotného rozhraní.

• Pro zamezení bobtnání při řezání tenkých materiálů se doporučuje použít speciální voštinovou podlahu, kterou si můžete zakoupit u naší společnosti.