Waterstraalsny mag dalk 'n eenvoudiger verwerkingsmetode wees, maar dit is toegerus met 'n kragtige pons en vereis dat die operateur bewus moet bly van die slytasie en akkuraatheid van verskeie dele.
Die eenvoudigste waterstraalsnyproses is die proses om hoëdrukwaterstrale in materiale te sny. Hierdie tegnologie is gewoonlik aanvullend tot ander verwerkingstegnologieë, soos freeswerk, laser, EDM en plasma. In die waterstraalproses word geen skadelike stowwe of stoom gevorm nie, en geen hitte-geaffekteerde sone of meganiese spanning word gevorm nie. Waterstrale kan ultradun besonderhede op klip, glas en metaal sny; vinnig gate in titanium boor; voedsel sny; en selfs patogene in drankies en dips doodmaak.
Alle waterstraalmasjiene het 'n pomp wat die water onder druk kan plaas vir aflewering na die snykop, waar dit omgeskakel word na 'n supersoniese vloei. Daar is twee hooftipes pompe: direkte aandrywingspompe en boosterpompe.
Die rol van die direkte aandrywingspomp is soortgelyk aan dié van 'n hoëdrukreiniger, en die driesilinderpomp dryf drie plunjers direk vanaf die elektriese motor aan. Die maksimum deurlopende werkdruk is 10% tot 25% laer as soortgelyke boosterpompe, maar dit hou hulle steeds tussen 20 000 en 50 000 psi.
Versterker-gebaseerde pompe maak die meerderheid ultra-hoëdrukpompe uit (dit wil sê pompe van meer as 30 000 psi). Hierdie pompe bevat twee vloeistofkringe, een vir water en die ander vir hidroulika. Die waterinlaatfilter gaan eers deur 'n 1 mikron patroonfilter en dan 'n 0,45 mikron filter om gewone kraanwater in te suig. Hierdie water gaan die boosterpomp binne. Voordat dit die boosterpomp binnegaan, word die druk van die boosterpomp op ongeveer 90 psi gehandhaaf. Hier word die druk verhoog tot 60 000 psi. Voordat die water uiteindelik die pompstel verlaat en die snykop deur die pyplyn bereik, gaan die water deur die skokbreker. Die toestel kan drukskommelings onderdruk om die konsekwentheid te verbeter en pulse wat merke op die werkstuk laat, uit te skakel.
In die hidrouliese kring trek die elektriese motor tussen die elektriese motors olie uit die olietenk en plaas dit onder druk. Die olie onder druk vloei na die spruitstuk, en die klep van die spruitstuk spuit afwisselend hidrouliese olie aan beide kante van die beskuitjie- en plunjersamestelling in om die slagaksie van die booster te genereer. Aangesien die oppervlak van die plunjer kleiner is as dié van die beskuitjie, "verhoog" die oliedruk die waterdruk.
Die booster is 'n suierpomp, wat beteken dat die beskuit- en plunjersamestelling hoëdrukwater van die een kant van die booster aflewer, terwyl laedrukwater die ander kant vul. Hersirkulasie laat ook die hidrouliese olie afkoel wanneer dit na die tenk terugkeer. Die terugslagklep verseker dat laedruk- en hoëdrukwater slegs in een rigting kan vloei. Die hoëdruksilinders en eindkappe wat die plunjer- en beskuitkomponente omsluit, moet aan spesiale vereistes voldoen om die kragte van die proses en konstante druksiklusse te weerstaan. Die hele stelsel is ontwerp om geleidelik te faal, en lekkasies sal na spesiale "dreineringsgate" vloei, wat deur die operateur gemonitor kan word om gereelde onderhoud beter te skeduleer.
'n Spesiale hoëdrukpyp vervoer die water na die snykop. Die pyp kan ook bewegingsvryheid vir die snykop bied, afhangende van die grootte van die pyp. Vlekvrye staal is die materiaal van keuse vir hierdie pype, en daar is drie algemene groottes. Staalpype met 'n deursnee van 1/4 duim is buigsaam genoeg om aan sporttoerusting te koppel, maar word nie aanbeveel vir langafstandvervoer van hoëdrukwater nie. Aangesien hierdie buis maklik is om te buig, selfs in 'n rol, kan 'n lengte van 10 tot 20 voet X-, Y- en Z-beweging bereik. Groter 3/8-duim pype 3/8-duim dra gewoonlik water van die pomp na die onderkant van die bewegende toerusting. Alhoewel dit gebuig kan word, is dit oor die algemeen nie geskik vir pyplynbewegingstoerusting nie. Die grootste pyp, wat 9/16 duim meet, is die beste vir die vervoer van hoëdrukwater oor lang afstande. 'n Groter deursnee help om drukverlies te verminder. Pype van hierdie grootte is baie versoenbaar met groot pompe, want 'n groot hoeveelheid hoëdrukwater het ook 'n groter risiko van potensiële drukverlies. Pype van hierdie grootte kan egter nie gebuig word nie, en toebehore moet by die hoeke geïnstalleer word.
Die suiwer waterstraalsnymasjien is die vroegste waterstraalsnymasjien, en die geskiedenis daarvan kan teruggevoer word na die vroeë 1970's. In vergelyking met kontak of inaseming van materiale, produseer hulle minder water op die materiale, dus is hulle geskik vir die produksie van produkte soos motorinterieurs en weggooibare doeke. Die vloeistof is baie dun - 0.004 duim tot 0.010 duim in deursnee - en bied uiters gedetailleerde geometrieë met baie min materiaalverlies. Die snykrag is uiters laag, en die bevestiging is gewoonlik eenvoudig. Hierdie masjiene is die beste geskik vir 24-uur-werking.
Wanneer 'n snykop vir 'n suiwer waterstraalmasjien oorweeg word, is dit belangrik om te onthou dat die vloeisnelheid die mikroskopiese fragmente of deeltjies van die skeurmateriaal is, nie die druk nie. Om hierdie hoë spoed te bereik, vloei water onder druk deur 'n klein gaatjie in 'n edelsteen (gewoonlik 'n saffier, robyn of diamant) wat aan die einde van die mondstuk vasgemaak is. Tipiese snywerk gebruik 'n openingdiameter van 0,004 duim tot 0,010 duim, terwyl spesiale toepassings (soos spuitbeton) groottes tot 0,10 duim kan gebruik. Teen 40 000 psi beweeg die vloei vanaf die opening teen 'n spoed van ongeveer Mach 2, en teen 60 000 psi oorskry die vloei Mach 3.
Verskillende juweliersware het verskillende kundigheid in waterstraalsny. Saffier is die mees algemene materiaal vir algemene doeleindes. Hulle hou ongeveer 50 tot 100 uur se snytyd, hoewel die skuurwaterstraaltoepassing hierdie tye halveer. Robyne is nie geskik vir suiwer waterstraalsny nie, maar die watervloei wat hulle produseer, is baie geskik vir skuursny. In die skuursnyproses is die snytyd vir robyne ongeveer 50 tot 100 uur. Diamante is baie duurder as saffiere en robyne, maar die snytyd is tussen 800 en 2 000 uur. Dit maak die diamant veral geskik vir 24-uur-werking. In sommige gevalle kan die diamantopening ook ultrasonies skoongemaak en hergebruik word.
In die skuurwaterstraalmasjien is die meganisme van materiaalverwydering nie die watervloei self nie. Omgekeerd versnel die vloei skuurdeeltjies om die materiaal te korrodeer. Hierdie masjiene is duisende kere kragtiger as suiwer waterstraalsnymasjiene en kan harde materiale soos metaal, klip, saamgestelde materiale en keramiek sny.
Die skuurstroom is groter as die suiwer waterstraalstroom, met 'n deursnee tussen 0.020 duim en 0.050 duim. Hulle kan stapels en materiale tot 10 duim dik sny sonder om hitte-geaffekteerde sones of meganiese spanning te skep. Alhoewel hul sterkte toegeneem het, is die snykrag van die skuurstroom steeds minder as een pond. Byna alle skuurstraaloperasies gebruik 'n straaltoestel, en kan maklik oorskakel van enkelkopgebruik na veelkopgebruik, en selfs die skuurwaterstraal kan omgeskakel word na 'n suiwer waterstraal.
Die skuurmiddel is hard, spesiaal geselekteerde en gegrootte sand - gewoonlik granaat. Verskillende roostergroottes is geskik vir verskillende take. 'n Gladde oppervlak kan verkry word met 120 maas skuurmiddels, terwyl 80 maas skuurmiddels meer geskik is vir algemene toepassings. 'n Snyspoed van 50 maas skuurmiddels is vinniger, maar die oppervlak is effens growwer.
Alhoewel waterstrale makliker is om te gebruik as baie ander masjiene, vereis die mengbuis die aandag van die operateur. Die versnellingspotensiaal van hierdie buis is soos 'n geweerloop, met verskillende groottes en verskillende vervangingslewe. Die langdurige mengbuis is 'n revolusionêre innovasie in skuurwaterstraalsny, maar die buis is steeds baie broos - as die snykop in aanraking kom met 'n toebehore, 'n swaar voorwerp of die teikenmateriaal, kan die buis breek. Beskadigde pype kan nie herstel word nie, dus om koste laag te hou, moet vervanging geminimaliseer word. Moderne masjiene het gewoonlik 'n outomatiese botsingsopsporingsfunksie om botsings met die mengbuis te voorkom.
Die skeidingsafstand tussen die mengbuis en die teikenmateriaal is gewoonlik 0.010 duim tot 0.200 duim, maar die operateur moet in gedagte hou dat 'n skeiding groter as 0.080 duim rypvorming bo-op die snyrand van die onderdeel sal veroorsaak. Onderwater sny en ander tegnieke kan hierdie rypvorming verminder of uitskakel.
Aanvanklik was die mengbuis van wolframkarbied gemaak en het dit slegs 'n lewensduur van vier tot ses snyure gehad. Vandag se laekoste-saamgestelde pype kan 'n snyleeftyd van 35 tot 60 uur bereik en word aanbeveel vir growwe snywerk of die opleiding van nuwe operateurs. Die saamgestelde gesementeerde karbiedbuis verleng sy lewensduur tot 80 tot 90 snyure. Die hoëgehalte-saamgestelde gesementeerde karbiedbuis het 'n snyleeftyd van 100 tot 150 uur, is geskik vir presisie en daaglikse werk, en toon die mees voorspelbare konsentriese slytasie.
Benewens die verskaffing van beweging, moet waterstraalmasjiengereedskap ook 'n metode insluit om die werkstuk vas te maak en 'n stelsel vir die versameling en opgaar van water en puin uit masjineringsbewerkings.
Stasionêre en eendimensionele masjiene is die eenvoudigste waterstrale. Stasionêre waterstrale word algemeen in lugvaart gebruik om saamgestelde materiale te snoei. Die operateur voer die materiaal in die stroom soos 'n bandsaag, terwyl die opvanger die stroom en puin opvang. Die meeste stasionêre waterstrale is suiwer waterstrale, maar nie almal nie. Die snymasjien is 'n variant van die stasionêre masjien, waarin produkte soos papier deur die masjien gevoer word, en die waterstraal sny die produk in 'n spesifieke breedte. 'n Dwarssnymasjien is 'n masjien wat langs 'n as beweeg. Hulle werk dikwels met snymasjiene om roosteragtige patrone op produkte soos verkoopsmasjiene soos brownies te maak. Die snymasjien sny die produk in 'n spesifieke breedte, terwyl die dwarssnymasjien die produk wat daaronder gevoer word, dwars sny.
Operateurs moet nie hierdie tipe skuurwaterstraal handmatig gebruik nie. Dit is moeilik om die gesnyde voorwerp teen 'n spesifieke en konstante spoed te beweeg, en dit is uiters gevaarlik. Baie vervaardigers sal nie eers masjiene vir hierdie instellings kwoteer nie.
Die XY-tafel, ook genoem 'n platbed-snymasjien, is die mees algemene tweedimensionele waterstraalsnymasjien. Suiwer waterstrale sny pakkings, plastiek, rubber en skuim, terwyl skuurmodelle metale, komposiete, glas, klip en keramiek sny. Die werkbank kan so klein as 2 × 4 voet of so groot as 30 × 100 voet wees. Gewoonlik word die beheer van hierdie masjiengereedskap deur CNC of rekenaar hanteer. Servomotors, gewoonlik met geslote-lus terugvoer, verseker die integriteit van posisie en spoed. Die basiese eenheid sluit lineêre gidse, laerhuise en balskroefaandrywers in, terwyl die brugeenheid ook hierdie tegnologieë insluit, en die versameltenk materiaalondersteuning insluit.
XY-werkbanke kom gewoonlik in twee style voor: die middelste-spoor-werkbank sluit twee basis-gidse en 'n brug in, terwyl die vrydraende werkbank 'n basis en 'n stewige brug gebruik. Beide masjientipes sluit 'n vorm van kophoogteverstelbaarheid in. Hierdie Z-as-verstelbaarheid kan die vorm aanneem van 'n handmatige krukas, 'n elektriese skroef of 'n volledig programmeerbare servoskroef.
Die opvangbak op die XY-werkbank is gewoonlik 'n watertenk gevul met water, wat toegerus is met roosters of latte om die werkstuk te ondersteun. Die snyproses verbruik hierdie stutte stadig. Die lokval kan outomaties skoongemaak word, die afval word in die houer gestoor, of dit kan handmatig wees, en die operateur skep die blik gereeld skoon.
Namate die proporsie items met byna geen plat oppervlaktes toeneem nie, is vyf-as (of meer) vermoëns noodsaaklik vir moderne waterstraalsny. Gelukkig bied die liggewig snyerkop en lae terugslagkrag tydens die snyproses ontwerpingenieurs vryheid wat hoë-las freeswerk nie het nie. Vyf-as waterstraalsny het aanvanklik 'n sjabloonstelsel gebruik, maar gebruikers het gou na programmeerbare vyf-as oorgeskakel om van die koste van die sjabloon ontslae te raak.
Selfs met toegewyde sagteware is 3D-sny egter meer ingewikkeld as 2D-sny. Die saamgestelde stertgedeelte van die Boeing 777 is 'n uiterste voorbeeld. Eerstens laai die operateur die program op en programmeer die buigsame "pogostick"-staf. Die oorhoofse kraan vervoer die materiaal van die onderdele, en die veerstaaf word tot 'n gepaste hoogte afgeskroef en die onderdele word vasgemaak. Die spesiale nie-snydende Z-as gebruik 'n kontaksonde om die onderdeel akkuraat in die ruimte te posisioneer, en monsterpunte om die korrekte onderdeelhoogte en rigting te verkry. Daarna word die program herlei na die werklike posisie van die onderdeel; die sonde trek terug om plek te maak vir die Z-as van die snykop; die program loop om al vyf asse te beheer om die snykop loodreg op die oppervlak wat gesny moet word, te hou, en om soos nodig te werk. Beweeg teen presiese spoed.
Skuurmiddels word benodig om saamgestelde materiale of enige metaal groter as 0.05 duim te sny, wat beteken dat die uitwerper verhoed moet word om die veerstaaf en gereedskapbed na sny te sny. Spesiale puntvangs is die beste manier om vyf-as waterstraalsny te bereik. Toetse het getoon dat hierdie tegnologie 'n 50-perdekrag-straalvliegtuig onder 6 duim kan stop. Die C-vormige raam verbind die vanger aan die Z-as pols om die bal korrek te vang wanneer die kop die hele omtrek van die onderdeel afsny. Die puntvanger stop ook skuur en verbruik staalballe teen 'n tempo van ongeveer 0.5 tot 1 pond per uur. In hierdie stelsel word die straal gestop deur die verspreiding van kinetiese energie: nadat die straal die lokval binnedring, ontmoet dit die ingeslote staalbal, en die staalbal roteer om die energie van die straal te verbruik. Selfs wanneer dit horisontaal en (in sommige gevalle) onderstebo is, kan die puntvanger werk.
Nie alle vyf-as-onderdele is ewe kompleks nie. Soos die grootte van die onderdeel toeneem, word programaanpassing en verifikasie van onderdeelposisie en snyakkuraatheid meer ingewikkeld. Baie werkswinkels gebruik daagliks 3D-masjiene vir eenvoudige 2D-snywerk en komplekse 3D-snywerk.
Operateurs moet bewus wees dat daar 'n groot verskil is tussen onderdeelakkuraatheid en masjienbewegingsakkuraatheid. Selfs 'n masjien met byna perfekte akkuraatheid, dinamiese beweging, spoedbeheer en uitstekende herhaalbaarheid mag dalk nie "perfekte" onderdele kan produseer nie. Die akkuraatheid van die voltooide onderdeel is 'n kombinasie van prosesfout, masjienfout (XY-prestasie) en werkstukstabiliteit (bevestiging, platheid en temperatuurstabiliteit).
Wanneer materiale met 'n dikte van minder as 1 duim gesny word, is die akkuraatheid van die waterstraal gewoonlik tussen ±0.003 tot 0.015 duim (0.07 tot 0.4 mm). Die akkuraatheid van materiale wat meer as 1 duim dik is, is binne ±0.005 tot 0.100 duim (0.12 tot 2.5 mm). Die hoëprestasie XY-tafel is ontwerp vir lineêre posisioneringsakkuraatheid van 0.005 duim of hoër.
Potensiële foute wat akkuraatheid beïnvloed, sluit in gereedskapkompensasiefoute, programmeringsfoute en masjienbeweging. Gereedskapkompensasie is die waarde wat in die beheerstelsel ingevoer word om die snywydte van die straal in ag te neem - dit wil sê die hoeveelheid snypad wat uitgebrei moet word sodat die finale onderdeel die korrekte grootte kry. Om potensiële foute in hoë-presisie werk te vermy, moet operateurs proefsnitte uitvoer en verstaan dat gereedskapkompensasie aangepas moet word om by die frekwensie van mengbuisslytasie te pas.
Programmeringsfoute kom meestal voor omdat sommige XY-kontroles nie die afmetings op die onderdeelprogram vertoon nie, wat dit moeilik maak om die gebrek aan dimensionele ooreenstemming tussen die onderdeelprogram en die CAD-tekening op te spoor. Belangrike aspekte van masjienbeweging wat foute kan veroorsaak, is die gaping en herhaalbaarheid in die meganiese eenheid. Servo-aanpassing is ook belangrik, want onbehoorlike servo-aanpassing kan foute in gapings, herhaalbaarheid, vertikaliteit en geraas veroorsaak. Klein onderdele met 'n lengte en breedte van minder as 12 duim benodig nie soveel XY-tafels as groot onderdele nie, dus is die moontlikheid van masjienbewegingsfoute minder.
Skuurmiddels maak twee derdes van die bedryfskoste van waterstraalstelsels uit. Ander sluit in krag, water, lug, seëls, terugslagkleppe, openinge, mengpype, waterinlaatfilters en onderdele vir hidrouliese pompe en hoëdruksilinders.
Volkrag-werking het aanvanklik duurder gelyk, maar die toename in produktiwiteit het die koste oortref. Namate die skuurvloeitempo toeneem, sal die snyspoed toeneem en die koste per duim afneem totdat dit die optimale punt bereik. Vir maksimum produktiwiteit moet die operateur die snykop teen die vinnigste snyspoed en maksimum perdekrag laat loop vir optimale gebruik. As 'n 100-perdekrag-stelsel slegs 'n 50-perdekrag-kop kan laat loop, kan die gebruik van twee koppe op die stelsel hierdie doeltreffendheid bereik.
Die optimalisering van skuurwaterstraalsny vereis aandag aan die spesifieke situasie, maar kan uitstekende produktiwiteitsverhogings bied.
Dit is onverstandig om 'n lugspleet groter as 0.020 duim te sny, want die straal maak in die gaping oop en sny grofweg laer vlakke. Deur die materiaalvelle styf teen mekaar te stapel, kan dit voorkom word.
Meet produktiwiteit in terme van koste per duim (dit wil sê die aantal onderdele wat deur die stelsel vervaardig word), nie koste per uur nie. Trouens, vinnige produksie is nodig om indirekte koste te amortiseer.
Waterstrale wat dikwels saamgestelde materiale, glas en klippe deurboor, moet toegerus wees met 'n beheerder wat waterdruk kan verminder en verhoog. Vakuumondersteuning en ander tegnologieë verhoog die waarskynlikheid om brose of gelamineerde materiale suksesvol deur te steek sonder om die teikenmateriaal te beskadig.
Materiaalhanteringsoutomatisering maak slegs sin wanneer materiaalhantering 'n groot deel van die produksiekoste van onderdele uitmaak. Skuurwaterstraalmasjiene gebruik gewoonlik handmatige aflaai, terwyl plaat sny hoofsaaklik outomatisering gebruik.
Die meeste waterstraalstelsels gebruik gewone kraanwater, en 90% van waterstraaloperateurs tref geen voorbereidings behalwe om die water te versag voordat dit na die inlaatfilter gestuur word nie. Die gebruik van omgekeerde osmose en deioniseerders om water te suiwer, mag dalk aanloklik wees, maar die verwydering van ione maak dit makliker vir die water om ione van metale in pompe en hoëdrukpype te absorbeer. Dit kan die lewensduur van die opening verleng, maar die koste om die hoëdruksilinder, terugslagklep en einddeksel te vervang, is baie hoër.
Onderwatersny verminder oppervlakversiering (ook bekend as "misvorming") op die boonste rand van skuurwaterstraalsny, terwyl dit ook straalgeraas en werkplekchaos aansienlik verminder. Dit verminder egter die sigbaarheid van die straal, daarom word dit aanbeveel om elektroniese prestasiemonitering te gebruik om afwykings van piektoestande op te spoor en die stelsel te stop voor enige komponentskade.
Vir stelsels wat verskillende skuurskermgroottes vir verskillende take gebruik, gebruik asseblief addisionele berging en meting vir algemene groottes. Klein (100 lb) of groot (500 tot 2 000 lb) grootmaatvervoer en verwante meetkleppe maak vinnige oorskakeling tussen skermmaasgroottes moontlik, wat stilstand en moeite verminder, terwyl produktiwiteit verhoog word.
Die skeier kan effektief materiale met 'n dikte van minder as 0.3 duim sny. Alhoewel hierdie nokke gewoonlik 'n tweede slyp van die tap kan verseker, kan hulle vinniger materiaalhantering bewerkstellig. Harder materiale sal kleiner etikette hê.
Masjien met 'n skuurwaterstraal en beheer die snydiepte. Vir die regte onderdele kan hierdie ontluikende proses 'n dwingende alternatief bied.
Sunlight-Tech Inc. het GF Machining Solutions se Microlution-lasermikrobewerking- en mikrofreessentrums gebruik om onderdele met toleransies van minder as 1 mikron te produseer.
Waterstraalsny neem 'n plek in die veld van materiaalvervaardiging in beslag. Hierdie artikel kyk na hoe waterstrale vir jou winkel werk en kyk na die proses.
Plasingstyd: 4 September 2021