Zarządzanie procesem produkcyjnym, zarządzanie produkcją
Narzedziownie.pl - portal dla firm produkujących formy wtryskowe, tłoczniki, wykrojniki i inne narzędzia

Drukuj | Prześlij link znajomemu | Wyszukaj w serwisie

Waterjet- cięcie wodą lub wodą z dodatkiem ścierniwa.

W technologii waterjet można ciąć:

  • blachy stalowe,
  • metale kolorowe i ich stopy
  • aluminium i stopy aluminium,
  • tworzywa sztuczne,
  • gumę,
  • szkło,
  • kamienie ozdobne,
  • marmur,
  • watę szklaną,
  • wełnę mineralną,
  • papier,
  • tekturę,
  • sklejkę,
  • kompozyty,
  • ciastka,
  • mrożonki,
  • i wiele innych materiałów, słowem- prawie wszystko.

Cięcie w technologii waterjet wykonuje się dwoma metodami:

  • Cięcie czystą wodą:
    W powyższej metodzie możemy ciąć żywność, papier, tekstylia, gumę, tworzywa sztuczne (PU, PTFE, PVC), sklejkę, piankę. itp
  • Cięcie z dodatkiem ścierniwa:
    Druga metoda zwana jest cięciem abrazywnym. Stosuje się ją w przypadkach kiedy cięcie czystą wodą jest niewystarczające. Do wody dodawana jest specjalna domieszka ścierniwa aby zwiększyć efektywność cięcia. Metoda cięcia abrazyjnego wykorzystywana jest do grubych i twardych materiałów: stal, aluminium, stopy metali kolorowych, szkło, glazura, marmur, ceramika, kamień, szkło kuloodporne.

Przykłady detali wykonanych tchniką waterjet lub abrasive waterjet (cięcie ze ścierniwem)


Szkło i aluminium (wykonanie: firma Advanced Waterjet & Engraving, Anaheim, CA)


Część wykonana z aluminium o grubości 200mm za pomocą urządzenia tnącego wodą ze ścierniwem.


Prototyp części do Tilt-A-Jet®.


Część wycięta z ceramiki


Część wykonana z miedzi o grubości 1.3 cm


Szkło kwarcowe- smok


Części z utwardzonej stali narzędziowej (wykonanie: firma Magnecomp Corp, Temecula, CA)


Puzzle z pianki, wycięte strumieniem wody bez ścierniwa, w mniej niż 3 minuty.


Detal ze stali nierdzewnej (OMAX- producent systemów waterjet).


Detale wycięte ze stali o grubości 79mm.


Mozaika wykonana z brązu i granitu (wykonanie firma: DreamWeaver Designs)


Mozaika kamienna wykonana przez firmę Stephen Arnn Design, San Francisco, California


Ten smok jest wykonany z drewna sosnowego o grubości 1.3 cm

Podstawowe zalety cięcia wodą

  • wysoka jakość ciętych krawędzi - nie ma ostrych krawędzi, zadziorów, poszarpanych brzegów;
  • w procesie wycinania nie następują jakiekolwiek procesy temperaturowe w strefie cięcia, dzięki czemu obrabiany materiał nie wykazuje jakichkolwiek zmian termicznych;
  • uniwersalność zastosowania technologii waterjet – cięcie szerokiej gamy materiałów;
  • możliwość cięcia twardych materiałów o dużej grubości;
  • powyżej grubości 5 mm koszt cięcia wodą jest niższy od cięcia laserowego, niższy od cięcia i obrabiania metodą tradycyjną;
  • mała szerokość cięcia;
  • krótki okres realizacji od momentu otrzymania projektu;
  • wysokie liniowe prędkości cięcia;
  • małe siły kątowe oddziałujące na materiał;
  • brak potrzeby ostrzenia narzędzi, minimalne wymagania montażowe;
  • cięcie waterjet skraca proces budowy prototypów;
  • cięcie wodą umożliwia elastyczną produkcję, just-in-time;
  • wykorzystanie systemów CAD/CAM pozwala maksymalnie wykorzystać materiały;
  • brak emisji szkodliwych pyłów i wyziewów;
  • niska temperatura procesu ok 40°C - eliminuje to ryzyko zmian w strukturze materiału, nie przypala krawędzi elementu wycinanego, nie występuje niekontrolowane hartowanie materiału itp...;
  • systemy waterjet, mogą być wyposażone w sterowniki CNC

10 głównych powodów by wybrać cięcie wodą

  1. Duża różnorodność materiałów, które można ciąć w ten sposób.
  2. Bardzo dobre wykończenie detalu, bez konieczności dodatkowej obróbki wykańczającej krawędzie.
  3. Proces nie wywołuje reakcji cieplnych- materiały nie ulegają topnieniu
  4. Przyjazny dla środowiska- nie wydzielają się żadne gazy toksyczne, woda ze ścierniwem może być wykorzystana wielokrotnie.
  5. Brak konieczności zmiany narzędzi- jedna dysza służy do wycinania wszystkich kształtów i materiałów
  6. Minimalne niepożądane ślady po cięciu, bądź nawet ich brak w większości materiałów.
  7. Bardzo szybkie do oprogramowania- bardzo często wystarczy jedynie wgrać rysunek CAD lub DXF, podać rodzaj i grubość materiału, a reszta ustawień jest wyliczna automatycznie.
  8. Szybka zmiana produkowanego asortymentu- łatwe programowanie, brak konieczności zmian narzędzi skrawających
  9. Duży wybór oprzyrządowania i oprogramowania dodatkowego.
  10. Bardzo znaczna redukcja czasu etapu przygotowania produkcji.

Dla kogo przeznaczone są systemy do cięcia wodą?

Najważniejsze jest, by pamiętać o tym, że nie należy generalizować i mówić, że systemy są idealne dla całej branży narzędziowej, czy dla wszystkich firm zajmujących się obróbką metalu, kamienia itd. Prawda jest taka, że to każdy warsztat jest inny i decyzja o tym, czy w jego przypadku maszyny do cięcia wodą znajdą zastosowanie zawsze jest podjęta indywidualnie i zależna od specyfiki produkcji.

Bardzo często przy podejmowaniu decyzji dwa kryteria traktowane były jako główne: czas produkcji i dokładność wykonywanych detali. Jednak obecnie zostały one poszerzone. Warto jest bowiem zwrócić uwagę na zagadnienia opisane poniżej:
  • Bardzo szybkie oprogramowanie maszyny i przygotowanie do produkcji detalu
    Największą chyba zaletą jest możliwość bardzo szybkiego podjęcia produkcji detalu, co sprawia, że opłacalne staje się produkowanie nawet bardzo krótkich serii, czy wręcz pojedynczych elementów. Zaletą jest także fakt, że łatwo i w krótkim czasie można przestawić się na produkcję innych detali.
  • Brak stref zmienionych pod wpływem ciepła (tak jak to jest w przypadku cięcia laserem czy plazmą)- przy cięciu wodą nie występuje grzanie się czy topienie materiału.
    W przypadku cięcia laserowego czy plazmą krawędzie detalu są zmienione przez obróbkę cieplną, co powoduje konieczność ich dalszej obróbki- gładzenia, szlifowania itp. Kolejny etap procesu przyczynia się do wydłużenia czasu i wzrostu kosztów produkcji. Obróbka za pomocą strumienia wody ze ścierniwem nie powoduje odkształceń termicznych, co pozwala uniknąć dalszej obróbki detalu- definitywnie oszczędza czas i pieniądze.
  • Brak konieczności dalszej obróbki
    Niekiedy detalowi trzeba nadać szorstkości przed kolejną konwencjonalną obróbką mechaniczną. Za pomocą plazmy lub lasera można to zrobić szybciej i taniej, ale pozbycie się powstałych przy tym nadtopionych krawędzi może być trudne i kosztowne zarazem.
  • Stosunkowo mały koszt zakupu systemu do cięcia wodą w porównaniu do systemów do cięcia laserem.
    Jest to prawdą. Jeśli warsztat zleca wykonanie cięcia na laserze innemu podwykonawcy, ponieważ nie stać go na własny laser, lub nie ma aż tyle zleceń, by mogły pokryć koszty zakupu urządzenia laserowego- jego kierownik powinien rozważyć zakup systemu do cięcia wodą. Systemy tego typu są nawet o jedną trzecią tańsze od systemów laserowych (nawet tych o małej mocy).
  • Możliwość bardzo ścisłego rozmieszczenia detali na arkuszu materiału- czyli minimalizacja odpadów.
    Ta cecha jest bardzo ważna szczególnie dla tych warsztatów, które pracują z bardzo drogimi materiałami, np. takimi jak tytan.

Gdzie stosować systemy waterjet?

Materiały i ich grubość

Najbardziej systemy waterjet nadają się do precyzyjnego cięcia metali, takich jak aluminium, stal narzędziowa, stal nierdzewna, tytan, stal zbrojeniowa, o grubości do 2,5cm. Właśnie takie materiały mają bardzo szerokie zastosowanie w przemyśle narzędziowym. Doskonale nadają się do obróbki za pomocą komputerowo sterowanych systemów waterjet. Wycięte z ich pomocą części zachowują dokładność ±0.1 mm, przy jednoczesnym bardzo dobrym wykończeniu powierzchni (nie jest konieczna jakakolwiek obróbka wygładzająca.
Przy grubości od 4.7 mm do25 mm, prędkość obróbki nieznacznie spada, lecz jest nadal dobra. Dla grubości powyżej 25 mm, proces zaczyna zwalniać a dokładność detalu i jakość powierzchni cięcia również stają się gorsze. Parametry te mogą się nieznacznie różnić, w zależności od typu i producenta maszyny do cięcia wodą ze ścierniwem. Kwadratowe, ostre wewnętrzne kąty zaczynają być problemem, ponieważ dokładność cięcia jest gorsza przy dolnej płaszczyźnie detalu
Powyżej 50 mm grubości, proces znacząco zwalnia a dokładność spada do in thickness ±0.1 mm, lub też jest dużo trudniejsza do osiągnięcia. Dodanie większej mocy do dyszy tnącej ( poprzez zwiększenie ciśnienia lub ilości przepływającej wody) może przyspieszyć proces dla grubszych materiałów, lecz nie koniecznie poprawić dokładność cięcia.

Kształty

Systemy cięcia wodą mogą wyciąć praktycznie każdy dwuwymiarowy kształt- szybko i dokładnie- w materiale cieńszym niż 25 mm. Jedynym ograniczeniem jest to, że minimalny wewnętrzny kąt musi być równy ½ średnicy strumienia tnącego. Niektóre maszyny umożliwiają uzyskanie bardzo cienkich strumieni- nawet rzędu 0.25 mm.

Skomplikowane części, z dużą ilością ostrych wewnętrznych kątów mogą być wykonane szybko i z dużą dokładnością w materiałach do 12 mm grubości, stają się niedokładne a ich wykonanie zajmuje sporo czasu w przypadku cięcia w grubych materiałach- powyżej 75mm. Tak więc im więcej owalnych kształtów zawiera detal i im więcej ciągłych przebiegów można zaprogramować do jego wycięcia w tym grubszym materiale można go wykonać, przy relatywnie małym koszcie z wykorzystaniem cięcia wodą.

Liczebność serii

Jednym z naprawdę dużych atutów technologii waterjet jest to, że za jej pomocą można wykonać zarówno długie serie jak i jednostkową produkcję detalu. Producenci tego typu systemów wraz z maszyną dostarczają oprogramowanie, które pozwala na bardzo szybkie odtworzenie detalu w postaci cyfrowej i rozpoczęcie produkcji. Zwykle zaprogramowanie wycięcia jednej, bardzo skomplikowanej części, której oprogramowanie dla tradycyjnego, pionowego centrum obróbczego doświadczonemu programiście zajęło by więcej niż jeden dzień, w przypadku maszyn typu waterjet zabiera jedynie kilka minut.

Systemy te są idealne dla krótkich serii, lub serii wykonywanych w partiach po kilkaset sztuk. Ważne jest również to, że produkcję można w dowolnym momencie przerwać i bez konieczności zmieniania narzędzia rozpocząć realizację innego, priorytetowego zlecenia. Systemy waterjet doskonale nadają się również do produkcji prototypów. Z powodzeniem mogą być wykorzystywane w mniejszych warsztatach naprawczych by wykonać część zgodnie z indywidualnym zapotrzebowaniem.

Otwory

Jedną z cech wyróżniających systemy cięcia wodą jest fakt, że za ich pomocą można wykonać dziurę, bez konieczności wcześniejszego wykonywania mechanicznie wywiercanego startera lub pilotażowego otworu. Co to tej cechy istnieją jednak pewne ograniczenia.

Systemy waterjet posiadają opcje Stacjonarnego przebijania otworów i Dynamicznego przebijania otworów i Impulsowego przebijania otworów. Stacjonarne wycinanie powoduje powstanie okrągłego otworu o średnicy 0.9 mm. Jeśli materiał ma grubości od 6 mm, strumień zaczyna się odbijać w trakcie przebijania, co znacznie spowalnia proces i może spowodować, że dziura straci okrągły kształt i nie będzie przebita prosto.

Przebicie otworu w kawałku stali narzędziowej o grubości 50 mm może zabrać całkiem sporo czasu, ponieważ strumień odbija się kierując wodę w stronę dyszy. Impulsowe przebijanie eliminuje tę wadę, ponieważ dysza w trakcie pracy automatycznie cofa się i obniża wzdłuż osi o ok. 2.2 mm. To bardzo znacząco przyspiesza proces przebijania i sprawia, że możliwe jest uzyskanie otworu od przybliżonej długości 2.2 mm i szerokości 1 mm.

Dynamiczne przebijanie jest używane jako alternatywa do przebijania impulsowego i może być stosowane tam, gdzie jest wystarczająco dużo miejsca, jako że dysza ulega przesuwowi. Ta metoda jest najszybsza, jednak wymaga sporo miejsca.

Robienie otworów w kruchych, laminowanych lub kompozytowych materiałach może być prawdziwym wyzwaniem. Kiedy pierwszy strumień dotyka powierzchni kruchego materiału (szkło, marmur), może go pokruszyć, może też spowodować rozwarstwienie laminowanego materiału lub połamanie kompozytu. Nisko ciśnieniowe przekłuwanie otworów używa minimalnej ilości wody przy minimalnym ciśnieniu, (niekiedy tak małym jak 69,000 kPa) eliminuje ten problem dla większości materiałów. Maszyny mogą być zaopatrzone w systemy niskociśnieniowe, lub w takie, które stopniowo zwiększają ciśnienie, w miarę tworzenia się otworu, zapobiegając pęknięciom lub delaminacji.

Jakkolwiek dla ‘trudnych’ materiałów zalecane są testy przed przystąpieniem do produkcji. Niektóre kompozyty są bardzo niejednorodne; dla nich nie można dać gwarancji, że otwory będą jednakowe. Rozsądnym wyjściem w takich wypadkach jest wykorzystanie konwencjonalnego wiercenia by wykonać niewielkie otwory.

Dokładność detalu

Nawet najbardziej precyzyjna tabela X-Y nie zagwarantuje wykonania dokładnie takich samych części za pomocą systemów cięcia wodą ze ścierniwem. Związane jest to z faktem, że sam strumień tnący nie jest sztywny.

Na następujące rzeczy należy zwrócić uwagę:

Jet Drag



W miarę posuwania się strumienia przez materiał, dolna część strumienia pozostaje nieco z tyłu za górną częścią. W przypadku prostych cięć nie stanowi to problemu. Jednak gdy wycinany ma być kąt lub pętla przesuw strumienia musi byś zwolniony, żeby zapobiec podcięciom lub nadcięciom detalu.

Należy zwrócić baczną uwagę, czy software dostarczany wraz z urządzeniem automatycznie modeluje proces cięcia strumieniem zależnie od kształtu detalu. Jednak dla materiału grubszego niż 5cm bardzo trudno kompensuje się niedoskonałości strumienia wody ze ścierniwem, i jest wręcz niemożliwe zachowanie takiej dokładności jak w przypadku cieńszych materiałów.

Podcięcie a szybkość posuwu

Ogólnie mówiąc- im wolniej przesuwa się strumień tym szerszą szczelinę wycina. Efekt podcięć nie występuje w przypadku cieńszych, twardych materiałów (np.: stal nierdzewna do 12mm), ale może się pojawić i wynosić nawet 0.1 mm lub więcej w przypadku grubych lub miękkich materiałów. Niestety, minimalnych odchyleń nie da się całkowicie uniknąć ze względu na to, że strumień zwalnia przy wycinaniu kątów, a przyspiesza przy prostych cięciach.

Stożkowatość otworów

Stożkowatość cięcia może się przydarzyć w przypadku cięcia bardzo cienkich materiałów, ale praktycznie zanika przy materiałach o grubości 1.2 cm, a później znowu zaczyna się pogłębiać w miarę wzrostu grubości materiału. W przypadku bardzo grubych materiałów wycinana szczelina może nabrać kształtu beczułkowatego- wierzchnia i spodnia średnica szczeliny może mierzyć tyle samo, ale środek będzie odrobinę szerszy. Ponownie należy zwrócić uwagę na dostarczany software i to, czy jest on wyposażony w funkcje korygujące.

Odległość dyszy od materiału

Główną przyczyną występowania stożkowatości jest zmienna odległość materiału od dyszy. Można uogólnić, że im większa odległość końcówki dyszy od materiału tym większa stożkowatość cięcia.
Z drugiej strony jeśli odstęp jest zbyt mały dysza będzie miała tendencje do zatykania się przy pierwszym uruchomieniu, ponieważ pierwszy strumień wody nie będzie miał wystarczająco dużo miejsca by opuścić tubę miksującą. Typowa odległość od materiału to około1 mm. Jeśli górna powierzchnia materiału jest pomarszczona, pofalowana lub nieregularna- odstęp będzie ulegał zmianie, w miarę posuwu strumienia. To oczywiście spowoduje zmiany odległości dyszy od powierzchni , a co za tym idzie może mięć wpływ na dokładność wykonania detalu.
Z reguły maszyny do cięcia wodą są tak zaprojektowanie do współpracy z gładką, ułożoną równolegle do dyszy powierzchnią materiału. Takie założenie pozwala na ustawienie dyszy bardzo blisko powierzchni materiału. Aby uzyskać największą możliwą dokładność można uprzednio nawiercić wszystkie otwory, ustawiając dyszę w odpowiedniej odległości od materiału, a dopiero później wciąć detal, przybliżając dyszę jak najbliżej materiału (co zapewni dużą dokładność cięcia). Jednak dla znaczącej większości detali ustawienie odległości dyszy na poziomie 1 mm wystarcza do uzyskania bardzo dobrych rezultatów.

Komu systemy wysokociśnieniowego cięcia wodą ze ścierniwem raczej nie są potrzebne:

Mimo wielu zalet systemów cięcia wodą ze ścierniwem, istnieją również zastosowania, dla których takie rozwiązanie nie jest najlepsze. Przykładowo:
  • Niskokosztowa produkcja, w której dokładność wykonania nie jest najważniejsza.
    Może to być cięcie grubych materiałów izolacyjnych wykorzystywanych w budownictwie. Takie rozwiązanie w tym przypadku jest zdecydowanie zbyt kosztowne.
  • Używanie systemów waterjet jako zwykłej ‘piły’, do prostych, długich cieć
    Z wyjątkiem nielicznych wypadków, bardziej sensowne i tańsze jest zakupienie konwencjonalnej piły (wyjątkiem może być cięcie płyt wykonanych z grubej, hartowanej stali lub innych specjalnych materiałów takich jak Inconel®).
  • Wycinanie w twardych, grubych stalach, do wykonania którego można z powodzeniem wykorzystać cięcie plazmą.
    Jeśli dokładność cięcia plazmą jest wystarczająca i wpływ ciepła nie ma większego znaczenia dla finalnego wyrobu rozwiązanie plazmowe wydaje się być najlepsze, gdyż jest stosunkowo tanie, szybkie i elastyczne.
  • Zastosowania do cięcia rur
    Odległość strumienia od ciętej powierzchni będzie zmienna w miarę cięcia, co spowoduje szorstkość powierzchni po przecięciu.
  • Cięcie materiałów pustych w środku
    Zawsze dolna powierzchnia będzie miała postrzępione krawędzie (nie będzie tak gładka jak górna powierzchnia) i będzie wymagała ewentualnej dalszej obróbki- wygładzenia.
  • Cięcie drewna
    Trudno jest przecenić zastosowanie zwykłej, tradycyjnej piły do drewna- jest tania i precyzyjna. Jednak niektóre systemy waterjet są używane do cięcia drewna, zwłaszcza na skomplikowane, niespotykane kształty (przykładowo do mozaik parkietowych, szczególnych zdobień meblowych).
  • Do tworzenia części, które naprawdę wymagają specjalistycznej obróbki i maszyny 5-cio osiowej.
    Rynek obrabiarek pięcioosiowych jest bardzo szeroki i dużo bardziej wyspecjalizowany niż rynek systemów do cięcia wodą.

W artykule wykorzystano zasoby dostępne na stronach firmy producenta systemów do cięcia wodą, firmy OMAX. http://www.omax.com


Liczba wyświetleń tego artykułu: 34150

Artykuł pochodzi ze strony: www.Narzedziownie.pl
© 2005 - Galactica Sp.j.