Tăiere cu jet de apă

Principiul tăierii cu jet de apă

Apă sub presiune ridicată Duza de apa pura Abraziv Duza de focalizare abrazivă ghid Grindă de tăiere material de tăiat

Tăierea tablelor cu jet de apă

Tăiere cu jet de apă este un proces de fabricație din grupul principal al separării . Acolo este obișnuit cu tăierea prin fuziune cu fascicul laser , tăierea cu flacără și tăierea prin fuziune cu plasmă a grupului de metode abrazive asociate. Se face distincția între tăierea cu jet de apă cu apă pură și tăierea abrazivă, în care se adaugă în apă un material dur, prafos - abrazivul . Mașina-unealtă asociată este mașina de tăiat cu jet de apă .

Cu tăierea cu jet de apă pură, materialele moi, cum ar fi materialele plastice, folii, spume sau hârtie sunt separate. Tăierea abrazivă este utilizată pentru materiale dure precum oțelul, ceramica sau sticla. Este deosebit de important atunci când tăiați materiale compozite care nu pot fi tăiate în mod satisfăcător folosind metode convenționale. De asemenea, este foarte ecologic.

poveste

Jeturile de apă au fost utilizate în minerit la începutul secolului al XX-lea pentru a elimina depunerile de pietriș sau argilă. În minele de aur din California, venele de aur erau separate de pietre și pământ. Din 1930, inginerii americani și ruși l-au folosit pentru curățarea pieselor turnate. La acea vreme, se foloseau presiuni de numai 100  bari . Primul brevet a fost acordat lui Norman Franz pentru o mașină care funcționa cu 700 de bare. La sfârșitul anilor 1960 a fost folosit în industria aeronavelor pentru a separa piesele sensibile la căldură, cum ar fi compozite de fibre , fagure de miere și materiale laminate . Începând cu 1974, particulele dure au fost utilizate ca aditivi în jetul de apă, ceea ce a crescut considerabil calitatea pieselor de prelucrat și rentabilitatea procesului și a dus astfel la descoperirea sa în aplicațiile industriale. În 1975/76, materialele de construcție, materialele plastice și cartonul ondulat au fost separate prin procedeu.

Mecanisme de acțiune și principii fizice

Îndepărtarea materialului în tăierea cu jet de apă se bazează pe presiunea ridicată pe care o provoacă jetul pe suprafața piesei de prelucrat. Aceasta este o diferență importantă pentru procesele concurente care se bazează pe energie termică, cum ar fi tăierea cu fascicul laser, plasmă și oxigen combustibil. Jetul de apă separă numai particulele microscopice aproape de suprafață. Prin urmare, nu există expansiune a piesei de prelucrat din cauza căldurii sau a forțelor de prelucrare. Apa care curge transversal din punctul de acțiune provoacă, de asemenea, forțe de forfecare care contribuie și la îndepărtarea materialului. În cazul materialelor dure , fragile , cum ar fi ceramica sau fonta , forțele de compresiune conduc la microfisuri la suprafață, care se propagă și se combină și astfel detașează particule. În cazul materialelor moi, dure ( ductile ), cum ar fi oțelul , materialul se poate deforma inițial plastic fără a se desprinde. Acest lucru poate duce la întărirea muncii , ceea ce duce la fragilizarea materialului și, astfel, permite îndepărtarea materialului. În plus, pot exista modificări ale structurii cristaline a metalelor. Deformațiile promovează luxații și acumulări de goluri în zăbrele, care conduc, de asemenea, la formarea fisurilor.

Atunci când jetul de tăiere pătrunde mai adânc în material, împinge o pernă de pradă în fața sa și pierde energie din cauza fricțiunii de la fâșie. Prin urmare, calitatea realizabilă a stâlpului, măsurată ca rugozitate , scade continuu. La îmbinare , asemănător tăierii cu flacără, există un model tipic sub forma unei structuri canelate, care este denumită și „ trezire canelată ”.

Fasciculul putere la ieșirea duzei poate din secțiunea transversală a duzei, densitatea lichidului și viteza fasciculului sunt calculate pentru${\ displaystyle P}$${\ displaystyle A}$${\ displaystyle \ rho}$${\ displaystyle v}$

${\ displaystyle P = \ rho A {\ frac {v ^ {3}} {2}}}$.

Viteza jetului are, prin urmare, o influență foarte mare asupra performanței, care este proporțională cu . Viteza jetului corespunde neglijării fricțiunii țevii și a duzei ${\ displaystyle v ^ {3}}$

${\ displaystyle v = {\ sqrt {\ frac {2p} {\ rho}}}.}$

În consecință, principalele influențe asupra puterii jetului sunt diametrul duzei și presiunea. Trebuie menționat, totuși, că la presiuni foarte mari, apa nu mai poate fi considerată ca fiind aproximativ incompresibilă. De la 1 la 4000 bari, de exemplu, apa este comprimată cu 13,2% din volum datorită compresibilității sale.

Componentele sistemului

Mașinile constau în esență din trei componente:

• Un tratament al apei pentru desalinizare și filtrare pentru a reduce uzura componentelor,
• generarea de presiune ridicată prin intermediul pompelor și
• generarea efectivă a fasciculului cu o duză al cărei diametru este între 0,1 mm și 0,5 mm.

tehnologie

În practica industrială, se utilizează presiuni între 1000 și 4000 de bari și viteze de aproximativ 900 m / s. Presiunea pompei, distanța duzei, diametrul duzei și viteza de avans sunt utilizate ca parametri de proces . Acestea determină aportul de energie la punctul de acțiune și, de asemenea, rezultatul muncii în ceea ce privește calitatea suprafeței și productivitatea realizată . Dacă sunt adăugate abrazive la jet, rezultă și alte variabile de control: tipul solidului (duritatea), mărimea bobului , debitul masic , diametrul focalizării și lungimea focalizării . Solidele au ca rezultat o îmbinare mai largă, dar cresc separabilitatea.

Presiunea de lucru sau de tăiere pe suprafața piesei de prelucrat determină adâncimea de tăiere . Pentru a asigura îndepărtarea materialului este necesară o presiune de cel puțin 600 bar. După aceea, adâncimea de tăiere crește liniar cu creșterea presiunii. Se utilizează presiuni de tăiere de până la 6200 bari. Diametrul duzei este direct proporțional cu adâncimea de tăiere, în timp ce distanța duzei este invers proporțională.

Tăiere cu apă pură

Un măr este tăiat cu un jet de apă.

Piesa de prelucrat este separată de un jet de apă pură. În principal materialele moi, dar și cele dure sunt prelucrate cu apă pură. Acestea includ pelicule de plastic , textile , elastomeri , termoplastice , hârtie , fibre , spumă și materiale de izolare și produse alimentare . La o presiune de 4000 bari, de exemplu, se pot separa textile cu o grosime de până la 30 mm. Tăierea apei pure este ecologică: nu există așchii , praf de măcinat, gaze toxice sau poluarea aerului. Lubrifianții de răcire nu sunt necesari, iar apa utilizată poate fi utilizată ca material pentru ciclu. Cu tăierea cu apă pură, jetul are un diametru foarte mic și nu are tendința de a forma picături nedorite. Acest lucru permite obținerea celui mai bun rezultat cu grosimi reduse ale materialului. Se utilizează în principal mașini cu mai multe duze, care rulează pe una sau mai multe traversări.

Tăiere abrazivă

Pentru a genera un jet de apă abraziv din jetul de apă pură, se adaugă un abraziv în apă. În principiu, există două sisteme de tăiere cu jet abraziv, care diferă în ceea ce privește generarea, proprietățile și aplicațiile lor. Principala lor diferență este timpul și locul adăugării abrazive, ceea ce duce la proprietățile specifice ale jetului.

Tăiere cu jet de suspensie abrazivă

Cu jet de apă-abraziv-suspensie (WASS) se caracterizează prin faptul că agentul de sablare și apa sunt amestecate în fața duzei. Aceasta are ca efect, spre deosebire de WAIS, jetul să fie format doar din 2 componente (apă - abrazivă).

Deoarece WASS are doar 2 componente (apă și abraziv), boabele abrazive sunt accelerate de apă cu un grad de eficiență semnificativ mai mare în comparație cu WAIS. Cu aceleași performanțe hidraulice ale sistemului, boabele abrazive sunt mai rapide cu WASS decât cu WAIS. Prin urmare, WASS poate tăia comparativ mai adânc sau mai rapid.

Spre deosebire de procesul de tăiere cu jet de injecție-jet abraziv descris mai jos, tăierea cu jet de suspensie cu apă abrazivă poate fi utilizată și pentru aplicații de tăiere mobilă și sub apă, pe lângă procesarea materialelor solicitante . Exemple sunt eliminarea bombelor și demontarea centralelor offshore sau demontarea internă a vaselor sub presiune ale reactorului în centralele nucleare.

Tăiere cu jet de injector abraziv

Jetul injectorului abraziv de apă (WAIS) este generat de un jet de apă care, după ieșirea din duza de apă, trece printr-o cameră de amestecare (o cavitate) și intră într-un tub de focalizare la ieșirea camerei de amestecare. Interacțiunea jetului de apă din camera de amestecare cu aerul din ea creează o presiune negativă, jetul de apă trage aer cu el. Această presiune negativă este utilizată pentru transportul pneumatic al abrazivului în cameră (abrazivul este alimentat către o deschidere laterală (gaură) din camera de amestecare prin intermediul unui furtun).

După ce materialul abraziv din camera de amestecare intră în contact cu jetul de apă, boabele abrazive individuale sunt accelerate și transportate în direcția tubului de focalizare. Aerul folosit ca mediu purtător pentru transportul abrazivului în camera de amestecare devine, de asemenea, parte a WAIS, care este acum format din 3 componente (apă - abraziv - aer). În tubul de focalizare, care este (ar trebui) optimizat în ceea ce privește lungimea acestuia, abrazivul este accelerat în continuare (transferul de energie din apă către bobul abraziv), iar WAIS părăsește tubul de focalizare în mod ideal cu viteza maximă posibilă a bobului abraziv.

Tăierea abrazivă este utilizată pentru piese dure sau groase. Nisipul de granat sau măslin este de obicei folosit ca abraziv, iar uneori corindonul este folosit pentru materiale mai moi. Poate fi folosit pentru a separa piatra , sticla antiglonț , ceramică , grafit , lemn , marmură și toate metalele . Laminatele realizate din materiale cu diferite puncte de topire pot fi separate în mod curat numai prin acest proces. Este posibilă prelucrarea oțelurilor până la o grosime de 50 mm sau a altor metale de până la 120 mm. Viteza mare a jetului creează o presiune negativă în capul de tăiere, care aspiră abrazivul în camera de amestecare și îl amestecă cu apa. Amestecul este concentrat și accelerat de duza abrazivă. Diametrul jetului este cu aproximativ 0,2 mm mai mare decât la tăierea cu apă pură. Pe de altă parte, capacitatea de tăiere crește odată cu duritatea abrazivului utilizat.

Defect pe piesa de prelucrat

Eroare groove (următoare eroare)

Defectele canelurii afectează calitatea suprafeței articulației. Eroarea canelurii crește odată cu creșterea vitezei de tăiere. Influența este mică asupra tăieturilor drepte, dar poate fi foarte mare în locuri cu o curbură mare, cum ar fi colțurile. Prin urmare, colțurile trebuie tăiate la o viteză mai mică.

Suprafețe tăiate în formă de V

Suprafețele tăiate în formă de V sunt create similar cu tăierea prin fuziune cu plasmă. La viteze mari de tăiere, îmbinarea este mai largă în partea superioară decât în ​​partea inferioară. La viteze mici este invers. Între acestea există o viteză la care suprafețele tăiate se desfășoară paralel. Eroarea unghiului scade:

• cu atât distanța dintre duze este mai mică
• cu atât materialul piesei de prelucrat este mai dur
• cu atât abrazivul este mai uniform
• cu atât grosimea piesei de prelucrat este mai mică
• cu atât focalizarea duzei este mai bună.

utilizare

Pe lângă tăiere, jeturile de apă sunt utilizate și pentru debavurare , tencuială și jeturi de apă (curățarea suprafețelor).

Tăierea cu jet de apă este utilizată atunci când materialele care urmează să fie prelucrate sunt sensibile la temperatură. Jetul fin permite tăierea contururilor foarte filigrane și complexe. Tăierea poate începe în orice punct al piesei de prelucrat și nu trebuie neapărat să înceapă de la margine în cazul tablelor sau a foliilor. Materialele care au o suprafață care reflectă lumina sunt dificil de prelucrat cu lasere; cu jeturi de apă, însă, nu cauzează probleme. Materialele plastice armate cu fibră de sticlă sau carbon pot fi prelucrate în mod deosebit cu tăierea cu jet de apă, în comparație cu procesele de prelucrare care duc la distrugerea materialelor. Spre deosebire de uneltele fixe, jetul de apă nu se poate bloca. Datorită temperaturilor scăzute de prelucrare, nu se produc vapori toxici la prelucrarea materialelor plastice.

Marginea de tăiere înclinată, care duce la toleranțe relativ slabe de formă și poziție , este un dezavantaj .

Dovezi individuale

1. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, ediția a XI-a, p. 408.
2. ↑ Risse: Procese de fabricație în mecanică, Feinwerk- und Präzisionsgerätetechnik , Springer, 2012, p. 133 f.
3. ↑ König, Klocke: Procesul de fabricație 3 - Ablație, generație și prelucrare a materialelor cu laser , ediția a IV-a, 2007, p. 321.
4. ↑ Risse: Procese de fabricație în mecanică, Feinwerk- und Präzisionsgerätetechnik , Springer, 2012, p. 136f.
5. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, ediția a XI-a, p. 408.
6. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, ediția a XI-a, p. 408.
7. ↑ König, Klocke: Procesul de fabricație 3 - Ablația, generarea și prelucrarea materialelor laser , ediția a 4-a, 2007, p. 322.
8. ↑ Risse: Procese de fabricație în mecanică, Feinwerk- und Präzisionsgerätetechnik , Springer, 2012, p. 136.
9. ↑ König, Klocke: Procesul de fabricație 3 - Ablație, generare și prelucrare a materialelor laser , ediția a IV-a, 2007, p. 323 f.
10. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, ediția a XI-a, p. 409.
11. ↑ König, Klocke: Procesul de fabricație 3 - Ablație, generare și prelucrare a materialelor laser , ediția a IV-a, 2007, p. 326 f.
12. ↑ Risse: Procese de fabricație în mecanică, Feinwerk- und Präzisionsgerätetechnik , Springer, 2012, p. 138 f.
13. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, ediția a XI-a, p. 410.
14. ↑ König, Klocke: Procesul de fabricație 3 - Ablație, generare și prelucrare a materialelor laser , ediția a IV-a, 2007, p. 327.
15. ↑ König, Klocke: Procesul de fabricație 3 - Ablație, generare și prelucrare a materialelor laser , ediția a IV-a, 2007, p. 327.
16. ↑ Water-Abrasive-Suspension-Jet-Cutting (WASS) - Institutul pentru Știința Materialelor. Adus la 30 iunie 2021 . 
17. ↑ Măsurarea și analiza vitezei particulelor abrazive în AWSJ . În: Procedia Engineering . bandă 149 , 1 ianuarie 2016, ISSN  1877-7058 , p. 77-86 , doi : 10.1016 / j.proeng.2016.06.641 ( sciencedirect.com [accesat la 1 iulie 2021]). 
18. ↑ Biroul de presă: procesele de înaltă performanță înving materialele de înaltă performanță. Adus la 12 iulie 2021 . 
19. ↑ Prof. Dr.-Ing. Michael Kaufeld, Prof. Dr.-Ing. Frank Pude, diplomat-ing. Marco Linde: ConSus - Sistemul cu jet de suspensie abraziv cu apă cu o alimentare continuă de abrazivi. În: https://studium.hs-ulm.de/de/users/625229/Documents/Ingenieurspiegel%20ConSus_IS_3_2019.pdf . Oglinda inginerească. Volumul 3-2019. Public Verlagsgesellschaft und Werbungagentur mbH, Bingen, pp. 23-25., Martie 2019, accesat la 8 iulie 2021 (germană). 
20. ↑ Water-Abrasive-Suspension-Jet-Cutting (WASS) - Institutul pentru Știința Materialelor. Adus la 12 iulie 2021 . 
21. ^ NDR: eliminarea bombelor: noua tehnologie cu jet de apă. Adus la 12 iulie 2021 . 
22. ^ Proiect de dezafectare finalizat pentru platforma offshore din Orientul Mijlociu. Adus la 12 iulie 2021 . 
23. ↑ Utilizarea spectaculoasă a roboților: robotul subacvatic Stäubli dezmembrează componentele centralei nucleare radioactive. 7 ianuarie 2021, accesat la 12 iulie 2021 (germană). 
24. ↑ Water-Abrasive-Injector-Jet-Cutting (WAIS) - Institutul pentru Știința Materialelor. Adus la 30 iunie 2021 . 
25. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, ediția a XI-a, p. 411.
26. ↑ Tehnologie de tăiere abrazivă. Adus pe 23 ianuarie 2017 . 
27. ↑ König, Klocke: Procesul de fabricație 3 - Ablație, generare și prelucrare a materialelor laser , ediția a IV-a, 2007, p. 327.
28. ↑ König, Klocke: Procesul de fabricație 3 - Ablație, generare și prelucrare a materialelor laser , ediția a IV-a, 2007, p. 327.
29. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, ediția a XI-a, p. 412.
30. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, ediția a XI-a, p. 412 f.
31. ↑ Tăierea cu jet de apă salarială | CutCut Germania. Adus la 16 octombrie 2020 . 
32. ↑ König, Klocke: Procesul de fabricație 3 - Ablație, generație și prelucrare a materialelor cu laser , ediția a IV-a, 2007, p. 321.

Link-uri web

• Tăierea cu jet de apă explicată pe Youtube