Vízsugaras vágás

Vízzel vágás

A vízsugár erejének hasznosítása

A természetben a víz romboló ereje az erózió kapcsán már évmilliók óta ismert tény. Számos példáját ismerjük ezen erő hatásának akár közvetlen környezetünkben is. Azok a vízmosások, folyóvölgyek, melyek ma látványukkal gyönyörködtetnek, tulajdonképpen víz pusztító erejének termékei.

A vízsugár előbb említett tulajdonságának hasznosítása több évtizedre nyúlik vissza. A 30-as években amerikai és szovjet mérnökök tették meg az első lépéseket abban az irányban, hogy nagy nyomású vízsugarat a bányászatban kövek és barnaszén darabolására használjanak. A technológia közben folyamatosan fejlődött. Ennek a folyamatnak jelentős lökést adott a repülőgép-ipari hasznosítás, amikor korábban soha nem használt anyagokat tudtak beépíteni. A korábbi vágási eljárásokat túlhaladva a vízsugaras vágás ugyanis lehetővé tette jó műszaki tulajdonságokkal rendelkező anyagok megmunkálását, amire korábban nem nyílt lehetőség.

A 60-as évek vége felé amerikai repülőgépgyárak ezt a technológiát használták szállal erősített, sejtszerkezetű, valamint szendvicsanyagok vágására. Ezek az anyagok különösen érzékenyen reagálnak a magas hőmérsékletű, ill. a nagy mechanikai igénybevételű beavatkozásokra. A hagyományos lángvágó, fűrészelő, nyíró technológiák itt jelentősen károsíthatják az anyagszerkezetet.

 

A vízsugaras vágás előnyei más eljárásokkal szemben

A legnagyobb előnye a vízsugaras vágásnak más technológiákkal szemben az, hogy ez egy hidegvágási eljárás, így gyakorlatilag minden anyag vágására alkalmas. Olyan esetekben is jó megoldást nyújt, ahol más eljárások - ha használhatóak is ugyan - gyenge eredményt produkálnak. A hőbeviteli eljárások megégéssel, beolvadással járnak a vágási felület mentén.

A lézer- és plazmavágás során előfordul, hogy az anyagban túl nagy feszültség, esetenként hajszálrepedés keletkezik, vagy ötvözeteknél sérül az anyagkapcsolat. Előfordul az is, hogy olyan mérgező gázok keletkezhetnek, melyeket hatástalanítani kell. Ezzel szemben a vízsugaras vágásnál a felület nem edződik, nem púposodik fel, nem képződik salakanyag, nincs beolvadás, és nem keletkezik semmilyen gáz. Egyes anyagok - pl. kemény műanyagok, műanyag bevonatú fémek - vágására szinte ez az egyetlen alkalmazható eljárás, mivel nem károsítja a felületet. Vastagabb és keményebb fémeknél ha lehet is, nem éri meg másképpen darabolni a lemezt, mivel a szerszámkopás igen jelentős költséget jelent. A titán, a saválló acél, a réz és az alumínium pl. gondot okoz ezekben az esetekben.

Elvárások a vágási eljárásokkal szemben

Az ipari vágás iránti kereslet az elmúlt években drasztikusan nőtt. Az igények egyre inkább a jobb termelékenység és nagyobb vágási sebesség irányába mutatnak. Egyre inkább képesnek kell lenni ugyanakkor bonyolult formák pontos vágására úgy, hogy a vágott felületek jó minőségűek legyenek.

A vízsugaras vágással nagy méretpontosságot lehet elérni úgy, hogy a vágott élek nem sérülnek meg. Olyan jó minőségű felületet lehet biztosítani, mely nem igényel további megmunkálást, így adott munkadarabok elkészítési ideje jelentősen rövidülhet. Bonyolult alakzatok vágására a vízsugaras vágás különösen hatékony eljárásnak mondható, hiszen így minden alakzat kivágható. Rugalmasan kezelhetőek az apró méretváltozások, illetve az egyedi minták is. Az a lehetőség, hogy egy vágást az anyagban bárhol el lehet kezdeni, valamint a minimális vágórés lehetőséget ad a minél tökéletesebb anyagkihasználásra, kevés tehát a hulladék.

 

 Technológiai sajátosságok

A gép elvi felépítése

A berendezés alapvetően két egységből épül fel: a nyomásfokozó berendezésből, és az igényeknek megfelelően kialakított vezérléssel ellátott vágógépből. A nagynyomású pumpa 360 MPa körüli víznyomást állít elő, majd a vízsugár egy speciális zafírkövön jön ki, a nyomásból származó energiát átalakítva kinetikai energiává, ami kb. 800-900 m/s-os sebességet jelent. Az így keletkező energia elegendő ahhoz, hogy a vízsugár különböző anyagokat vágjon nagy pontossággal, gazdaságosan és gyorsan. A berendezés teljesítményigényét az előállított nyomás, valamint a szükséges vízmennyiség határozza meg. Egy 360 MPaos nyomás előállításához 3,5 l/perces vízmennyiség mellett, kb. 30 Kw-os berendezés szükséges.

A víz vétele hálózati vízrendszerről történik. A rendszer vízelőkészítést igényel a vízkövesedés megakadályozásának érdekében. A berendezés két lépcsőben állítja elő a már említett nyomásértéket: az első körben egy hidraulika-olajjal működő axiáldugattyús szivattyú 27 MPa nyomást produkál, majd az olaj szelepeken keresztül - vezérlés segítségével - egy dugattyús nyomás-fokozóba kerül, ahol a dugattyúk nyomófelületeinek 13x-os különbsége adja a rendszerbe kerülő víz végső nyomását. A vágógépen tulajdonképpen kettő vagy három tengely egy időben történő vezérlését kell megoldani, attól függően, hogy 2D-s vagy 3D-s megmunkálást szeretnénk elérni. A 3D-s alkalmazás lehetőségeit jelentősen csökkenti az az objektív tény, hogy a kilépő sugár fennmaradt energiá-jának elnyelését meg kell oldani. 2D-ben gondolkodva ez nem okoz problémát, mivel az energiát egy vízzel teli kád nyeli el. 3D-ben ez már nem olyan egyszerű.

Technológiai ismertető

Technológiai szempontból két csoportra bonthatók a vágandó anyagok: az egyikbe azok tartoznak, amiket tiszta vízzel, csak a nagy nyomás (3600 bar) segítségével lehet vágni, ide tartozik a gumi, 3-4 mm-es habosított PVC, styrofoam, linóleum, habanyagok. Ekkor a vágási rés 0.1-0.2 mm. A másik csoportba azok tartoznak, amelyek vágásához abrazív anyagot (gránit homokot) keverünk a vágósugárba, így a víz energiájával, valamint a homok koptató hatásával érjük el az anyag kettéválasztást. A vágórés ebben az esetben 0.8-1 mm közötti.A két sematikus ábrán jól látható a két technológia közötti különbség.

A nagy nyomású vízsugaras vágás jellemzői

Egy nagy nyomású pumpa 3600 bar körüli víznyomást állít elő, majd a vízsugár egy speciális tűn (zafír) jön ki kb. igen nagy sebességgel. Az így keletkező energia elegendő ahhoz, hogy a vízsugár különböző anyagokat vágjon nagy pontossággal, gazdaságosan és gyorsan. Kemény anyagok vágásakor a vízsugárba apró szemcséjű abrazívanyagot (gránithomok) kell keverni. Ilyenkor nem maga víz, hanem a gránit vág, amelyet a víz kb. 800 m/s sebességgel sodor. Puhább anyagok vágására önmagában a tiszta víz is alkalmas. Ebben az esetben olyan hajszálvékony sugárral lehet vágni, hogy lehetőség nyílik a kivágott darabok hézagmentes illesztésére.

Vágási sajátosságok

Vizsgáljuk meg hogyan lehet befolyásolni két olyan tényezőt, amely nagyban meghatározza, a technológia felhasználását, alkalmazhatósági területét. Az egyik a kúposság kialakulása, a vastagság mentén, a másik pedig a sugárelhajlásból származó alá-metszések. Nézzük előbb a kúpusság problémáját.A fúvókán kilépő sugár átmérője 0,8 mm, ami meghatározza a vágandó anyagon a vágórés szélességét. Ellenben, ahogy haladunk lejjebb az anyagvastagságban, a sugár veszít erejéből, így a hátoldalon kilépő víz már csak 0,4-0,5 mm-es rést tud vájni magának. Ebből is érzékelhető, hogy a sebesség csökkentésével lehet minimalizálni a kúposságot, amit a mellékelt fotón jól lehet látni. A látható minőséget viszont a normál vágási sebesség harmadával lehet elérni. Ekkor már a sugár okozta nyomokat sem lehet látni a felületen. A másik jelenség a sugárelhajlás és az ebből adódó alámetszések. Az újabb építésű gépeknél ezek a kedvezőtlen hatások a fej minimális döntésének vezérlésével már kiküszöbölhetőek.

A vágás elmélete a szemcsék koptató hatásán alapul, ezért olyan sebességet kell választani, hogy a sugárban lévő gránit szemcsék ideális szögben találkozzanak a vágandó anyag felületével, hogy minél nagyobb hatásfokkal sodorja ki a "felesleges" anyagot. Viszont minél jobb ez a hatásfok, annál barázdáltabb, durvább a vágott felület. Ezen peremfeltételek tudatában kell meghatározni a megfelelő beállítandó paramétereket a vágás során. Természetesen a munkadarab további feldolgozása szempontjából kell ezt vizsgálni. A különböző alkalmazási területeket a következő diagramm szemlélteti.

A különböző vágási paraméterek változtatásával egy 10 mm-es KO33-as acélalkatrészen keresztül is nyomon követhetjük a felület változását, illetve az alámetszéseket.

Max. sebesség: 205 mm/min
Gyorsítási tényező: 9 mm/sec2
Vágott hossz:0.85 m
Vágási idő: 5'25"
Max. sebesség: 290 mm/min
Gyorsítási tényező: 20 mm/sec2
Vágott hossz:0.85 m
Vágási idő: 3'18"
Max. sebesség: 240 mm/min
Gyorsítási tényező: 20 mm/sec2
Vágott hossz:0.87 m
Vágási idő: 4'31"
   
  A vágási felület nem jelentősen különbözikaz első képtől
Minimális utómunkát igénylő alkatrészek kivágásához, nem funkcionális felületeknél, további megmunkálás nélkül is alkalmazható.Darabolás, illetve olyan esetek, ahol további megmunkálásra kerül a felület, vagy ahol az esztétika szempontok is nélkülözhetőekAz alámetszések elkerülése nem csak a sebesség csökkentésével, hanem a technológiai áttervezés-sel is elkerülhetők, rádiuszokkal, vagy sarokkicsípésekkel

A vágás minőségét befolyásoló tényezők

- Anyag fajtája
- Vízsugár átmérője
- Előállított víznyomás
- Vágási eljárás: tiszta víz v. abrazív
- Vágási sebesség
- Abrazív anyag minősége, mennyisége, adagolása
- Vágófej távolsága az anyagtól

Vágható anyagok

Szinte minden anyag megmunkálható ezzel az eljárással.Néhány érdekesebb anyag:
- Hőálló és edzhető acélok
- KO 33 50 mm vastag
- 35%-ban üveget tartalmazó poliészter 40 mm vastag
- PUR hab 1 m vastag
- Gránit 60 mm vastag
- Grafit lemez anyagvastagság: 2 mm  

 

Kapcsolódó galéria:


1 .

2 .

3 .

4 .

5 .
 

Cím: 1116 Budapest, Vegyész u. 17-25 (DAN Üzleti Park)
Tel.: (06-1) 371-0192 | Nyitvatartás: H-P: 8.00-16.00

web:www.pxs.hu