Wycinanie wodne

Cicha woda brzegi rwie, a "głośna"? Świst strumienia wody pod wysokim ciśnieniem przebija oraz wycina najtwardsze metale i kamienie. Swoją wszechstronnością oraz ekonomicznością zdobywa sobie uznanie fachowców, którzy znajdują dla niej zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu. I łatwiej tu wymienić byłoby materiały nie poddające się wodnemu ostrzu niż te które z powodzeniem woda przecina. Przecinanie materiałów o różnej grubości, strukturze, giętkości nie jest wyzwaniem, podobnie jak wrażliwość cieplna ciętego przedmiotu nie zostanie nadwyrężona dzięki znikomemu wpływowi wydzielanej podczas przecinania temperatury. Na ciętej krawędzi ani w jej okolicy nie powstają naloty ani nawisy, gdyż omiatający ją strumień wody zabiera ze sobą wszelkie pozostałości procesu cięcia, a wąska wiązka wydobywająca się z waterjeta umożliwia zwiększenie wydajności ekonomicznej procesu technologicznego. Jest ona zwielokrotniana dzięki łatwości obsługi, sterowania i kalibracji urządzenia otwierając technologię nie tylko na produkcję wieloseryjną lecz małe prototypowe wyroby i krótkie serie.


Na poniższym filmie możemy zaobserwować jak odbywa się przecinanie sztucznego tworzywa akrylowego oraz nierdzewnej stali z różnymi parametrami jakościowymi, a także stan krawędzi po przecięciu (na samym końcu filmu)

Zwiększanie wydajności cięcia

Oprócz stosowania zaawansowanych metod projektowania procesu technologicznego w celu zmaksymalizowania wydajności nie zaniedbujmy trywialnych z pozoru czynności mających często bardzo wydatny wpływ na ostateczną efektywność, gdyż nie tylko zwielokrotnienie ciśnienia i ilości głowic nam to zapewnia.

ProXtract to urządzenie ułatwiające zdejmowanie wyciętych detali, poprawiające zarówno bezpieczeństwo i wydajność osoby pracujacej bezpośrednio na maszynie. Wyposażony w przyssawkę o nośności do 18 kg oraz magnes zdolny utrzymać metalowy przedmiot do ok. 11 kg daje możliwość niemal bezdotykowego operowania na zróżnicowanych kształtach. Obsługa ProXtract'ora jest trywialna, co zobaczymy na filmie poniżej:

Rozładunek nie będzie już wąskim gardłem w Twoim zakładzie.

Cięcie wodą

Pisał Owidiusz przed laty "Gutta cavat lapidem non vi sed saepe cadendo" ("Kropla drąży skałę nie siłą, lecz częstym padaniem"). Nie śniło się mu wówczas nawet, że techniczny postęp zmusi i jego popularne powiedzenie do kapitulacji. Otóż jeśli kroplom nadać odpowiednią siłę wydrąży nie tylko skałę, a metale lub szkło. Odpowiednio dobrany strumień wody poradzi sobie także z dużo bardziej wrażliwymi materiałami: od ceramiki, tworzywa sztuczne, drewno aż po żywność. Można rzec, że jest to czysta energia skondensowana w strumieniu wody przecinającym napotkaną na drodze materię. Niezwykle szeroką wszechstronność cięcia wodą zapewnia znikome wydzielanie temperatury (nie przekracza ona 40 stopni), braku spalania, stapiania, efektu sublimacji czy wpływu środków chemicznych i gazów.

Aby uzyskać większą efektywność tnącej wody stosuje się ponadto dodatek ścierniwa w odpowiednich proporcjach dozowanego do napędzanego pompą strumienia (szczególnie przy cięciu metalu lub szkła). Kolejną możliwością zwiększenia wydajności maszyny waterjet to stosowanie wielu głowic tnących pracujących w tym samym czasie, na tym samym materiale. Dzięki temu możemy uzyskać wydajność zbliżoną do alternatywnych metod, takich jak cięcie laserem lub cięcie plazmowe, przy dużo oszczędniejszemu, prostszemu i czystszemu (także w sensie ekologicznym) procesowi obróbki materiałów. Cięcie wodą łączy ekonomiczność wykonywania zadań z elastycznością dopasowywania procesu bez konieczności przeciwstawiania ich jakości oraz efektywności produkcji.

Wycinanie wodą marmuru

Na filmie możemy zobaczyć jak wygląda proces wycinania wodnego w marmurze dwudziestomilimetrowym oraz imponujące efekty cięcia w postaci fantazyjnych marmurowych posadzek. Dwie głowice prowadzące cięcie jednocześnie zwiększają wydajność urządzenia.

Prędkość cięcia wodą

Jakość cięcia, przekładająca się na gładkość ciętej krawędzi metalu, jest oczywiście kluczowym czynnikiem w produkcji metalowych elementów. Wybór cięcia wodnego podyktowany jest często właśnie jakością i brakiem konieczności późniejszej obróbki, wygładzania czy szlifowania wyciętego elementu. Nie zawsze i nie wszyscy rzecz jasna wymagają najwyższej jakości nawet jeśli w grę nie wchodzą czynniki czasowe oraz finansowe lecz aby wykorzystać cały potencjał drzemiący w technologii wodnej oraz w sterowaniu numerycznym cnc nasze urządzenia powinny umożliwiać osiąganie wysokiej jakości cięcia oraz wyważanie relacji pomiędzy takimi czynnikami jak jakość, koszt i czas.
Wycinanie wodą stali oferuje szerokie spektrum dopasowania na tym polu. Cięcie może być wykonane z perfekcyjną gładkością zarówno na cienkich jak i grubych materiałach. Szczególnie skutecznie można zastosować cięcie wodą dla materiałów bardzo źle znoszących wpływ wysokiej temperatury (np.: Tytan) w procesie cięcia.
Prędkość cięcia przekłada się wprost na dwa aspekty jakości: "stream lag" oraz skos krawędzi. Stream lag jest to zakrzywienie wodnej wiązki tnącej, która zawija się w łukowaty sposób w miarę przebijania się i zgłębiania w ciętym materiale. W wyniku tego efektu pojawiają się charakterystyczne żłobienia. Odwrotny skutek przynosi zbyt mała prędkość cięcia. Gdy tak się dzieje może wystąpić ukośny odchyl w kierunku prostopadłym do linii cięcia. W celu dobrania właściwej prędkości cięcia używa się przeznaczonego do tego celu oprogramowania. W dzisiejszej technologii sprowadza się to często do wskazania typu materiału jaki tniemy oraz podania grubości, a to pozwala oprogramowaniu dobrać właściwe parametry cięcia. Jest to szczególnie efektywne przy zmiennej prędkości cięcia i pozwala określić maksymalną prędkość poruszania się dyszy w poszczególnych strefach przy której nie tracimy na jakości. Rodzaj ciętego materiału nie jest obojętny oczywiście dla prędkości cięcia. Większa wydajność ciśnieniowa maszyny tnącej metal wodą pozwala strumieniowi wody pokonywać grubsze materiały przy mniejszym odchyleniu od osi cięcia.
W celu poprawienia szybkości i jakości cięcia metalu używamy ścierniwa, które dozowane jest w odpowiednich proporcjach do wyrzucanego strumienia przecinającego metal czy inny materiał. Zwiększanie zawartości ścierniwa pozwala na uzyskanie lepszej wydajności do pewnego momentu, po którym następuje przesycenie mieszaniny ścierniwem i wydajność zaczyna maleć. Dodatkowo możliwe jest zastosowanie w urządzeniu głowicy kompensującej wspomniane wcześniej błędy kątowe cięcia.

Co można ciąć wodą

Cięcie wodne posiada wyjątkowo szerokie możliwości zastosowania w przemyśle dzięki swoim neutralnym cechom, brakiem wpływu wysokiej temperatury oraz związków chemicznych i gazów biorących udział podczas obróbki. Dlatego urządzenia tnące za pomocą strumienia wody mogą być stosowane zarówno w przemyśle stalowym jak i spożywczym. Odpowiednie dostosowanie, zachowanie warunków sanitarnych umożliwia porcjowanie żywności, cięcie jedzenia, cięcie papieru, drewna, sklejki, tworzyw sztucznych (teflon, karbon, plexiglas, polietylen), tkaniny, wykładziny, gumy, plastiku, laminatów, pianek po twarde metale (stal żaroodporną, stal kwasoodporna, stal nierdzewną, stal węglową, stal stopową, stal ocynkowana, stal konstrukcyjną, stal pancerna, stal trudno ścieralną, żeliwo itd.), aluminium, miedź, tytan, nikiel, brąz lub przebijać się przez kamień (granit, marmur, grafit, piaskowiec, trawertyn), szkło (pancerne, kuloodporne, wielowarstwowe, hartowane, lustra) płyty ceramiczne, gres, porcelana i wiele innych. Jak widać w określonych sytuacjach cięcie wodą potrafi zdystansować nawet osławione lasery i plazmy, szczególnie, że temperatura podczas cięcia potrafi nie przekraczać 40 stopni. Wszechstronność technologii cięcia wodnego otwiera przed producentami ocean możliwości kształtowania swoich wyrobów z dowolnego materiału w dowolny kształt.

Cięcie wodą miedzi

Na poniższym filmiku zobaczymy jak woda radzi sobie z rozcinaniem miedzi. 4 równolegle pracujące dysze pozwalają uzyskać bardzo dobrą wydajność.

Wprowadzenie do cięcia wodą metalu

Narzędzia do cięcia metalu wymagają skumulowania w ograczniczonej przestrzeni bardzo dużej ilości energii, najlepiej gdy jest ona bardzo precyzyjnie ukierunkowana. W wycinarkach laserowych jest to silnie skupiona i wzmocniona wiązka światła, w maszynach plazmowych zjonizowanego i rozgrzanego gazu. Analogicznie urządzenia do cięcia stali wodą wykorzystują możliwość skierowania strumienia wody pod bardzo wysokim ciśnieniem na określoną powierzchnie, która przerywa połączenia w strukturze metalu (oczywiście nie tylko stal można tą technologią ciąć). Cała trudność polega na ujarzmieniu wody i nadaniu jej odpowiednio dużego pędu, aby była w stanie rozdzielić bardzo twarde materiały. O sile odziaływania strumienia wody można się przekonać w każdej myjni samochodowej lub obserwując demonstracje stadionowe ujarzmiane za pomocą armatek wodnych ale nie tym się będziemy zajmowali dzisiaj.
W dzieciństwie potrafiliśmy bawić się kranem, szlaufem ogrodowym lub butelką z coca-colą odkrywając na własną rękę właściwość fizyczną materiałów w płynnym i gazowym stanie skupienia - im mniejsza szczelina przez którą ciecz (lub gaz) przepływa, tym większą prędkość i większy odrzut uzyskujemy. Ta sama zasada, aczkolwiek z wykorzystaniem precyzyjniejszych i wytrzymalszych narzędzi, wykorzystywana jest do nadania wiązce wody wystarczającej energii aby mogła z powodzeniem zmierzyć się z najtwardszymi materiałami. A jeśli uda nam się już tę wodę rozpędzić do odpowiedniej prędkości uzyskujemy narzędzie, którego nie sposób stępić lub stopić z powodu przegrzania.

Jakość cięcia wodą

Jako przemysłowcy, producenci i zwykli konsumenci zawsze dążymy do pogodzenia dwóch żywiołów - jakości i ceny, które idą ze sobą ręka w rękę. Jakość winduje cenę co z naszego punktu widzenia jest zestawieniem przeciwstawnym, gdyż zwykle dążymy do maksymalizowania jakości i redukowania ceny, kosztów produkcji. Nie inaczej jest w przypadku cięcia metalu wodą. Jednym z istotniejszych parametrów cięcia metali jest jakość ciętej krawędzi, która wprost implikuje koszt procesu. Przy cięciu stali wodą jakość ciętej krawędzi określana jest pięciostopniową skalą: 1-5, Q1-Q5. Spotykane jest także określenie procentowo (od 20% do 100% w postępie 20%) lub opisowo, co zawsze odpowiada przedstawionej pięciostopniowej skali. Wyższe stopnie odpowiadają większej jakości czyli bardziej gładkiej powierzchni pozbawionej charakterystycznych żłobień i nieregularności. Niższa jakość cięcia wiąże się także z szybszym przebiegiem procesu.
Jakość Q1 używana jest raczej w przypadku gdy wymagamy jedynie szybkiego rozcięcia i oddzielenia fragmentów metalu z metalowej płyty, a jakość nie odgrywa istotnego znaczenia.
Jeśli korzystamy z usług firmy zewnętrznej, która ma dla nas wykonywać cięcie woda metalu należy ustalić jakiego zakresu jakości możemy oczekiwać i wybrać właściwy dla naszych potrzeb technologicznych. Szczególnie, że możemy się spotkać z własnym mianowaniem skali klas jakości (np.: "jakość zgrubna", jakość "umiarkowana", "jakość precyzyjna").
Technologia cięcia woda stali umożliwia także automatyczną zmianę jakości cięcia w trakcie pracy głowicy. Oznacza to, że jeden wycinany element może posiadać krawędzie o różnej jakości (gładkości) co przy odpowiedniej optymalizacji wpływa oczywiście na finalny koszt i prędkość przebiegu procesu, nie ujmując jednocześnie np.: eksploatacyjnej wartości wyciętych wodą detali.

Cięcie wodą

Cięcie wodą to budżetowa alternatywa w technologiach cięcia metali. Pośród różnego rodzaju metod, cięcie wodą znajduje szczególne zastosowanie do cięcia cieńszych blach (w porównaniu do np.: wycinarek plazmowych lub laserowych). Temat zostanie rozwinięty na poniższych stronach.