Przegląd technologii

Obszerny przegląd technologii cięcia wodą z materiałem ściernym

Systemy cięcia materiałów wodą pod bardzo wysokim ciśnieniem i wodą zmieszaną z materiałem ściernym istnieją już od ponad dwudziestu lat. Przez długi czas uważane były one tylko za technologię wypełniającą lukę na rynku, dostępną jedynie dla dobrze wyszkolonych fachowców, obsługujących przemysł oraz wyspecjalizowane zakłady zajmujące się tego typu cięciem. Jednak w ostatnich latach technologia ta przeszła spektakularne zmiany. Postęp w technologii sterowników, budowie pomp wysokociśnieniowych oraz w technologii komponentów wysokociśnieniowych spowodował, że obecnie każdy zakład usługowy czy wytwórczy mający do czynienia z obróbką skrawaniem może sobie pozwolić na kupno precyzyjnych systemów do cięcia wodą – i zarabiać na nich!

Wybierz interesujący Cię temat:

Krótka historia

Tradycyjne zastosowania i rozwój maszyn przeznaczonych w szczególności dla zakładów obróbki skrawaniem

Przemysłowe zastosowanie maszyn do cięcia strumieniem wody o ultra wysokim ciśnieniu rozpoczęło się na początku lat siedemdziesiątych. Odkryto, że przy ciśnieniu pomiędzy 40 000 a 60 000 funtów na cal kwadratowy – 60 000 PSI (czyli pomiędzy 276 000 a 414 000 kPa) strumień wody o średnicy 0,005 cala (0,12 mm) mógł doskonale przeciąć wszystko, poczynając od tektury do batoników z muesli. Opracowano specjalne maszyny do linii produkcyjnych, by rozwiązać problemy związane z materiałami, które uprzednio były cięte nożami lub wykrawarkami mechanicznymi.

Przykłady wczesnego zastosowania obejmują:

• Tekturę
• Materiał wyściełający do pieluszek jednorazowego użytku
• Materiały izolacyjne
• Kształty z gumy piankowej
• Miękkie materiały na uszczelki
• Wykładziny dywanowe stosowane w przemyśle motoryzacyjnym
• Produkty żywnościowe, od tabliczek czekolady do filetów rybnych
• Wyroby z tkanin i arkuszy
• Komponenty do wytwarzania obuwia i produktów ze skóry

Wczesne systemy do cięcia wodą były drogie i sprawiały kłopot w obsłudze. Jednak alternatywy, takie jak noże oraz wycinarki mechaniczne były jeszcze bardziej kosztowne i stwarzały więcej problemów. W konsekwencji systemy cięcia strumieniem szybko zostały zaakceptowane jako rozwiązanie do cięcia trudnych materiałów. Dodatkowo, oprócz specjalnych systemów do wykorzystania w liniach produkcyjnych, utworzono pewną liczbę specjalistycznych warsztatów do cięcia wodą, po to tylko, by wykorzystywały tę technologię do prac zleconych i wszelkiego rodzaju drobnych zamówień. Te zakłady najczęściej cięły gumę piankową, materiały na uszczelki oraz inne materiały wg konkretnych kształtów do wytwarzanych produktów, szyldów na zamówienie i innych zastosowań.

Chociaż systemy do cięcia wodą były idealnym rozwiązaniem do cięcia trudnych, miękkich materiałów, gorzej sprawowały się przy cięciu materiałów technicznych, takich jak metale i ceramika. I wtedy, na początku lat osiemdziesiątych, narodził się system dodawania materiału ściernego do strumienia wody. Do standardowych maszyn do cięcia wodą pod ciśnieniem wymyślono specjalną dyszę, która nie tylko tworzyła strumień wody, ale przez zasysanie wprowadzała też małą ilość proszku ściernego do strumienia. Z pomocą materiałów ściernych takich jak piasek granatu (garnet), można używać strumienia wody do obróbki tak trudnych materiałów jak tytan, inkonel, szkło i ceramika.

Podobnie jak pierwsze maszyny do cięcia strumieniem wody, pierwsze maszyny tnące strumieniem materiału ściernego były drogie w obsłudze oraz utrzymaniu i były używane tylko do specjalnych zastosowań, takich jak tytanowe płyty skrzydeł do samolotów wojskowych lub wycinanie specjalnych kształtów ze szkła i ceramiki. Te maszyny cięły w powietrzu, więc obsługujący pracownik widział strumień, mogąc ręcznie dostosowywać szybkość posuwu, gdy strumień przechodził wzdłuż łuków i kątów ostrych. Jednak systemy te były hałaśliwe oraz często wytwarzały chmurę z opiłków materiału oraz pyłu ściernego, pokrywającą wszystko w warsztacie. To ograniczało zastosowanie pierwszych systemów tnących wodą ze ścierniwem tylko do wyspecjalizowanych zakładów, zatrudniających wysoko wyszkolonych operatorów.

Na początku lat dziewięćdziesiątych dr John Olsen, pionier przemysłu cięcia wodą, zaczął badać pomysł wykorzystania cięcia strumieniem wody z materiałem ściernym, jako praktyczną alternatywę dla tradycyjnych zakładów obróbki skrawaniem. Celem było rozwinięcie systemu cięcia strumieniem ze ścierniwem, bez całego tego hałasu, kurzu i całej tej złożoności, które były utrapieniem wcześniejszych maszyn i ograniczały ich zastosowanie tylko do specjalistycznych zakładów.

Nowa maszyna musiała być też na tyle prosta, by można ją było obsługiwać bez intensywnego szkolenia, czy wprawy. W końcu – choć jest to pewnie najważniejsza rzecz – dr Olsen założył sobie, że osiągnie skomputeryzowany system sterowania, który by eliminował potrzebę wielkich umiejętności obsługującego oraz programowania cięcia metodą prób i błędów. Gdyby taka maszyna mogła umożliwić niewykwalifikowanemu operatorowi szybko i za pierwszym razem wyprodukowanie jakiejś pojedynczej części zgodnie z precyzyjną dokumentacją, to mogłaby być używana przez tysiące małych zakładów wykonujących drobne zamówienia, a także przez zakłady do małoseryjnej produkcji części, czy nawet produkcji jednostkowej np. prototypów.

Dr Olsen związał się z doktorem Aleksem Slocum'em z Massachusetts Institute of Technology, po to by zaprojektować system mechaniczny. Korzystał on z rezultatów testów cięcia i teoretycznego modelu cięcia, oryginalnie opracowanego przez naukowców z Uniwersytetu stanu Rhode Island, jako przewodnika w rozwijaniu unikalnego systemu sterowania.

W rezultacie powstał system sterowania oparty na komputerze osobistym połączonym z precyzyjnym stołem roboczym X-Y, na którym części mogą być wycinane pod wodą, po to by wyeliminować nadmierny hałas i kurz. Był to pierwszy system cięcia wodą z materiałem ściernym, zaprojektowany specjalnie pod kątem rynku zakładów obróbki mechanicznej zajmujących się produkcją krótko- i małoseryjną.

następna