Na czym polega proces cięcia strumieniem wody?

Wprowadzenie do cięcia strumieniem wody CNC

Maszyny do cięcia strumieniem wody CNC (komputerowego sterowania urządzeń numerycznych) stały się niezwykle popularne w przypadku cięcia 2D płaskich płyt, nawet w przypadku wymagających zastosować, np. przez centra usług stalowych, producentów sprzętu i innych producentów. Niektóre z kluczowych zalet cięcia strumieniem wody to prostoliniowość cięcia i brak strefy wpływu ciepła. Aby zrozumieć te zalety, sprawdźmy, jak działa cięcie strumieniem wody.

Cięcie strumieniem wody to proces nietermiczny

W przeciwieństwie do procesu cięcia termicznego, takiego jak cięcie plazmowe, tlenowo-paliwowe lub laserowe, proces cięcia strumieniem wody jest procesem cięcia mechanicznego. Proces można porównać do piły taśmowej, czyli cienkiego paska metalu z ostrymi zębami, które są przeciągane przez cięty materiał. Podobnie proces cięcia strumieniem wody wykorzystuje cienki strumień wody z ostrymi kawałkami skał, które są przepychane przez materiał.

Kawałki skały lub ścierniwa są zwykle wykonane z pokruszonego granatu. W niektórych zastosowaniach używane są inne materiały, ale do cięcia blach zdecydowanie najczęściej stosuje się granat. Granat to stosunkowo twarda skała powszechnie używana na papierze ściernym. Każde przechodzące ziarno ścierniwa zużywa trochę materiału.

Cięcie jest możliwe dzięki odpowiednie prędkości ruchu

Samo wylanie ściernych strumieni wody na metalową płytę nie powoduje jej przecięcia. Cięcie jest możliwe dzięki prędkości, z jaką ścierniwo uderza w płytę. Pęd obiektu jest równy jego masie pomnożonej przez prędkość. Ziarno ścierniwa ma niewielką masę, dlatego aby wywrzeć jakikolwiek wpływ na stalową płytę, musi mieć dużą prędkość. Aby wystarczająco przyspieszyć ścierniwo i przeciąć twarde materiały, woda jest poddawana „ultrawysokiemu ciśnieniu”, a następnie uwalniana przez mały otwór. Na przykładzie węża ogrodowego widać, że zmniejszenie otworu dyszy nie tylko zmniejsza objętość wody, ale również zwiększa jej prędkość. Właśnie to m miejsce w głowicy do cięcia strumieniem wody.

Typowe ciśnienie cięcia strumieniem wody wynosi od 3447 do 4136 barów (50 000 do 60 000 PSI [na cal kwadratowy]). Wiele nowszych systemów zapewnia ciśnienie do 6205 barów (90 000 PSI). Woda pod tym ciśnieniem jest następnie uwalniana przez mały otwór wycięty w diamencie lub szafirze, zwykle o średnicy od 5 do 15 tysięcznych cala. Powstający strumień wody ma prędkość naddźwiękową, co oznacza, że płynie szybciej niż dźwięk. Na szczęście jest to niewielka objętość, tylko około 1,9 l (1/2 galonu) na minutę.

Dodawanie ścierniwa

Formowanie strumienia wody przez dyszę z kamienia szlachetnego i mieszanie ścierniwa ze strumieniem odbywa się wewnątrz głowicy tnącej strumieniem wody, takiej jak KMT Autoline™ II. Aby wprowadzić ścierniwo do wody, strumień przechodzi przez komorę w kształcie lejka, gdzie ścierniwo jest wychwytywane przez strumień wody i przyspieszane. Strumień wody przenoszący cząstki ścierne przechodzi następnie przez rurkę skupiającą lub dyszę, która w pełni angażuje ścierniwo w strumień wody i sprawia, że porusza się w tym samym kierunku.

Tworzy się naddźwiękowy strumień wody i ścierniwa, który szybko przedziera się przez każdy materiał, w tym aluminium, stal, stal nierdzewną, płytę pancerną, granit, płytki, laminaty, a nawet szkło (przy czym szkło hartowane jest zbyt kruche).

Cięcie metalu bez strefy wpływu ciepła

Ponieważ każda cząstka ścierna usuwa tylko niewielką ilość materiału przez erozję, wytwarzana jest niewielka ilość ciepła. Ponadto wszelkie wytworzone ciepło jest szybko gaszone przez strumień wody zanim zdąży ogrzać otaczający materiał. W rezultacie cięcie metalu nie ma strefy wpływu ciepła. Sprawia to, że cięcie strumieniem wody jest procesem cięcia na zimno.

Niezwykle proste, dokładne cięcie

Szybko poruszające się cząstki ścierne tną bez strefy wpływu ciepła, natomiast pęd strumienia wody utrzymuje je w ruchu po linii prostej długo po wyjściu z rurki ogniskującej, co skutkuje niezwykle prostą, dokładną krawędzią cięcia na różnych materiałach.