Jak funguje řezání vodním paprskem?

Jak funguje řezání vodním paprskem?

Úvod do CNC řezání vodním paprskem

CNC (počítačově číslicově řízené) stroje na řezání vodním paprskem se staly mimořádně populárními v oblasti 2D řezání plochých plechů, a to i v aplikacích se silnými plechy, například v servisních střediscích pro ocelové výrobky, u výrobců zařízení a dalších výrobců. Některé z klíčových výhod řezání vodním paprskem jsou rovný řez a absence tepelně ovlivněné oblasti (TOO). Abychom pochopili, proč tento proces dané výhody poskytuje, pojďme se v krátkosti podívat na to, jak řezání vodním paprskem funguje.

Technologie vodního paprsku je netepelný proces

Na rozdíl od procesu tepelného řezání, jako je plazmové řezání, řezání plamenem nebo laserové řezání, je technologie vodního paprsku procesem mechanického řezání. Můžete si to představit téměř jako pásovou pilu, což je tenký pás kovu s ostrými zuby, které jsou protahovány řezaným materiálem. Podobně i proces řezání vodním paprskem využívá tenký proud vody s ostrými kamínky, které jsou protlačovány materiálem.

Kamínky nebo kousky brusiva jsou obvykle vyrobeny z drceného granátu. V některých aplikacích se používají i jiné materiály, ale granát je na řezání plechů zdaleka nejpoužívanější. Granát je poměrně tvrdá hornina, která se běžně používá i na brusný papír. Každé zrnko brusiva, které projde skrz materiál, jej trochu opotřebuje.

Funguje to díky rychlosti

Pouhý proud abrazivních vodních paprsků dopadající na kovový plech jej však nerozřízne. Funguje to díky rychlosti, jakou brusivo naráží na povrch plechu. Hybnost objektu se rovná jeho hmotnosti vynásobené jeho rychlostí. Zrnko brusiva má malou hmotnost, takže aby mělo na ocelový plech nějaký účinek, musí mít vysokou rychlost, která urychlí brusivo dostatečně rychle na to, aby prořízlo i tvrdý materiál. Voda je stlačena na „ultravysoký tlak“ a poté uvolňována přes malý otvor. Jestli jste si někdy hráli se zahradní hadicí, tak víte, že když zmenšíte otvor trysky, dostanete menší objem vody, která ale bude vytékat vyšší rychlostí. A přesně to se děje v řezací hlavě na vodní paprsek.

Typický tlak pro řezání vodním paprskem je v rozmezí 350 až 400 MPa. Mnoho novějších systémů se tlakuje až na 600 MPa. Voda při tomto tlaku je pak vypouštěna malým otvorem vyvrtaným v diamantu nebo safíru, obvykle o průměru v rozmezí 0,15 až 0,4 mm). Výsledný proud vody má nadzvukovou rychlost, to znamená, že se pohybuje rychleji než zvuk. Naštěstí je to jen malý objem, jen asi 2 litry za minutu.

Přidání brusiva

Vytváření proudu vody pomocí otvoru v drahokamu a přimíchávání brusiva do tohoto proudu probíhá uvnitř řezací hlavy na vodní paprsek, jako je hlava KMT Autoline™ II. Aby se brusivo dostalo do vody, prochází proud komorou ve tvaru trychtýře, kde je brusivo strháváno proudem vody a urychlováno. Proud vody, nyní nesoucí i brusné částice, pak prochází zaostřovací trubicí nebo tryskou, čímž se veškeré brusivo dostane do proudu vody a pohybuje se spolu s ním stejným směrem.

Waterjet Cutting Head

Po opuštění zaostřovací trubice dostáváme nadzvukový proud vody a brusiva, který si rychle prorazí cestu jakýmkoli materiálem, včetně hliníku, oceli, nerezové oceli, pancéřového plechu, žuly, dlaždic, laminátů a dokonce i skla (i když tvrzené sklo je příliš křehké).

Řezání kovů bez tepelně ovlivněné oblasti

Protože každá brusná částice odebere erozí pouze malé množství materiálu, vzniká při tom jen malé množství tepla. Veškeré vytvořené teplo je také rychle zchlazeno proudem vody dříve, než stihne zahřát okolní materiál. Výsledkem je, že řezání kovu nemá tepelně ovlivněnou oblast. Díky tomu je řezání vodním paprskem procesem řezání za studena.

Mimořádně rovný a přesný řez

Nejen že rychle se pohybující brusné částice řežou bez jakékoli tepelně ovlivněné oblasti, ale díky hybnosti vodního proudu jsou udržovány v přímém pohybu ještě dlouho poté, co opustí zaostřovací trubici, což má za následek mimořádně rovný a přesný řez na různých materiálech.