Vannstrålekutting

Prinsipp for kutting av vannstråle

Vann under høyt trykk Munnstykke for rent vann Slipende Slipende fokuseringsdyse guide Skjærebjelke materiale som skal kappes

Den vannstråleskjæring er en produksjonsprosess fra hovedgruppe i det separeringen . Der er det vanlig med laserstrålesmelteskjæring , flammeskjæring og plasmasmelting som kutter gruppen av slipende assosierte metoder. Det skilles mellom vannstrålesnitt med rent vann og slipende skjæring, der et hardt, pulverformig materiale - slipemiddelet - tilsettes vannet . Det tilhørende maskinverktøyet er vannstråleskjæremaskinen .

Med rent vannstråleskæring skilles myke materialer som plast, folier, skum eller papir. Slipende skjæring brukes til harde materialer som stål, keramikk eller glass. Det er spesielt viktig når du skjærer komposittmaterialer, som vanligvis ikke kan kappes tilfredsstillende ved bruk av konvensjonelle metoder. Det er også veldig miljøvennlig.

historie

Vannstråler ble brukt i gruvedrift tidlig på 1900-tallet for å fjerne grus- eller leirforekomster. I gullgruvene i California ble gullårene skilt fra steiner og jord. Fra 1930 brukte amerikanske og russiske ingeniører den til å rense støpegods. På den tiden ble det brukt trykk på bare 100  bar . Det første patentet gikk til Norman Franz for en maskin som arbeidet med 700 bar. På slutten av 1960-tallet ble den brukt i flyindustrien til å skille deler som er følsomme for varme, for eksempel fiberkompositter , bikake og laminert materiale . Fra 1974 og utover ble harde partikler brukt som tilsetningsstoff i vannstrålen, noe som betydelig økte kvaliteten på arbeidsemnene og den økonomiske effektiviteten i prosessen, og dermed førte til gjennombrudd i industrielle applikasjoner. I 1975/76 ble byggematerialer, plast og bølgepapp skilt ut ved hjelp av prosessen.

Handlingsmekanismer og fysiske prinsipper

Fjerningen av materialet i vannstråleskæring er basert på høyt trykk som strålen forårsaker på overflaten av arbeidsstykket. Dette er en viktig forskjell for konkurrerende prosesser som er basert på termisk energi som laserstråle, plasma og oksy-drivstoffkutting. Vannstrålen skiller bare mikroskopiske partikler nær overflaten. Det er derfor ingen utvidelse av arbeidsstykket på grunn av varme eller maskineringskrefter. Vannet som strømmer på tvers fra handlingspunktet forårsaker også skjærkrefter som også bidrar til fjerning av materialet. Når det gjelder harde , sprø materialer som keramikk eller støpejern , fører kompresjonskreftene til mikrosprekker på overflaten, som forplanter seg og kombinerer og dermed løsner partikler. Når det gjelder myke, seige ( duktile ) materialer som stål , kan materialet først deformeres plastisk uten å løsne. Dette kan føre til herding av arbeidet , noe som fører til sprøhet av materialet og dermed lar materialet fjernes. I tillegg kan det forekomme endringer i krystallstrukturen til metaller. Deformasjonene fremmer forvridninger og akkumulering av hulrom i rutenettet, noe som også fører til dannelse av sprekker.

Når skjærestrålen trenger dypere inn i materialet, skyver den en spoilepute foran seg og mister energi på grunn av friksjonen ved sverdet. Den oppnåelige kvaliteten på kerf, målt som ruhet , reduseres derfor kontinuerlig. Ved skjøten , i likhet med flammeskjæring, er det et typisk mønster i form av en rillet struktur, som også blir referert til som " sporvåk ".

Den stråle makt ved dyseutløpet kan fra tverrsnittet av munnstykket, er tettheten av væsken og strålehastigheten er beregnet til${\ displaystyle P}$${\ displaystyle A}$${\ displaystyle \ rho}$${\ displaystyle v}$

${\ displaystyle P = \ rho A {\ frac {v ^ {3}} {2}}}$.

Jethastigheten har derfor veldig stor innflytelse på ytelsen, som er proporsjonal med . Strålehastigheten tilsvarer forsømmelse av rør- og dyse-friksjon ${\ displaystyle v ^ {3}}$

${\ displaystyle v = {\ sqrt {\ frac {2p} {\ rho}}.}$

Følgelig er hovedinnflytelsen på strålekraften dysens diameter og trykket. Det skal imidlertid bemerkes at ved svært høye trykk kan vannet ikke lenger betraktes som omtrent ukomprimerbart. Fra 1 til 4000 bar komprimeres for eksempel vann med 13,2% av volumet takket være kompressibiliteten.

Systemkomponenter

Maskinene består i hovedsak av tre komponenter:

• En vannbehandling for avsaltning og filtrering for å redusere slitasje på komponentene,
• høytrykksgenerering ved hjelp av pumper og
• selve bjelkegenerasjonen med en dyse med en diameter på mellom 0,1 mm og 0,5 mm.

teknologi

I industriell praksis brukes trykk mellom 1000 og 4000 bar og hastigheter på rundt 900 m / s. Pumpetrykk, dyseavstand, dysediameter og tilførselshastighet brukes i utgangspunktet som prosessparametere . De bestemmer energitilførselen på handlingspunktet, og også arbeidsresultatet når det gjelder overflatekvalitet og oppnådd produktivitet . Hvis slipemidler også tilsettes strålen, resulterer ytterligere kontrollvariabler: typen fast stoff (hardhet), kornstørrelsen , massestrømmen , fokusdiameteren og fokuslengden. De faste stoffene fører til en bredere skjøt, men øker skillekraften.

Arbeids- eller skjæretrykket på arbeidsstykkets overflate bestemmer skjæredybden . Et trykk på minst 600 bar er nødvendig for å sikre at materialet fjernes i det hele tatt. Etter det øker skjæredybden lineært med økende trykk. Det brukes skjæretrykk på opptil 6200 bar. Dysediameteren er direkte proporsjonal med skjæredybden, mens dyseavstanden er omvendt proporsjonal.

Kutting av rent vann

Arbeidsemnet er skilt av en stråle med rent vann. Fremfor alt blir myke, men også tøffe materialer behandlet med rent vann. Disse inkluderer plastfilmer , tekstiler , elastomerer , termoplast , papir , fibre , skum og isolasjonsmaterialer og mat . Ved et trykk på 4000 bar kan for eksempel tekstiler opp til en tykkelse på 30 mm skilles fra hverandre. Kutting av rent vann er miljøvennlig: det er ingen flis , slipestøv, giftige gasser eller luftforurensning. Kjølesmøremidler er unødvendige, og vannet som brukes kan brukes som et syklusmateriale. Ved skjæring av rent vann har strålen en veldig liten diameter og har ikke en tendens til å danne uønskede dråper. Dette gjør det mulig å oppnå det beste resultatet med lave materialtykkelser. Det brukes hovedsakelig maskiner med flere dyser, som kjører på en eller flere kryss.

materiale	Tykkelse i mm	Fôr i m / min
gummi	025	03
lær	005	03
Papir / papp	000,2-5	20-500
Plast ( PVC )	005	02.5
glassfiberarmert plast	005	00,15
Karbonfiberarmert plast	005	00,1
kryssfiner	005	05
Isolasjonsmaterialer	100	08. plass

Slipende skjæring

For å generere en slipende vannstråle fra den rene vannstrålen, tilsettes et slipemiddel til vannet. Det er i utgangspunktet to systemer for vannslipende strålekutting, som er forskjellige i generasjon, egenskaper og bruksområder. Hovedforskjellen deres er tidspunktet og stedet der slipemiddelet tilsettes, noe som fører til de spesifikke stråleegenskapene.

Vannslipende skjæring av fjærende stråler

Den vannslipende suspensjonsstrålen (WASS) er preget av det faktum at sprengningsmidlet og vannet blandes foran dysen. Dette har den effekten at, i motsetning til WAIS, består strålen bare av to komponenter (vannslipende).

Siden WASS bare har to komponenter (vann og slipende), akselereres slipekornene av vannet med en betydelig høyere grad av effektivitet sammenlignet med WAIS. Slipekornene er raskere med WASS enn med WAIS med samme hydrauliske ytelse som systemet. Derfor kan WASS kutte relativt dypere eller raskere.

I motsetning til vannskjæringsprosessen for vannslipende injektorstråler som beskrevet nedenfor, kan vannslipende skjæring av suspensjonsstråle også brukes til mobile skjæreoppgaver og under vann, i tillegg til å behandle krevende materialer. Eksempler er bortskaffelse av bomber og demontering av offshoreanlegg eller demontering av reaktortrykkskar internt i atomkraftverk.

Vannslipende injeksjonsstrålesnitt

Vannslipende injektorstråle (WAIS) genereres av en vannstråle som, etter å ha kommet ut av vanndysen, går gjennom et blandekammer (et hulrom) og går inn i et fokusrør ved utløpet av blandekammeret. Samspillet mellom vannstrålen i blandekammeret og luften i det skaper et undertrykk, vannstrålen trekker luft med seg. Dette undertrykket brukes til pneumatisk transport av slipemidlet inn i kammeret (slipemiddelet mates til en sideåpning (hull) i blandekammeret ved hjelp av en slange).

Etter at slipematerialet i blandekammeret kommer i kontakt med vannstrålen, akselereres de individuelle slipekornene og føres videre i retning av fokuseringsrøret. Luften som brukes som bæremedium for å transportere slipemidlet inn i blandekammeret, blir også en del av WAIS, som nå består av 3 komponenter (vann - slipende luft). I fokuseringsrøret, som er (bør) optimaliseres når det gjelder lengden, akselereres slipemidlet ytterligere (energioverføring fra vannet til slipekornet) og WAIS forlater fokuseringsrøret ideelt med maksimal mulig slipekornhastighet.

Slipende skjæring brukes til harde eller tykke arbeidsstykker. Granat eller oliven sand brukes vanligvis som et slipemiddel, og noen ganger brukes korund til mykere materialer. Den kan brukes til å skille stein , skuddsikkert glass , keramikk , grafitt , tre , marmor og alle metaller . Laminater laget av materialer med forskjellige smeltepunkter kan bare skilles fra hverandre ved hjelp av denne prosessen. Bearbeiding av stål opp til en tykkelse på 50 mm eller andre metaller opp til 120 mm er mulig. Den høye strålehastigheten skaper et undertrykk i skjærehodet, som suger slipemiddelet inn i blandekammeret og blander det med vannet. Blandingen fokuseres og akselereres av den slipende dysen. Strålediameteren er omtrent 0,2 mm større enn ved skjæring av rent vann. På den annen side øker skjæreevnen med hardheten til slipemidlet som brukes.

materiale	Tykkelse i mm	Fôr i m / min
stål	25	0,5
titan	20.	0,3
aluminium	30.	0,75
Fiberplast kompositt	05	Sjette
Naturstein	50	0,075
Keramikk	30.	0,05
Glass	35	0,04
betong	50	0,075

Feil på arbeidsstykket

Groove feil (følgende feil)

Groove defekter påvirker skjøtenes overflatekvalitet. Sporfeilen øker med økende skjærehastighet. Påvirkningen er liten på rette kutt, men kan være veldig stor steder med stor krumning som hjørner. Derfor skal hjørnene kuttes med lavere hastighet.

V-formede kuttflater

V-formede kuttflater er laget som plasmafusjonskutting. Ved høye skjærehastigheter er skjøten bredere på toppen enn på bunnen. Ved lave hastigheter er det omvendt. Innimellom er det en hastighet der kuttflatene går parallelt. Vinkelfeilen avtar:

• jo mindre dyseavstand er
• jo vanskeligere er arbeidsstykkematerialet
• jo jevnere er slipemiddelet
• jo mindre arbeidsstykkets tykkelse
• jo bedre fokus på dysen.

applikasjon

I tillegg til skjæring brukes vannstråler også til avgrading , pussing og vannstråler (rengjøringsflater).

Vannstrålekutting brukes når materialene som skal behandles er temperaturfølsomme. Den fine strålen gjør det mulig å kutte veldig filigran og komplekse konturer. Skjæringen kan starte når som helst på arbeidsstykket og trenger ikke nødvendigvis å starte på kanten når det gjelder metallplater eller folier. Materialer som har en lysreflekterende overflate er vanskelige å behandle med lasere; med vannstråler, men de gir ingen problemer. Karbon- eller glassfiberarmert plast kan bearbeides spesielt godt med vannstråleskæring sammenlignet med maskineringsprosesser som fører til ødeleggelse av materialene. I motsetning til faste verktøy kan vannstrålen ikke stoppe. På grunn av de lave bearbeidingstemperaturene produseres ingen giftige røyk ved bearbeiding av plast.

Den hellende skjærekant, noe som fører til relativt dårlig form og posisjon toleranser , er en ulempe .

Individuelle bevis

1. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, 11. utgave, s. 408.
2. ↑ Risse: Produksjonsprosesser i mekantronikk, Feinwerk- und Präzisionsgerätetechnik , Springer, 2012, s. 133 f.
3. ↑ König, Klocke: Manufacturing Process 3 - Ablation, Generation and Laser Material Processing , 4. utgave, 2007, s. 321.
4. ↑ Risse: Produksjonsprosesser i mekantronikk, Feinwerk- und Präzisionsgerätetechnik , Springer, 2012, s. 136f.
5. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, 11. utgave, s. 408.
6. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, 11. utgave, s. 408.
7. ↑ König, Klocke: Manufacturing Process 3 - Ablation, Generation and Laser Material Processing , 4. utgave, 2007, s. 322.
8. ↑ Risse: Produksjonsprosesser i mekantronikk, Feinwerk- und Präzisionsgerätetechnik , Springer, 2012, s.136 .
9. ↑ König, Klocke: Manufacturing Process 3 - Ablation, Generation and Laser Material Processing , 4. utgave, 2007, s. 323 f.
10. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, 11. utgave, s. 409.
11. ↑ König, Klocke: Manufacturing Process 3 - Ablation, Generation and Laser Material Processing , 4. utgave, 2007, s. 326 f.
12. ↑ Risse: Produksjonsprosesser i mekantronikk, Feinwerk- und Präzisionsgerätetechnik , Springer, 2012, s. 138 f.
13. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, 11. utgave, s. 410.
14. ↑ König, Klocke: Manufacturing Process 3 - Ablation, Generation and Laser Material Processing , 4. utgave, 2007, s. 327.
15. ↑ König, Klocke: Manufacturing Process 3 - Ablation, Generation and Laser Material Processing , 4. utgave, 2007, s. 327.
16. ↑ Water-Abrasive-Suspension-Jet-Cutting (WASS) - Institutt for materialvitenskap. Hentet 30. juni 2021 . 
17. ↑ Måling og analyse av hastighet på slipende partikler i AWSJ . I: Procedia Engineering . teip 149 , 1. januar 2016, ISSN  1877-7058 , s. 77-86 , doi : 10.1016 / j.proeng.2016.06.641 ( sciencedirect.com [åpnet 1. juli 2021]). 
18. ↑ Pressekontor: Høyytelsesprosesser beseirer høyytelsesmaterialer. Hentet 12. juli 2021 . 
19. ↑ Prof. Dr.-Ing. Michael Kaufeld, Prof. Dr.-Ing. Frank Pude, Dipl.-Ing. Marco Linde: ConSus - Vannslipende fjæringsstrålesystem med kontinuerlig slipeforsyning. I: https://studium.hs-ulm.de/de/users/625229/Documents/Ingenieurspiegel%20ConSus_IS_3_2019.pdf . Ingeniør speil. Volum 3-2019. Public Verlagsgesellschaft und Werbungagentur mbH, Bingen, s. 23-25., Mars 2019, åpnet 8. juli 2021 (tysk). 
20. ↑ Water-Abrasive-Suspension-Jet-Cutting (WASS) - Institutt for materialvitenskap. Hentet 12. juli 2021 . 
21. ^ NDR: bortskaffelse av bomber: ny vannjetteknologi. Hentet 12. juli 2021 . 
22. ^ Avviklingsprosjekt fullført for Midtøsten Offshore-plattform. Hentet 12. juli 2021 . 
23. ↑ Spektakulær bruk av roboter: Stäublis undervannsrobot demonterer radioaktive atomkraftkomponenter. 7. januar 2021, åpnet 12. juli 2021 (tysk). 
24. ↑ Water-Abrasive-Injector-Jet-Cutting (WAIS) - Institutt for materialvitenskap. Hentet 30. juni 2021 . 
25. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, 11. utgave, s. 411.
26. ↑ Slipende skjæringsteknologi. Hentet 23. januar 2017 . 
27. ↑ König, Klocke: Manufacturing Process 3 - Ablation, Generation and Laser Material Processing , 4. utgave, 2007, s. 327.
28. ↑ König, Klocke: Manufacturing Process 3 - Ablation, Generation and Laser Material Processing , 4. utgave, 2007, s. 327.
29. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, 11. utgave, s.412.
30. ^ Fritz, Schulze: Fertigungstechnik , Springer, 2015, 11. utgave, s. 412 f.
31. ↑ Lønnvannsstrålekutting | CutCut Tyskland. Hentet 16. oktober 2020 . 
32. ↑ König, Klocke: Manufacturing Process 3 - Ablation, Generation and Laser Material Processing , 4. utgave, 2007, s. 321.

weblenker

• Vannstrålekutting forklart på Youtube