Su jeti ile kesme daha basit bir işleme yöntemi olabilir, ancak güçlü bir zımba ile donatılmıştır ve operatörün birden fazla parçanın aşınması ve doğruluğu konusunda farkındalığını sürdürmesini gerektirir.
En basit su jeti ile kesme, yüksek basınçlı su jetleri ile malzemelere kesme işlemidir. Bu teknoloji genellikle frezeleme, lazer, EDM ve plazma gibi diğer işleme teknolojilerini tamamlayıcı niteliktedir. Su jeti prosesinde zararlı madde veya buhar oluşmaz, ısıdan etkilenen bölge veya mekanik stres oluşmaz. Su jetleri taş, cam ve metal üzerindeki ultra ince detayları kesebilir; titanyumda hızlı bir şekilde delik açın; yiyecekleri kesin; ve hatta içeceklerdeki ve soslardaki patojenleri bile öldürür.
Tüm su jeti makinelerinde, suyun süpersonik bir akışa dönüştürüleceği kesme kafasına iletilmesi için suyu basınçlandırabilen bir pompa bulunur. İki ana pompa türü vardır: doğrudan tahrikli pompalar ve hidrofor tabanlı pompalar.
Doğrudan tahrikli pompanın rolü, yüksek basınçlı temizleyicininkine benzer ve üç silindirli pompa, üç pistonu doğrudan elektrik motorundan çalıştırır. Maksimum sürekli çalışma basıncı, benzer takviye pompalarına göre %10 ila %25 daha düşüktür, ancak bu, onları yine de 20.000 ila 50.000 psi arasında tutar.
Yoğunlaştırıcı bazlı pompalar, ultra yüksek basınçlı pompaların (yani 30.000 psi'nin üzerindeki pompalar) çoğunluğunu oluşturur. Bu pompalarda biri su, diğeri hidrolik için olmak üzere iki akışkan devresi bulunur. Su giriş filtresi önce 1 mikronluk kartuş filtreden, ardından 0,45 mikronluk filtreden geçerek sıradan musluk suyunu emer. Bu su hidrofor pompasına girer. Takviye pompasına girmeden önce takviye pompasının basıncı yaklaşık 90 psi'de tutulur. Burada basınç 60.000 psi'ye çıkarılır. Su nihayet pompa setini terk edip boru hattı üzerinden kesme başlığına ulaşmadan önce amortisörden geçer. Cihaz, tutarlılığı artırmak ve iş parçası üzerinde iz bırakan darbeleri ortadan kaldırmak için basınç dalgalanmalarını bastırabilir.
Hidrolik devrede elektrik motorları arasında bulunan elektrik motoru, yağ deposundan yağı çekerek basınçlandırır. Basınçlı yağ manifolda akar ve manifoldun valfi, yükselticinin strok hareketini oluşturmak için bisküvi ve piston düzeneğinin her iki tarafına dönüşümlü olarak hidrolik yağı enjekte eder. Pistonun yüzeyi bisküvininkinden daha küçük olduğundan, yağ basıncı su basıncını "artırır".
Hidrofor pistonlu bir pompadır; bu, bisküvi ve piston düzeneğinin hidroforun bir tarafından yüksek basınçlı su dağıttığı, düşük basınçlı suyun ise diğer tarafını doldurduğu anlamına gelir. Devridaim aynı zamanda hidrolik yağın depoya döndüğünde soğumasını da sağlar. Çek valf, alçak basınçlı ve yüksek basınçlı suyun yalnızca tek yönde akmasını sağlar. Piston ve bisküvi bileşenlerini kapsayan yüksek basınçlı silindirler ve uç kapakların, prosesin kuvvetlerine ve sabit basınç döngülerine dayanabilmesi için özel gereksinimleri karşılaması gerekir. Tüm sistem kademeli olarak arızalanacak şekilde tasarlanmıştır ve sızıntı, düzenli bakımı daha iyi planlamak için operatör tarafından izlenebilen özel "tahliye deliklerine" akacaktır.
Özel bir yüksek basınçlı boru, suyu kesme kafasına taşır. Boru aynı zamanda borunun boyutuna bağlı olarak kesme başlığına hareket özgürlüğü de sağlayabilmektedir. Bu borular için tercih edilen malzeme paslanmaz çeliktir ve üç ortak boyut vardır. 1/4 inç çapındaki çelik borular spor ekipmanlarına bağlanabilecek kadar esnektir ancak yüksek basınçlı suyun uzun mesafe taşınması için önerilmez. Bu tüpün rulo halinde bile bükülmesi kolay olduğundan, 10 ila 20 fitlik bir uzunluk X, Y ve Z hareketini sağlayabilir. Daha büyük 3/8 inçlik borular 3/8 inçlik suyu genellikle pompadan hareketli ekipmanın altına taşır. Bükülebilmesine rağmen genellikle boru hattı hareket ekipmanı için uygun değildir. 9/16 inç ölçülerindeki en büyük boru, yüksek basınçlı suyun uzun mesafelere taşınması için en iyisidir. Daha büyük çap, basınç kaybının azaltılmasına yardımcı olur. Bu boyuttaki borular büyük pompalarla çok uyumludur çünkü büyük miktardaki yüksek basınçlı su aynı zamanda daha büyük bir potansiyel basınç kaybı riskine de sahiptir. Ancak bu büyüklükteki borular bükülemez ve köşelere bağlantı parçaları takılması gerekir.
Saf su jeti kesim makinesi, en eski su jeti kesim makinesidir ve geçmişi 1970'lerin başlarına kadar uzanmaktadır. Malzemelerin teması veya solunması ile karşılaştırıldığında, malzemeler üzerinde daha az su üretirler, dolayısıyla otomotiv iç mekanları ve tek kullanımlık çocuk bezleri gibi ürünlerin üretimi için uygundurlar. Sıvı çok incedir (çapı 0,004 inç ila 0,010 inç) ve çok az malzeme kaybıyla son derece ayrıntılı geometriler sağlar. Kesme kuvveti son derece düşüktür ve sabitleme genellikle basittir. Bu makineler 24 saat çalışmaya en uygun olanlardır.
Saf su jeti makinesi için bir kesme başlığı düşünüldüğünde, akış hızının basınç değil, yırtılan malzemenin mikroskobik parçaları veya parçacıkları olduğunu unutmamak önemlidir. Bu yüksek hıza ulaşmak için, basınçlı su, başlığın ucuna sabitlenmiş bir mücevher (genellikle safir, yakut veya elmas) içindeki küçük bir delikten akar. Tipik kesme işleminde 0,004 inç ila 0,010 inç arasında bir delik çapı kullanılırken, özel uygulamalarda (püskürtülmüş beton gibi) 0,10 inç'e kadar boyutlar kullanılabilir. 40.000 psi'de, delikten gelen akış yaklaşık olarak Mach 2 hızla ilerler ve 60.000 psi'de akış Mach 3'ü aşar.
Farklı mücevherlerin su jeti kesimde farklı uzmanlığı vardır. Safir en yaygın genel amaçlı malzemedir. Aşındırıcı su jeti uygulaması bu süreleri yarıya indirmesine rağmen yaklaşık 50 ila 100 saat arası kesme süresine sahiptirler. Yakutlar saf su jeti kesime uygun değildir ancak ürettikleri su akışı aşındırıcı kesime çok uygundur. Aşındırmalı kesme işleminde yakutların kesim süresi yaklaşık 50 ila 100 saat arasındadır. Elmaslar safir ve yakutlardan çok daha pahalıdır ancak kesim süresi 800 ila 2.000 saat arasındadır. Bu, elması özellikle 24 saatlik çalışmaya uygun hale getirir. Bazı durumlarda elmas deliği ultrasonik olarak da temizlenip tekrar kullanılabilir.
Aşındırıcı su jeti makinesinde malzeme uzaklaştırma mekanizması su akışının kendisi değildir. Tersine, akış aşındırıcı parçacıkları hızlandırarak malzemeyi aşındırır. Saf su jeti kesim makinelerinden binlerce kat daha güçlü olan bu makineler, metal, taş, kompozit malzemeler, seramik gibi sert malzemeleri kesebilmektedir.
Aşındırıcı akıntı, saf su jeti akıntısından daha büyüktür ve çapı 0,020 inç ila 0,050 inç arasındadır. Isıdan etkilenen bölgeler veya mekanik gerilim oluşturmadan, 10 inç kalınlığa kadar yığınları ve malzemeleri kesebilirler. Mukavemetleri artmış olmasına rağmen aşındırıcı akışın kesme kuvveti hâlâ bir poundun altındadır. Aşındırıcı püskürtme işlemlerinin neredeyse tamamı bir püskürtme cihazı kullanır ve tek kafalı kullanımdan çok kafalı kullanıma kolaylıkla geçiş yapılabilir, hatta aşındırıcı su jeti bile saf su jetine dönüştürülebilir.
Aşındırıcı sert, özel olarak seçilmiş ve boyutlandırılmış kumdur (genellikle garnet). Farklı ızgara boyutları farklı işler için uygundur. 120 mesh'lik aşındırıcılarla pürüzsüz bir yüzey elde edilebilirken, 80 mesh'lik aşındırıcıların genel amaçlı uygulamalar için daha uygun olduğu kanıtlanmıştır. 50 mesh aşındırıcılı kesme hızı daha hızlıdır ancak yüzey biraz daha pürüzlüdür.
Su jetlerinin kullanımı diğer birçok makineye göre daha kolay olmasına rağmen, karıştırma tüpü operatörün dikkatini gerektirir. Bu tüpün hızlanma potansiyeli, farklı boyutlara ve farklı değiştirme ömrüne sahip bir tüfek namlusu gibidir. Uzun ömürlü karıştırma tüpü, aşındırıcı su jeti kesimde devrim niteliğinde bir yeniliktir, ancak tüp hala çok kırılgandır; eğer kesme kafası bir donanıma, ağır bir nesneye veya hedef malzemeye temas ederse tüp frenlenebilir. Hasarlı borular onarılamaz, bu nedenle maliyetleri düşük tutmak, değiştirme işleminin en aza indirilmesini gerektirir. Modern makineler genellikle karıştırma tüpüyle çarpışmaları önlemek için otomatik çarpışma algılama fonksiyonuna sahiptir.
Karıştırma tüpü ile hedef malzeme arasındaki ayırma mesafesi genellikle 0,010 inç ila 0,200 inç arasındadır ancak operatörün, 0,080 inçten daha büyük bir ayırmanın parçanın kesilen kenarının üst kısmında buzlanmaya neden olacağını aklında tutması gerekir. Su altında kesme ve diğer teknikler bu buzlanmayı azaltabilir veya ortadan kaldırabilir.
Başlangıçta, karıştırma tüpü tungsten karbürden yapılmıştı ve yalnızca dört ila altı kesme saatlik bir hizmet ömrüne sahipti. Günümüzün düşük maliyetli kompozit boruları 35 ila 60 saatlik bir kesme ömrüne ulaşabilmektedir ve kaba kesim veya yeni operatörlerin eğitimi için tavsiye edilmektedir. Kompozit semente karbür boru servis ömrünü 80 ila 90 kesme saatine kadar uzatır. Yüksek kaliteli kompozit semente karbür borunun kesme ömrü 100 ila 150 saattir, hassas işler ve günlük işler için uygundur ve en öngörülebilir eşmerkezli aşınmayı gösterir.
Su jeti takım tezgahları, hareket sağlamanın yanı sıra, iş parçasını sabitlemek için bir yöntem ve işleme operasyonlarından kaynaklanan su ve döküntüleri toplamak ve toplamak için bir sistem içermelidir.
Sabit ve tek boyutlu makineler en basit su jetleridir. Sabit su jetleri havacılıkta kompozit malzemeleri düzeltmek için yaygın olarak kullanılır. Operatör, malzemeyi şerit testere gibi dereye beslerken, yakalayıcı da dereyi ve döküntüleri toplar. Sabit su jetlerinin çoğu saf su jetleridir, ancak hepsi değildir. Dilme makinesi, kağıt gibi ürünlerin makineden beslendiği ve su jetinin ürünü belirli bir genişlikte kestiği sabit makinenin bir çeşididir. Çapraz kesme makinesi bir eksen boyunca hareket eden bir makinedir. Brownie gibi otomatlar gibi ürünlerde ızgara benzeri desenler oluşturmak için genellikle dilme makineleriyle çalışırlar. Dilme makinesi ürünü belirli bir genişlikte keserken, çapraz kesim makinesi ise altından beslenen ürünü çapraz keser.
Operatörler bu tip aşındırıcı su jetini manuel olarak kullanmamalıdır. Kesilen nesneyi belirli ve tutarlı bir hızda hareket ettirmek zordur ve son derece tehlikelidir. Pek çok üretici bu ayarlar için makinelerden teklif bile vermez.
Düz yataklı kesme makinesi olarak da adlandırılan XY tablası, en yaygın iki boyutlu su jeti kesim makinesidir. Saf su jetleri contaları, plastikleri, kauçuğu ve köpüğü keserken aşındırıcı modeller metalleri, kompozitleri, camı, taşı ve seramiği keser. Tezgah 2 × 4 feet kadar küçük veya 30 × 100 feet kadar büyük olabilir. Genellikle bu takım tezgahlarının kontrolü CNC veya PC tarafından gerçekleştirilir. Genellikle kapalı çevrim geri beslemeli servo motorlar konum ve hız bütünlüğünü sağlar. Temel ünitede lineer kılavuzlar, rulman yatakları ve vidalı mil tahrikleri bulunurken, köprü ünitesi de bu teknolojileri içerir ve toplama tankı malzeme desteğini içerir.
XY çalışma tezgahları genellikle iki tarza sahiptir: orta raylı portal tezgahı iki taban kılavuz rayı ve bir köprü içerirken, konsol tezgahı bir taban ve sert bir köprü kullanır. Her iki makine tipi de bir tür kafa yüksekliği ayarlaması içerir. Bu Z ekseni ayarlanabilirliği manuel krank, elektrikli vida veya tamamen programlanabilir servo vida şeklinde olabilir.
XY tezgahındaki karter genellikle suyla dolu, iş parçasını desteklemek için ızgaralar veya çıtalarla donatılmış bir su deposudur. Kesme işlemi bu destekleri yavaş tüketir. Tuzak otomatik olarak temizlenebilir, atıklar kapta depolanır veya manuel olarak yapılabilir ve operatör düzenli olarak kutuyu kürekler.
Neredeyse hiç düz yüzeye sahip olmayan parçaların oranı arttıkça, modern su jeti kesimi için beş eksenli (veya daha fazla) yetenekler hayati önem taşıyor. Neyse ki hafif kesici kafa ve kesme işlemi sırasındaki düşük geri tepme kuvveti, tasarım mühendislerine yüksek yüklü frezelemede olmayan bir özgürlük sağlıyor. Beş eksenli su jeti kesiminde başlangıçta şablon sistemi kullanıldı, ancak kullanıcılar kısa süre sonra şablon maliyetinden kurtulmak için programlanabilir beş eksene yöneldi.
Ancak özel yazılımla bile 3D kesim, 2D kesimden daha karmaşıktır. Boeing 777'nin kompozit kuyruk kısmı uç bir örnektir. İlk olarak operatör programı yükler ve esnek "pogostick" personelini programlar. Tavan vinci, parçaların malzemesini taşır ve yay çubuğu uygun yüksekliğe kadar sökülerek parçalar sabitlenir. Özel kesmeyen Z ekseni, parçayı uzayda doğru bir şekilde konumlandırmak için bir temas probu ve doğru parça yüksekliğini ve yönünü elde etmek için örnekleme noktalarını kullanır. Bundan sonra program parçanın gerçek konumuna yönlendirilir; prob, kesme kafasının Z eksenine yer açmak için geri çekilir; program, kesme kafasını kesilecek yüzeye dik tutmak ve gerektiği gibi hassas hızda ilerlemek için beş eksenin tamamını kontrol etmek üzere çalışır.
Kompozit malzemeleri veya 0,05 inçten büyük herhangi bir metali kesmek için aşındırıcılara ihtiyaç vardır; bu, kesme sonrasında ejektörün yay çubuğunu ve alet yatağını kesmesinin engellenmesi gerektiği anlamına gelir. Özel nokta yakalama, beş eksenli su jeti kesimini gerçekleştirmenin en iyi yoludur. Testler, bu teknolojinin 50 beygir gücündeki bir jet uçağını 6 inçin altında durdurabileceğini gösterdi. C şeklindeki çerçeve, kafa parçanın tüm çevresini kestiğinde topu doğru şekilde yakalamak için yakalayıcıyı Z ekseni bileğine bağlar. Nokta yakalayıcı aynı zamanda aşınmayı da durdurur ve çelik bilyaları saatte yaklaşık 0,5 ila 1 pound oranında tüketir. Bu sistemde jet, kinetik enerjinin dağılmasıyla durdurulur: jet, tuzağa girdikten sonra, içerdiği çelik bilyeyle karşılaşır ve çelik bilye, jetin enerjisini tüketmek için döner. Yatay ve (bazı durumlarda) baş aşağı konumdayken bile nokta yakalayıcı çalışabilir.
Beş eksenli parçaların tümü eşit derecede karmaşık değildir. Parçanın boyutu arttıkça program ayarlaması ve parça konumunun ve kesme doğruluğunun doğrulanması daha karmaşık hale gelir. Birçok mağaza her gün basit 2D kesim ve karmaşık 3D kesim için 3D makineler kullanıyor.
Operatörler, parça doğruluğu ile makine hareket doğruluğu arasında büyük bir fark olduğunun farkında olmalıdır. Mükemmele yakın doğruluk, dinamik hareket, hız kontrolü ve mükemmel tekrarlanabilirliğe sahip bir makine bile "mükemmel" parçalar üretemeyebilir. Bitmiş parçanın doğruluğu; proses hatası, makine hatası (XY performansı) ve iş parçası stabilitesinin (fikstür, düzlük ve sıcaklık stabilitesi) birleşimidir.
Kalınlığı 1 inçten az olan malzemeleri keserken, su jetinin doğruluğu genellikle ±0,003 ila 0,015 inç (0,07 ila 0,4 mm) arasındadır. 1 inçten daha kalın malzemelerin doğruluğu ±0,005 ila 0,100 inç (0,12 ila 2,5 mm) arasındadır. Yüksek performanslı XY tablası, 0,005 inç veya daha yüksek doğrusal konumlandırma doğruluğu için tasarlanmıştır.
Doğruluğu etkileyen olası hatalar arasında takım telafisi hataları, programlama hataları ve makine hareketi yer alır. Takım kompanzasyonu, jetin kesme genişliğini, yani son parçanın doğru boyuta ulaşması için genişletilmesi gereken kesme yolu miktarını hesaba katan kontrol sistemine girilen değerdir. Yüksek hassasiyetli çalışmalarda olası hataları önlemek için operatörler deneme kesimleri yapmalı ve alet telafisinin, karıştırma borusunun aşınma sıklığına uyacak şekilde ayarlanması gerektiğini anlamalıdır.
Programlama hataları çoğunlukla bazı XY kontrollerinin parça programındaki boyutları görüntülememesi nedeniyle meydana gelir ve bu da parça programı ile CAD çizimi arasındaki boyutsal eşleşme eksikliğinin tespit edilmesini zorlaştırır. Makine hareketinin hatalara yol açabilecek önemli yönleri, mekanik ünitedeki boşluk ve tekrarlanabilirliktir. Servo ayarı da önemlidir çünkü uygunsuz servo ayarı boşluklarda, tekrarlanabilirlikte, dikeylikte ve çatırdamada hatalara neden olabilir. Uzunluğu ve genişliği 12 inçten az olan küçük parçalar, büyük parçalar kadar XY tablası gerektirmez, dolayısıyla makine hareketi hataları olasılığı daha azdır.
Aşındırıcılar su jeti sistemlerinin işletme maliyetlerinin üçte ikisini oluşturur. Diğerleri arasında güç, su, hava, contalar, çek valfler, delikler, karıştırma boruları, su giriş filtreleri ve hidrolik pompalar ve yüksek basınçlı silindirler için yedek parçalar bulunur.
Tam güçte çalışma ilk başta daha pahalı görünüyordu ancak üretkenlikteki artış maliyeti aştı. Aşındırıcı akış hızı arttıkça kesme hızı artacak ve optimum noktaya ulaşana kadar inç başına maliyet düşecektir. Maksimum üretkenlik ve optimum kullanım için operatörün kesme kafasını en hızlı kesme hızında ve maksimum beygir gücünde çalıştırması gerekir. Eğer 100 beygir gücündeki bir sistem sadece 50 beygir gücündeki bir başlığı çalıştırabiliyorsa, o zaman sistem üzerinde iki kafanın çalıştırılması bu verimliliği sağlayabilir.
Aşındırıcılı su jeti ile kesmeyi optimize etmek, eldeki özel duruma dikkat edilmesini gerektirir ancak mükemmel üretkenlik artışları sağlayabilir.
0,020 inçten daha büyük bir hava boşluğunu kesmek akıllıca değildir çünkü jet boşlukta açılır ve kabaca daha düşük seviyeleri keser. Malzeme tabakalarının birbirine yakın istiflenmesi bunu önleyebilir.
Verimliliği saat başına maliyet olarak değil, inç başına maliyet (yani sistem tarafından üretilen parça sayısı) cinsinden ölçün. Aslında dolaylı maliyetleri amorti etmek için hızlı üretim gereklidir.
Çoğunlukla kompozit malzemeleri, camı ve taşları delebilen su jetleri, su basıncını azaltabilen ve artırabilen bir kontrol cihazıyla donatılmalıdır. Vakum yardımı ve diğer teknolojiler, hedef malzemeye zarar vermeden kırılgan veya lamine malzemelerin başarılı bir şekilde delinme olasılığını artırır.
Malzeme taşıma otomasyonu, yalnızca malzeme taşımanın parçaların üretim maliyetinin büyük bir bölümünü oluşturduğu durumlarda anlamlıdır. Aşındırıcı su jeti makinelerinde genellikle manuel boşaltma kullanılırken, plaka kesmede esas olarak otomasyon kullanılır.
Çoğu su jeti sistemi sıradan musluk suyu kullanır ve su jeti operatörlerinin %90'ı, suyu giriş filtresine göndermeden önce suyu yumuşatmak dışında herhangi bir hazırlık yapmaz. Suyu arıtmak için ters ozmoz ve iyon gidericilerin kullanılması cazip gelebilir, ancak iyonların uzaklaştırılması, suyun pompalardaki ve yüksek basınçlı borulardaki metallerden iyonları emmesini kolaylaştırır. Deliğin ömrünü uzatabilir ancak yüksek basınç silindirini, çek valfi ve uç kapağı değiştirmenin maliyeti çok daha yüksektir.
Sualtı kesimi, aşındırıcı su jeti kesiminin üst kenarındaki yüzeydeki buzlanmayı ("sislenme" olarak da bilinir) azaltırken aynı zamanda jet gürültüsünü ve işyeri kaosunu da büyük ölçüde azaltır. Ancak bu, jetin görünürlüğünü azaltır, bu nedenle en yüksek koşullardan sapmaları tespit etmek ve herhangi bir bileşen hasarından önce sistemi durdurmak için elektronik performans izlemenin kullanılması önerilir.
Farklı işler için farklı aşındırıcı elek boyutları kullanan sistemlerde lütfen ortak boyutlar için ek depolama ve ölçüm kullanın. Küçük (100 lb) veya büyük (500 ila 2.000 lb) toplu taşıma ve ilgili ölçüm valfleri, elek ağ boyutları arasında hızlı geçişe olanak tanır, arıza süresini ve güçlükleri azaltırken verimliliği artırır.
Ayırıcı, kalınlığı 0,3 inçten az olan malzemeleri etkili bir şekilde kesebilir. Her ne kadar bu kulaklar genellikle musluğun ikinci kez taşlanmasını sağlasa da, daha hızlı malzeme taşınmasını da sağlayabilirler. Daha sert malzemelerin etiketleri daha küçük olacaktır.
Aşındırıcı su jeti ile makineyi açın ve kesme derinliğini kontrol edin. Doğru parçalar için bu yeni süreç ilgi çekici bir alternatif sağlayabilir.
Sunlight-Tech Inc., toleransları 1 mikrondan az olan parçalar üretmek için GF Machining Solutions'ın Microlution lazer mikro işleme ve mikro frezeleme merkezlerini kullandı.
Su jeti ile kesme, malzeme imalatı alanında önemli bir yere sahiptir. Bu makale, su jetlerinin mağazanızda nasıl çalıştığına ve sürece bakmaktadır.
Gönderim zamanı: Eylül-04-2021