Машини за водно рязане

МашиниСп. Инженеринг ревю - брой 7/2017 • 03.11.2017

Машини за водно рязане
Машини за водно рязане
Машини за водно рязане

Машините за рязане с водна струя (хидроабразивно рязане) са високо прецизни и могат да извършат дадена работа за много по-кратко време, отколкото традиционните машини за рязане.

В същото време те са много по-екологични по отношение на вредните емисии и консумацията на енергия и не отделят топлина, прах или дим. Тъй като основната суровина, използвана при рязането, е вода, тези машини са изключително икономични по отношение на доставките на материали - силно положителен факт за някои производствени компании.

Глобалният пазар на машини за водно рязане е задвижван от превъзходството на технологията и екологосъобразността на машините в сравнение с други методи за рязане; активизирането на глобалната производствена дейност; напредъка в хидроабразивното рязане и непрекъснатото развитие на технологията, което води до подобрение в характеристиките, функциите, разходите и произтичащото от това широкомащабно разпространение.

Благоприятно влияние върху пазара оказва и постоянното разширяване в нови области на приложение като например производството на автомобили и самолети, хранителни продукти и текстил. Някои от предимствата, които обуславят внедряването на водно рязане, включват възможност за постигане на гладки ръбове, висока точност, ползи от процеса на студено рязане и гъвкавост за нарязване на почти всеки тип материал.

Реална възможност за принос към цялостния растеж на глобалния пазар за машини за водно рязане съществува в замяната на по-старото хидроабразивно оборудване. Развитите икономики вече са начело в световния пазар на машини за водно рязане и при тях търсенето на резервни части се увеличава бързо.

Предимства на водното рязане
Екологосъобразност – при водното рязане не се генерират опасни отпадъци, а малката ширина на среза улеснява рециклирането на скрапа. Режещата дюза, благодарение на затворения цикъл на работа, използва много малко вода.

Универсалност - в сравнение с други машини, режещият инструмент при водното рязане може да се справи с почти всеки материал или продукт, който може да се обработва от конвенционален резец. С водна струя могат да бъдат прорязани традиционно твърди материали, като закалено стъкло, камък, метали или дори материали с огледални или неравномерни повърхности.

По-малко отделена топлина – водното рязане не прегрява участъците, разположени в близост до зоната на рязане, поради което тези области остават непокътнати и некомпрометирани.

Висока точност - машините за водно рязане могат да постигнат точност от 0,13 мм и много сложни срезове или триизмерни форми.

Нови технологии и тенденции
Машините за рязане с водна струя са широко приложими като допълнителен инструмент към други процеси на рязане. Те режат материала посредством ерозиен процес, използвайки комбинация от вода и абразив, обикновено гранат.

Хидроабразивните машини са универсален инструмент, който може да отреже почти всеки материал с всякаква дебелина и да разшири обхвата на проектите, които може да поеме даден цех или предприятие. Това е така, защото хидроабразивната машина може да реже в един момент неръждаема стомана, а в следващия - пластмаса. Тя може да се използва и върху ламиниран материал.

При изключително високите налягания, използвани при разрязването с водна струя – 4000 бара или повече, експлоатационният живот на компонентите може да се окаже проблем. Това важи в особена степен за водната помпа в тези машини, тъй като тя е източникът на вода под високо налягане. В днешно време обаче на пазара съществуват системи, които предлагат удължен живот на компонентите.

Производителите на хидроабразивни системи постигат това като използват по-малко детайли, конструират своите системи от материали, които са по-устойчиви на високо налягане, и прилагат прецизно подравняване на всички компоненти, за да се избегне излишното износване. Благодарение на тези технологични постижения издръжливостта на уплътненията при машините за водно рязане също се е удвоила.

С оглед на свиването на производствените възможности от ценовия натиск, новите хидроабразивни технологии позволяват на предприятията да режат компонентите по-бързо и по-точно, да доставят по-бързо детайлите на клиентите си и да намалят общите производствени разходи.

Машините за водно рязане имат способността да изрязват много широка гама от материали, вариращи от дебели, твърди метали до камък, гранит и стъкло, без да оставят засегната от топлината зона върху обработвания детайл, тъй като самият производствен процес се извършва при относително ниски температури.

Последните абразивни системи за водно рязане също могат да имат значително въздействие на пазара, тъй като много от тях включват нови помпи с възможност за по-високо налягане, достигащо до 6200 бара или повече, и позволяват на производствените предприятия да увеличат скоростите на рязане и съответно да намалят разходите за изработка на детайли. Основните тенденции в развитието на технологията за водно рязане са свързани с увеличаване на скоростта на машините и намаляване на разходите за консумативи (абразиви).

Чрез по-бързото рязане при по-високи налягания операторите на машини за водно рязане могат значително да редуцират продължителността на процеса и количеството консумирани абразиви. Производителите са разработили двигател с мощност 125 к.с. (93 kW), който може да работи с две режещи глави едновременно. В металорежещата индустрия, при 6200 бара, две режещи глави с отвори 0,28 мм могат лесно да режат метал едновременно.

По-високите налягания допринасят за по-бързо рязане и по-добра производителност, поради което увеличаването на водното налягане с цел подобрена ефективност е ключова тенденция при машините за водно рязане.

Сред основните цели в производството са: редуциране на времето за изработка и разходите; намаляване на търсенето на висококвалифициран труд; увеличаване на надеждността на оборудването и продължителността на експлоатация.

Производителността на машините за водно рязане може да се подобри чрез повишаване на налягането и съответно на ефективността, опростяване на програмирането и работата чрез създаване на по-интелигентен софтуер, и предлагане на варианти от вътрешни договори за услуги с цел ограничаване или елиминиране на времето и разходите по поддръжка на машината.

Заедно с по-високите скорости, потребителите на машини за водно рязане очакват по-голяма надеждност от всякога от своето оборудване, тъй като всеки престой драстично намалява печалбата. Потребителите залагат все повече и повече на непрекъснат режим на работа, което допринася за утвърждаването на хидроабразивното рязане като технология, с която престоите на машините са с по-малка честота.

Компаниите се нуждаят от решения с възможно най-дълъг интервал между спиранията за поддръжка и лесна за обслужване система, която позволява минимален престой в натоварени периоди. Лесната употреба е още една наистина важна характеристика за потребителите днес, тъй като става все по-трудно да се намерят опитни оператори.

Друга тенденция е напредъкът в технологията на режещите глави, съчетана с промяна в изработката на дюзите - преминаване от рубини и сапфири към диаманти. Диамантените дюзи, които макар и по-скъпи от рубинените и сапфирените, водят до значително по-ниски дългосрочни оперативни разходи, тъй като животът на диаманта обикновено е 30 пъти по-дълъг от този на рубина или сапфира.

Експлоатационният живот на диамантените дюзи се отличава и с много по-голяма последователност в сравнение с непостоянството, което често се среща при рубинените и сапфирените дюзи.

Възможността за по-добро управление на доставяния на режещата глава обем абразивен материал също придобива все по-голямо значение. Това е така, защото цената на абразивния материал - най-големият разход при работа с машини за водно рязане, продължава да нараства. В резултат на това все повече и повече системи за доставка на абразив са в състояние да подадат точно определеното количество абразив в желания момент, за да се елиминират загубите.

Някои производители на машини за водно рязане също така използват усъвършенствани методи за откриване на потенциални точки на изтичане. Това гарантира, че операторът ще е наясно с проблем, който би довел до срив на системата, и ще може да планира необходимата поддръжка.

Днешните потребители на машини за водно рязане търсят повече възможности за автоматизация на производствените си процеси, така че да се сведе до минимум намесата от страна на оператора. Някои нови разработки имат сензори за контактна височина, които заедно с контролера на машината за водно рязане могат да помогнат на потребителите да избегнат потенциални задирания. Тези сензори могат да отчитат разлики в плоската повърхност на материала, като поддържат автоматично постоянно отстояние в рамките на 1 мм от зададената височина за рязане.

По-големи маси за водно рязане
В индустрията за машини за водно рязане се наблюдава осезателна тенденция към все по-големи и по-големи маси за рязане. Много голямогабаритни маси за рязане са били използвани и преди, но те са били скъпи, правени по поръчка инженерни продукти, предназначени за специфични приложения и произведени в единични бройки.

Стандартните, достъпни, серийни режещи системи за употреба в машинни цехове и фабрики обикновено са с габарити в диапазона от 1,5 м до 3 м или по-малки. Въпреки това, през последните няколко години размерите на масите, налични на стандартните машини, се увеличиха драстично и сега са лесно достъпни в размери от 4 м до 14 м без допълнително таксуване за изработка. Тази тенденция се дължи на комбинацията от потребителско търсене и усъвършенствана технология за линейно задвижване.

Преимуществата на по-големите маси за рязане са видими за производствените предприятия от всякакъв мащаб. На първо място е възможността за изработка на по-големи детайли с една и съща настройка от много големи панели от материали. В допълнение, могат да се изрязват отвори на предварително оформени големи детайли, като например прозорците и вратите на дълъг страничен панел за вагон на скоростен влак.

За цехове, които произвеждат големи количества по-малки детайли, е предимство това, че на масата могат да се поставят множество листи, позволявайки едновременното изрязване на детайли от един лист и отстраняване на вече изрязани от друг. По този начин се осигурява практически непрекъснато производство.

И накрая, големи маси с подходяща система за линейно задвижване могат да бъдат оборудвани с двойни независими управляеми мостове с цел да се режат едновременно два различни детайла от материал с две различни дебелини. Това осигурява гъвкавостта на производството на две независими режещи маси при по-ниски капиталови разходи и с по-малко необходимо пространство.

Линейни енкодери - в миналото ползите от голяма маса за рязане не бяха достатъчни, за да оправдаят капиталовите вложения за скъпа, изработена по поръчка система. Ключовият ограничаващ фактор за посрещане на търсенето на производителите за по-големи маси на разумна цена беше високата себестойност на дългите, високоточни системи за линейно задвижване.

Много дългите системи за линейно позициониране, използващи традиционните сачмено-винтови двойки, зъбни рейки, или зъбни ремъци, не отговаряха на изискванията на производителите за точност на детайлите без съществено увеличение на разходите в сравнение с по-малките маси за рязане. Тази ситуация обаче се промени с въвеждането на изключително прецизни безконтактни линейни енкодери.

Наличието на такива енкодери от своя страна доведе до разработването на системи за линейно задвижване, отговарящи на специфичните изисквания за масите на машините за водно рязане.

Освен че предлагат гладко и прецизно управление на линейното движение, изисквано за маса за водно рязане, тези линейни устройства имат уникалната способност да се удължават лесно и при незначителни допълнителни разходи. Като резултат се предлагат цели семейства от маси с X-Y управление, на които дължината по оста X може да бъде уголемявана на стъпки, за да отговаря на изискванията на производствения цех - по същество това са маси с поръчкова дължина при стандартна цена на системата.

Разработването на много големи маси за водно рязане изисква отчитането на няколко ключови инженерни съображения. По структурни причини тези маси винаги са портални системи, като порталният мост обхваща по-късата ос. Тъй като водното рязане изисква много малко странично натоварване на дюзата за рязане, порталният мост не е нужно да бъде проектиран така, че да се справя със съществените изисквания за странична сила на традиционния металообработващ инструмент, което означава, че не е необходим портал с масивна структура.

Макар че е хубаво от гледна точка на разходите, липсата на нужда от масивен портал е свързана със свои собствени предизвикателства по отношение на конструкцията. Режещият поток при водното рязане е изключително чувствителен към вибрациите на дюзата. Поради това трябва да се обърне особено внимание на дизайна на порталния мост, за да се контролират вибрациите в целия диапазон на скоростите на рязане.

Допълнителни конструктивни съображения възникват от неизбежно голямото разстояние между помпата за високо налягане и дюзата за рязане при тези много големи маси. Използването на обикновен високонапорен тръбопровод с малък диаметър между помпата и дюзата просто не е практично, когато дюзата има повече от 14 метра движение по оста X.

Проблемът е не само в нуждата от механична опора и осигуряване на безопасност, но и в това, че загубата на налягане на течността в такъв дълъг тръбопровод с малък диаметър може да бъде значителна.

Загубата на налягане е особено голяма за системите с налягане от порядъка на 6000 бара, тъй като по-голямата дебелина на стената, необходима за този тръбопровод, значително намалява вътрешния му диаметър. Ако вътрешният диаметър е намален наполовина, площта на напречното сечение на водния проход се намалява с коефициент 4, а падът на налягането в тръбите се увеличава драстично.

Понижаването на налягането в тръбите редуцира ефективната мощност на абразивния поток в дюзата, а по-ниската мощност означава намалена скорост на рязане. Системата за свързване с форма на ножица с тръби с по-голям диаметър за налягания от порядъка на 4000 бара и с голям проход за течността, снабдена с шарнирни съединения с ниски падове на налягане, води до много по-малка загуба на мощност между помпата и дюзата. Това означава по-бързо рязане, по-ниски разходи за поддръжка и по-голяма надеждност на системата.

Приложения на машините за водно рязане
Широкият спектър от приложения, присъщ на машините за водно рязане, се разраства благодарение на многото предимства на хидроабразивните процеси. Водното рязане намира място във всички видове приложения за рязане - от по-твърди материали като неръждаема стомана, алуминий и гранит, до по-меки материали като каучук, пластмаса и хранителни продукти.

В автомобилната индустрия тези машини се използват за рязане на тапицерии за тавани и панели за автомобили и камиони. Използват се и в строителството за изрязване на отвори за мивки и за закрепване в плотове от гранит и камък. В хранително-вкусовата промишленост машините за водно рязане се използват за нарязване на листни зеленчуци и нарязване на ягоди при подготовка за замразяване.

Възможността за рязане на широка гама от материали позволява машините за водно рязане да се използват за изрязване на пенопластови материали за опаковъчната индустрия. Макар че се използват предимно в работни цехове и производствени съоръжения, гъвкавостта на тези машини ги прави привлекателна възможност и за други индустриални сектори.

Новият брой 8/2017

брой 8-2017

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top