PRELUCRAREA CU JET DE APA

Continutul prezentarii

-Ce a condus la utilizarea unei astfel de tehnologii?-Ce este mai exact prelucrarea cu jet de apa ?-De cate tipuri este?-Ce materiale se pot taia?-Care este principiul de functionare?-AJM:descriere si caracteristici-Dynamic waterjet machine -APLICATIE-Avantaje si dezavantaje AJM (AWJ) fata de alte metode de prelucrare-Curiozitati-Concluzii-Bibliografie

Cum s-a ajuns la necesitatea dezvoltarii unor tehnologii moderne?

In prezent,metodele si aparatele de taiere utilizate de-a lungul anilor in industrie incep sa piarda teren datorita evolutiei si avansarii in sfera tipurilor de material utilizate.S-au impus metale mai bune; si ca atare, si masinile utilizate pentru prelucrarea lor au necesitat o imbunatatire sau o inovatie.Exemple de astfel de materiale includ oteluri inoxidabile (cum ar fi otelurile inoxidabile cu Crom,Aluminiu,Nichel si Molibden fabricate la Allegheny Ludlum Corporation; sau otelurile fabricate la Universal Cyclops Steel Corporation; aliaje cu Titan ori titan pur si orice alt tip de otel cu duritate inalta).

Datorita duritatii extreme si rezistentei acestor aliaje, metodele traditionale(conventionale) de formare si taiere s-au dovedit a consuma tot mai mult timp; au devenit dificile dar mai ales scumpe nereusind sa mai satisfaca o productie ca si metoda izolata.Din aceasta necesitate de prelucrare eficienta,rapida,necostisitoare si sigura s-a nascut taierea cu jet de apa.

Taierea cu jet de apa reprezinta debitarea unei mari varietati de materiale in baza unei presiuni foarte mari de apa.

Taierea cu apa :

•fara substanta abraziva ( water-only cutting /pure waterjet) – materiale mai moi cum ar fi mancarea sau cauciucul

Care sunt tipurile de taiere?

•cu substanta abraziva -materiale dure(abrasivejet)AJM-Abrasive Jet Machining

! Oricare din variante se alege, e necesara presurizarea apei inainte.

1.Utilizeaza un curent de apa de mare presiune (30000-90000 psi *- cu o pompa) + flux de viteza mare de particule abrazive in suspensie (cazul AJM)

2.Pentru o gama variata de materiale, inclusiv cu sensibilitate la caldura, delicate sau materiale foarte dure.3. Nu apar decolorari ale suprafetelor taiate; 4.Duzele sunt deobicei realizate din borura sinterizata5.Produce inclinare de mai putin de 1 grad la majoritatea taierilor dar poate fi redus sau chiar eliminat daca se incetineste procesul de taiere6.Distanta de la duza la semifabricat da marimea sectiunii si rata indepartarii de material. Deobicei : 3.175 mm.7.Temperatura este un factor de natura secundara.8. Nu produce INCALZIRE sau vapori toxici in timpul prelucrarii.

*1 Psi (Pound per Square Inch) =6.894757 kilo-pascal=0.068947573 Bar

Ce caracteristici prezinta?

Ce materiale pot fi taiate prin aceasta metoda?

-Metale: oteluri aliate si nealiate, otel inoxidabil,aluminiu, alama, bronz, cobalt, cupru, aur, aliaje de nichel, argint, titan, fier forjat, zinc, etc

- Materiale plastice: PVC, polipropilena, polietilena, polistiren, teflon, termoplastice, policarbonat, plexiglas, ABS etc.

-Sticla, ceramica (gresie, faianta, portelan)

- Piatra: granit, marmura, travertin, calcar, onix etc.

- Alte materiale: fibra de carbon, carton, beton, fibra de sticla, spuma, grafit, kevlar, linoleum, cauciuc, silicon, lemn, tego, nylon, piele, materiale compozite

GranitSticla

Lemn Marmura

Care este metoda de functionare?

Cele mai multe teorii in explicarea taierii cu jet de apa conchid ca procesul este o forma de micro-eroziune .

-Taierea:prin fortarea unui volum mare de apa printr-un orificiu mic in duza.

-Volumul constant de apa trece printr-o zona unde se reduce sectiunea transversala iar asta face ca particulele sa se accelereze rapid.

-Iesind din duza,volumul accelerat sufera un impact cu materialul care urmează să fie taiat (OP).

-Presiunea extrema a apei afecteaza o zona mica a Obiectului de prelucrat.

-In aceasta zona mica piesa va dezvolta mici fisuri din cauza impactului.

-Jetul va indeparta in acelasi timp materialul care este erodat de la suprafata OP.

-Microfisurile cauzate de impact,vor fi expuse si ele jetului de apa.

-Astfel,presiunile extreme si impactul particulelor din curentul de apa vor provoca propagarea fisurilor pana cand materialul este taiat cu totul.

Aditivii sub forma de nisip sau alte suspensii abrazive, cum ar fi granatul si oxidul de aluminiu pot ajuta în acest proces.

Jetul de apa abraziv este mult mai puternic decat un jet de apa pura si este capabil de de taiere a unor materiale mult mai dure care nu pot fi taiate cu jet de apa simplu.

In cazul AJM ,folosind parametrii standard pot taia materiale cu duritate de pana la sau chiar dincolo de cea a oxidului de aluminiu ceramic (adesea numit alumina AD 99,9).

1: supapa de înaltă presiune pentru alimentare cu apa.

2: bijuterie (rubin sau diamant).

3: mat abraziv (granat).

4: tub de amestecare. 5: perete conductor

6: jet abraziv (apa + suspensii abrazive).

7: Obiectul de prelucrat

-particulele materialului abraziv se recomanda sa aiba colturi ascutite

Scheme de functionare

Dependenta interstitiu –crater

Schema variatiei dimensiunii craterului in functie de distanta de la care se pompeaza jetul de apa abraziv:

Grosime(mm) Toleranta(mm)0.50 – 12.00 +/- 0.2512.00 – 50.00 +/- 0.5050.00 – 76.00 +/- 1.0076.00 ≥ +/- 2.00

Abateri permise in functie de grosimea OP:

DYNAMIC WATERJET

Există două caracteristici distincte intalnite de operatori atunci când realizeaza o taiere cu jet de apa: intarzierea(decalarea) jetului (Stream Lag); si forma conica a acestuia.

•Efectul de Stream Lag are loc cand punctul de ntrare al jetului de apa taie mai rapid decat partea de iesire.Aceasta se datoreaza faptului ca jetul e cel mai puternic la intrarea in contactul cu materialul de prelucrat,si isi pierde din energie pe masura ce iese din material.This is because the jet is most powerful when entering the material and loses some of its power as it exits. Ca efect jetul “intarzie” (efectul de lagging) in spatele punctului de intrare.Scade acuratetea si apar erori vizibile in geometria piesei.•Conicitatea este un alt efect (V-shaped )natural care ia nastere cand jetul de apa pierde din enegrie pe masura ce taie din material.

Ambele efecte pot fi minimizate reducand dramatic viteza de taiere.Incetinirea vitezei de taiere dau timpi mai mari si cost de productie mai mare pe reper.

Cum evit acest lucru? Introducand notiunea “ Dynamic Waterjet.”

Dynamic Waterjet Mai rapid.Repere de MARE precizie.

Date fiind provocarile Stream Lag-ului si a conicitatii; dezvoltarea celor de la compania FLOW cu Controlul Tolerantei (Active Tolerance Control) a fost essentiala in avansarea tenologiei cu jet de apa Inventat si patentat de catre cei de la Flow in anul 2001 sa contracareze cele doua probleme mai sus mentionate,Dynamic Waterjet permite taierea la viteza de varf si precizie inalta,cele doua caracteristici nemaifiind impedimente in cadrul procesulului AJM;iar cea mai versatila ustensila de taiere(scula) a fost transformata intr-un sistem deosebit de competitiv cu celelalte tehnologii alternative de taiere in ce priveste acuratetea,precizia si viteza de lucru.

SmartStream™Tehnologia cu jet de apa dinamic utilizeaza modele matematice SmartStream™ care inclina automat capul jetului de apa catre margine precum e necesar in vederea eliminarii conicitatii. Aditional,aceleasi modele ii dau capului jetului de apa indicatii despre cand sa se incline inainte pentru a controla cursul jetului.

Toate acestea sunt finalizate “dupa cortina”. Operatorul doar include parametrii de baza ai taierii incluzand tipul materialului,grosime si calitatea suprafetei dorita;iar software-ul FlowMaster simplu dar puternic face restul:inclusiv calculul miscarilor necesare pentru obtinerea unui reper taiat rapid si cu precizii bine definite.

Dynamic Waterjet XD

Mai mult de atat, Dynamic Waterjet furnizeaza o calitate ridicata a a reperului taiat care adesea elimina procesele de la un nivel secundar salvand considerabil cost si timp.

Ultimate in Accuracy, Speed, and FlexibilityDynamic Waterjet® XD integreaza functionalitatea 3D cu Dynamic Waterjet – impingand limitele in precizie, viteza,si flexibilitate.

Dynamic XD este o idee revolutionara in ce priveste prelucrarea cu jet de apa abraziv si industria exceland in caracteristicile sale unice si capabilitatea acesteia.Include sanfrenarea si pana la 60 de grade de miscare.Aceasta functionalitate aduce versatilitate sistemului si permisivitate facand taierile usoare chiar si in repere complexe tridimensionale.

Caracteristicile includ si: Ridicare si coborare rapida data de precizia actionarii electriceOperatii SUB sau DEASUPRA apei(f important la vapoarele scufundate)Carcasa “Easy access” care protejeaza componentele de precizie critica (stricta)

Comparatia jetului de apa abraziv cu alte tehnologii alternative de taiere

1.AWJ versus EDMPuncte tari EDM :Repere extrem de precise(+/- 0.025mm)Repere de grosimi mari(peste 300mm)Repere conicePuncte tari AWJ :De 5 pana la 10 ori mai rapid(pentru repere de grosime sub 25mm)FARA ZIT(zona influentata termic - cunoscuta si sub abrevierea HAZ-heat affected zone)Foarte buna in materiale care nu au capacitate conductiva(sticla, plastic etc)Strapungere de material fara gauriri/perforari anterioare.Suprafata de lucru marita 3.AWJ versus Laser

LaserTaiere rapida a materialelor care nu reflecta lumina.Repere precise(+/- 0.025mm)Margini de taiere lucioase (netede)AWJAceeasi precizie ca pentru Laser cu deosebirea ca grosimea materialului este mai mare la prelucrarea cu jet de apa.Repere de pana la 50mm grosime in orice tip de materialLipsa ZIT ->evitarea operatiilor secundarePot prelucra si piese cu proprietati reflexive.

2.AWJ versus PlasmaPlasma genereaza o ZIT iar ; AWJ nu induce caldura sau solicitari in material.Finisarea marginilor cu AWJ este mai neteda decat la prelucrarea cu PlasmaLa plasma: scula limitata de grosime, pe cand AWJ poate taia orice grosime de materialPlasma: Prezenta zgurei. AWJ da mici crestaturi sau chiar delocFanta la AWJ are 1/16” latime;iar fanta la sistemul cu plasma trece de ¼”

In colaborare cu Daimler-Chrysler Corporation, Michigan Tech a gasit o cale sa foloseasca sticla de parbriz zdrobita ca inlocuitor al granatului (cunoscut pentru intrebuintarea lui frecventa ca substanta abraziva) .Sticla, care e facuta din siliciu are o duritate de 6 pe scare Mohs, nefiind la fel de dura ca granatul.Totusi costul unei tone de sticla fiind in jur de $50. In ce rpiveste duritatea, sticla de siliciu este inca mai dura ca majoritatea altor materiale, iar de vreme ce sunt zdrobite, toate particulele au margini ascutite care nu au fost purtate ca urmare a eroziunii care ar putea sa apara in granat. Celalalt beneficiu al utilizarii siliciului este ca intreaga sticla utilizata o reprezinta resturile de sticla care altfel ar fi fost trimise la depozitul de deseuri prin urmare neintrebuintate.

Alte imbunatatiri si experimente la care se lucreaza in multe alte companii sunt:•Utilizarea unui lichid de taiere criogenic•Gasirea unor noi intrebuintari ale taierii cu jet de apa cum ar fi turnare,curatare si•Gasirea unor noi cai de a face taierea cu jet de apa mai eficienta in procesele deja existente

Curiozitati

Concluzii

Dat fiind faptul ca indepartarea de material este data de actiunea eroziva a jetului de apa de inalta presiune (cu sau fara particule abrazive ) asupra materialului de prelucrat,taierea cu jet de apa este un proces neconventional de taiere.

De la sticla plana ,multistrat la metale de mare duritate sau marmura ori granit taierea cu jet de apa se poate folosi in aproape orice aplicatie. Semifabricatele pot fi taiate cu precizie, datorita performantelor utilajului. Si pentru ca taierea cu jet de apa nu genereaza vibratii ,nu elibereaza caldura si nu lasa muchii ascutite in marginea taiata, nu sunt necesare alte prelucrari si finisari secundare ale marginilor daca nu se impune acest lucru. In plus, atat capacitatea utilajului de a realiza decupaje exacte, precise, cat si viteza cu care se efectueaza acest proces, optimizeaza timpii de executie.

STUDENT: Roxana Cristina Urian

SPECIALIZAREA: TCM

ANUL: III

DISCIPLINA : Prelucrari prin sisteme alternative

Prof. univ. dr. ing si ec : Mihail Aurel Ţîţu

http://www.aqua-dynamics.co.uk/waterjet-comparison.htm

Principles of Abrasive Waterjet Machining – Andreas W. Momber;Radovan Kovacevic Editura Springer.

http://www.kmtrobotic.com/processes/waterjet-cutting-works.html

http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/question553.htm

http://www.flowwaterjet.com/en/waterjet-technology.aspx

http://waterjetcut.co/waterjetcutting/

BIBLIOGRAFIE

Lucrare patentata –Liquid Cutting of Hard Materials – Billie G. Scwacha 1958 (1961)