Urządzenie do cięcia wodą - Hydrojet, Elektronika, Jak to działa [ Pobierz całość w formacie PDF ]
jak to działa
Urządzenie
do cięcia wodą –
Hydrojet
1
Kazimierz Topór
szego pojawienia siê
wodoci¹gów w ich no-
woczesnym wydaniu zau-
wa¿ono, ¿e woda wyp³ywa-
j¹ca pod ciœnieniem mo¿e
sporo narozrabiaæ. Oczywis-
te, ¿e im wiêksze ciœnienie,
tym wiêksza prêdkoœæ wyp-
³ywaj¹cej wody i wiêksza
jej energia.
Pierwszym powa¿-
nym, technicznym zastoso-
waniem strumienia wody
by³y tzw. hydromonitory,
inaczej armatki wodne, u¿y-
wane do pracy w kopal-
niach odkrywkowych,
a czasami w kopaniach g³ê-
binowych, jeœli warunki od-
prowadzania wody na to
pozwala³y. Urabianie ska³
hydromonitorem ma spore
zalety: odbywa siê niemal
bezpylnie, u³atwia tran-
sport urobku, nie niszczy
górotworu tak jak pozyski-
wanie np. marmurów bu-
dowlanych za pomoc¹ ³a-
dunków wybuchowych.
Ciœnienie robocze wody
w hydromonitorach by³o
spore, ale nie przekracza³o
wartoœci 20–30 Mpa. W po-
³owie lat 60. w niektórych
oœrodkach naukowo-ba-
dawczych rozpoczêto próby
z zastosowaniem strumie-
2
36
N
iemal od chwili szer-
3
Laserem czegoœ takiego
wycinaæ nie bardzo mo¿na, bo po
prostu zapach palono-topionej gu-
my jest nie do wytrzymania! Có¿
wiêc robiono? Po prostu wulkani-
zowano tak¹ kszta³tkê w formie.
By³o to drogie i jakoœciowo niecie-
kawe. Dopiero u¿ycie hydrojetu za-
³atwi³o problem elegancko i bez-
b³êdnie!
Prze³om w budowie tych
urz¹dzeñ spowodowa³a technika
komputerowa. Umo¿liwi³a wycina-
nie kszta³tek na podstawie rysun-
ku, zapisanego w którymœ z prog-
ramów graficznych – najczêœciej
w AutoCadzie. Po konwersji zapisu
na format programu z grupy Cam –
np. Unigraphics, mo¿na by³o wyci-
naæ „pod komend¹” komputera, a to oznacza³o precyz-
jê, dowolnoœæ kszta³tu i wysoki uzysk z powierzchni
pó³fabrykatu.
Typowe stanowisko do ciêcia wod¹ przedstawia
. Zewnêtrznie jest bardzo podobne do stanowiska
dla ciêcia palnikiem tlenowo-acetylenowym. Ró¿nica
tkwi w organie roboczym.
Sercem hydrojetu jest zespó³ pompuj¹cy wodê
pod bardzo wysokim ciœnieniem, a organem wykonaw-
czym dysza robocza. Z t¹ dysz¹ by³ zawsze k³opot: jeœli
mia³a doprowadzaæ wodê do przestrzeni ciêcia, to
przecie¿ sama te¿ podlega³a „obróbce” i zu¿ywa³a siê
nia wody o znacznie wy¿szym ciœnieniu, siêgaj¹cym
250–300 MPa do ró¿nych zastosowañ technologicznych.
Trzeba tu przypomnieæ, ¿e ciœnienie na poziomie
250–300 MPa – to ciœnienie gazów prochowych w lufie
armatniej po odpaleniu ³adunku miotaj¹cego!
Ka¿dy nieoczekiwany wytrysk wody przez jak¹-
kolwiek nieszczelnoœæ móg³ powa¿nie zraniæ obs³ugê!
Mimo to próby i doœwiadczenia trwa³y i w latach 70.
pojawi³y siê ju¿ pierwsze profesjonalne urz¹dzenia
do ciêcia wod¹. Pocz¹tkowo pracowa³y na czystej wo-
dzie, dodatkowo oczyszczanej, demineralizowanej
i filtrowanej, ¿eby pozbyæ siê osadów, zatykaj¹cych
dyszê robocz¹ i uszka-
dzaj¹cych pompy.
Szybko okaza³o siê, ¿e
hydrojet – bo taka
nazwa upowszechni³a
siê praktycznie na ca-
³ym œwiecie (czasami
waterjet) – to idealne
urz¹dzenie do ciêcia
materia³ów, takich jak
g¹bki, tkaniny, wielo-
warstwowe sklejki
i laminaty.
Proszê sobie
wyobraziæ problem
wycinania kr¹¿ków
o œrednicy np. 40 mm,
z otworami 16 mm,
z dywanika mikropo-
rowatej gumy o gru-
boœci 12 mm. Ka¿dy
powie: co to za prob-
lem! Zrobimy wykroj-
nik no¿owy i po k³opo-
cie ! Otó¿ nie! Gu-
ma, zanim da siê
przeci¹æ, odkszta³ci
siê pod naciskiem no-
¿y tak, ¿e po wyciêciu
kr¹¿ka uzyskamy jakiœ
dziwaczny twór, ni-
czym nieprzypomina-
j¹cy tego, co chcieliœ-
my osi¹gn¹æ !
3
5
4
1
2
37
jak to działa
doœæ szybko. Powodowa³o to rozkalibrowanie otworu
i spadek ciœnienia wody w samej dyszy.
Wysi³ki konstruktorów posz³y w dwóch kierun-
kach: jeden – to zastosowanie ultratwardych materia-
³ów, takich jak wêgliki spiekane, syntetyczne i natural-
ne kamienie typu rubin, borazon, syntetyczny szafir itp.
Drugi kierunek to taka konstrukcja dyszy, która poz-
wala na szybk¹ wymianê zmniejszonej do
minimum, a wiêc taniej wk³adki kalib-
rowanej.
Jest to ta sama „ideolo-
gia”, jaka towarzyszy³a wyna-
lezieniu ¿yletki, skalpela
z wymiennymi ostrzami,
popularnych dziœ no¿y-
ków z wysuwanymi i ³at-
wo wymienialnymi os-
trzami itp. Oczywiœcie
wk³adka ta jest wyko-
nywana z bardzo twar-
dych materia³ów, co
w sumie daje ju¿ bar-
dzo dobry okres jej
trwa³oœci, a ³atwoœæ
wymiany redukuje
przestoje urz¹dzenia do
dwóch, trzech minut. Ty-
pow¹ dyszê do ciêcia czys-
t¹ wod¹ przedstawia .
Z pozoru banalne rozwi¹zanie,
ale ju¿ w tej dyszy zastosowano
wymienn¹ wk³adkê z kamienia syn-
tetycznego.
W latach 80. zaczêto próby z wpro-
wadzaniem do strumienia wody proszków œcier-
nych, co umo¿liwi³o ciêcie takich materia³ów jak:
wszelkie minera³y, szk³o, kryszta³y, hartowana stal i po-
dobne. Oczywiœcie natychmiast spowodowa³o to nasi-
lenie problemów z dysz¹, podaj¹c¹ strumieñ wody
z zawiesin¹ proszków œciernych .
Próby trwaj¹ nadal, polegaj¹ m.in. na zawirowa-
niu strumienia z zawiesin¹ i podawaniu go w otoczce
czystej wody, co w wysokim stopniu zmniejszy³oby zu-
¿ycie dyszy.
W jaki sposób uzyskuje siê takie ciœnienia, jakie
s¹ potrzebne w tej technologii? Istnieje wiele rozwi¹-
zañ, ale na ogó³ s¹ to pompy t³okowe lub nurnikowe.
Nie jest tu potrzebny zbyt du¿y wydatek objêtoœciowy
pomp, bo œrednica otworów dysz waha siê w granicach
0,2–0,5 mm i mimo bardzo wysokiego ciœnienia i du¿ej
prêdkoœci wyp³ywu potrzebna do pracy iloœæ wody
mieœci siê w rozs¹dnych granicach.
Bardzo czêstym rozwi¹zaniem jest tzw. multipli-
kator ciœnienia . Do cylindra o du¿ej œrednicy podaje
siê wodê pod ciœnieniem np. 5 MPa z pompy wirnikowej.
Na tym samym t³oczysku zmontowany jest
t³ok o œrednicy du¿o mniejszej i odpo-
wiedni cylinder. Je¿eli np. œrednica
pierwszego cylindra wynosi 100
mm, a tego drugiego 20 mm,
to stosunek ciœnienia uzys-
kanego w ma³ym cylin-
drze do ciœnienia w du-
¿ym równy bêdzie sto-
sunkowi powierzchni
przekroju obu cylin-
drów, a inaczej –
kwadratowi œred-
nic. W naszym
przyk³adzie wynie-
sie to: 100 : 20 = 5,
a ¿e 5
2
= 25, zatem
ciœnienie w ma³ym
cylindrze wzroœnie
25 razy. Jeœli du¿y
cylinder zasilany jest
wod¹ pod ciœnieniem
5 MPa, to w ma³ym ma-
my ciœnienie: 25×5 = 125
MPa. A wiêc ju¿ nieŸle!
Oczywiœcie te dwa cylin-
dry obs³uguje system zaworów, ale
one, aczkolwiek bardzo wa¿ne, nie pod-
nosz¹ ju¿ ciœnienia. Kaskada takich multiplika-
torów pozwala ³atwo uzyskaæ ciœnienie pot-
rzebne do w³aœciwej pracy hydrojeta.
Co mo¿na dziœ wycinaæ za pomoc¹ hydrojetu?
Bardzo du¿o! Od puszystych pianogum, laminatów, do
p³yt hartowanej stali o gruboœci nawet do 200 mm. Tnie
siê p³yty granitu, marmuru, szk³a itp. Wykonanie po-
sadzki z p³ytek sk³adanych w esy-floresy to dziœ ¿aden
problem . Trzeba dodaæ, ¿e pojawi³y siê te urz¹dzenia
w wersji 3D, a tak¿e 5D, co oznacza, ¿e hydrojetem
mo¿na „rzeŸbiæ” struktury przestrzenne. A wszystko to
elegancko, cicho – nie licz¹c szumu wody – bez zmian
strukturalnych w materiale, bez nadpaleñ.
Proces ulepszania hydrojetu trwa! Ciekawe bêd¹
rozwi¹zania tych maszyn za np. 50 lat!
6
4
7
5
7
6
38
[ Pobierz całość w formacie PDF ]