Nie ma chyba na świecie osoby związanej z technikami wytwarzania, która nie słyszałaby o cięciu wodą. Technologia waterjet w dzisiejszych czasach rozwija się najszybciej ze wszystkich procesów obróbkowych polegających na cięciu. Równie prędko staje się więc standardem w firmach produkcyjnych.
Cięcie wodą to szybki i elastyczny proces pozwalający osiągnąć dużą dokładność. Takiej obróbce można poddać wiele materiałów, co sprawia, że popularność tego narzędzia ciągle rośnie.
Podstawy
Historia cięcia wodą rozpoczęła się w Stanach Zjednoczonych w latach 60. XX wieku. Kluczowe założenia procesu niewiele zmieniły się od początkowych – jest to technologia cięcia z wykorzystaniem strumienia wody ze ścierniwem. Proces jest możliwy dzięki bardzo dużemu ciśnieniu, sięgającemu nawet 4000 atmosfer, które umożliwia cięcie materiału o grubości do 300 mm. Dzięki takiemu rozwiązaniu na krawędziach obrabianej powierzchni nie powstają nierówności widoczne na przykład po cięciu laserem czy plazmą.
Innymi zasadniczymi plusami obróbki tego rodzaju jest niewystawianie materiału na działanie wysokiej temperatury, substancji chemicznych czy dużego nacisku. Cięcie wodą sprawdza się na wielu materiałach – od metali, szkła, drewna, po tworzywa sztuczne, a nawet odzież.
Jak to działa?
W pierwszej kolejności woda trafia do pompy, która spręża ją do ciśnienia nawet 4000 atmosfer. Następnie jest ona kierowana do sterowanej przez komputer głowicy tnącej. Tam znajduje się najważniejszy element maszyny: kryza z kamienia szlachetnego. Jej średnica wynosi zaledwie ułamek milimetra. To właśnie w niej energia potencjalna strumienia wody zamieniana jest na energię kinetyczną. W rezultacie woda osiąga prędkość około 1000 m/s, trzykrotnie przekraczając barierę dźwięku.
Taki strumień kierowany jest w przestrzeń roboczą, gdzie znajduje się obrabiany element. Dzięki temu, że obróbkę przeprowadza się w niskiej temperaturze przy użyciu skoncentrowanej strugi o wysokim ciśnieniu, możliwe jest precyzyjne wycięcie elementów.
Cięcie ze ścierniwem i bez ścierniwa
Z czasem udoskonalano technikę, w rezultacie czego wyodrębniły się dwa sposoby cięcia: cięcie czystą wodą oraz wodą z dodatkiem ścierniwa, nazywane inaczej cięciem abrazyjnym.
Ścierniwo dodawane do strugi wody nazywa się garnetem. Jest ono bardzo drobne, w wyglądzie przypomina piasek. Dodaje się je już po przyspieszeniu strugi wody do końcowej prędkości, w komorze miksującej.
Ścierniwo polepsza możliwości penetracyjne wody, dzięki czemu możliwa staje się obróbka materiałów twardszych. Jak łatwo się domyślić, czystą wodą tnie się głównie materiały miękkie, takie jak gąbki, gumy, tapicerki czy drewno i papier.
Zalety
Bardzo ważną zaletą tej technologii jest możliwość przecięcia niemal każdego materiału do grubości nawet 300 mm. Różnorodność materiałów poddających się pracy wody jest bez porównania większa niż w innych technologiach.
Inną zaletą jest niepowstawanie w procesie obróbki gazów, plazmy czy pyłów niebezpiecznych dla operatora lub środowiska. Ilość odpadów jest minimalna, a sam proces – ekologiczny.
Odpady powstałe podczas obróbki wodą osadzają się na dnie zbiornika i są traktowane jako gruz. Zużytą wodę można odzyskiwać za pomocą układu zamkniętego, jednak jej niewielka ilość sprawia, że nie jest popularne rozwiązanie.
Największa zaleta tego typu obróbki to stan powierzchni przedmiotu po obróbce. Jak możemy dowiedzieć się z publikacji dr inż. Andrzeja Mazurkiewicza z Politechniki Radomskiej „Czynniki wpływające na jakość powierzchni stali po cięciu strumieniem wodno-ściernym”, proces ten pozostawia gładkie krawędzie, zatem zbędne staje się przeprowadzenie kolejnych kosztownych procesów wykańczających. Z kolei niska temperatura powoduje, że w materiale obrabianym nie występują zmiany właściwości, a samo ścierniwo nie wchodzi z nim w reakcje chemiczne.
Wady
Bardzo istotną wadę cięcia wodą stanowi ograniczenie w geometrii wyrobów. Cięcie może być wykorzystane tylko do obróbki powierzchni płaskich. Dzieje się tak z powodu budowy maszyny i stołu roboczego. Można ciąć jedynie przez całą grubość materiału, bez korekcji.
Inną wadą może być czas potrzebny na przeprowadzenie obróbki. Im twardszy i grubszy materiał, tym wolniejsza praca, a w rezultacie wyższe koszty.
