Trochę historii

Pierwsze maszyny do cięcia wodą posiadały pompy o nieznacznych możliwościach – ciśnienie wody było małe, lecz mimo to umożliwiało cięcie takich materiałów, jak pianki, gumy, PCV, wełna mineralna, czy również produkty spożywcze. Obecnie stosowane pompy umożliwiają podniesienie ciśnienia wody nawet do 4 000 atmosfer. Rozwój technologii pozwolił na cięcie większej grupy materiałów – dziś przy pomocy waterjeta można obrabiać praktycznie wszystko.

Prosty proces cięcia wodą

Cięcie wodą to proces stosunkowo prosty –  polega na sprężeniu wody przy pomocy pompy do 4 000 atmosfer, a następnie skierowaniu jej do głowicy tnącej, która jest sterowana za pomocą komputera. W głowicy znajduje się najważniejszy, oprócz pompy, element maszyny – niewielka kryza stworzona z kamienia szlachetnego, o średnicy mniejszej niż 1 mm. W tym miejscu następuje przemiana energii potencjalnej w energię kinetyczną, co sprawia,  że woda uzyskuje prędkość naddźwiękową – wynosi ona około 1 000 m/s, czyli 3-krotnie więcej niż prędkość dźwięku.

Realizowany projekt jest poddawany przetwarzaniu numerycznemu, które steruje głowicą tnącą zapewniając precyzyjne cięcie. Głowica może poruszać się po dowolnym, nawet najbardziej skomplikowanym konturze wycinając odpowiednie wzory. Strumień wody kierowany jest na materiał znajdujący się na stole roboczym, gdzie wysokie ciśnienie wody oraz jej niska temperatura umożliwiają precyzyjne wycięcie różnorodnych kształtów w niemalże każdym materiale, jednocześnie nie pozostawiając na nim nierówności.

Do cięcia wykorzystywana jest czysta woda lub woda ze ścierniwem (czyli piaskiem składającym się z drobinek granatu), dzięki czemu proces ten jest bardzo ekologiczny. Kolejną zaletą, którą warto wymienić jest fakt, że podczas cięcia temperatura wody pozostaje bez zmian, dzięki czemu proces ten nie uszkadza materiału.

Pompa w maszynie do cięcia wodą ma za zadanie wytworzenie ciśnienia wody, a także regulację szybkości cięcia materiału. Spośród pomp można wyróżnić dwa podstawowe rodzaje: pompy wmacniaczowe i karbowodowe.

Które pompy są najlepsze?

Wokół pomp krąży wiele mitów. Warto zagłębić się więc w szczegóły dotyczące technologii waterjet, by umieć je rozpoznać i obalać przy pomocy naukowych argumentów.

W skład pompy wzmacniaczowej wchodzi pompa hydrauliczna, gdzie wysokość ciśnienia jest regulowana automatycznie. Pompa przetłacza olej do cylindra wzmacniacza ciśnienia pod maksymalnym ciśnieniem 200 barów. Ciśnienie oleju oddziałuje na duży tłok, który napierając na mały tłocznik o dwudziestokrotnie mniejszej powierzchni wzmacnia (multiplikuje) ciśnienie sprężając wodę maksymalnie do ciśnienia 4000 barów. Akumulator wysokiego ciśnienia służy do wyrównania pulsacji wody przetłaczanej przewodami wysokociśnieniowymi do głowicy tnącej. . Dzięki zastosowaniu dwóch głowic i wzmacniacza (multiplikatora) elementy pompy zużywają się znacznie wolniej. Pompa ta jest również znacznie mniej awaryjna niż pompa korbowodowa.

Pompa wzmacniaczowa jest głośniejsza niż pompa korbowodowa, dodatkowo jest od niej większa i zużywa większe ilości oleju.  Mimo tych wad, trzeba zwrócić uwagę na ogromną zaletę, jaką jest szeroki zakres regulacji ciśnienia, a także większa trwałość uszczelnień.

Pompy korbowodowe pośrednio regulują ciśnienie, przez co zakres regulacji jest znacznie mniejszy. Jej praca polega na poruszaniu za pomocą silnika elektrycznego, wału korbowego, przez co następuje poruszanie.  Wydajność pompy może odbywać się za pomocą regulacji obrotów silnika przy pomocy falownika, który zasila silnik. Ciśnienie regulować można za pośrednictwem zmiany obrotów silnika oraz doboru kryzy w głowicy.

Pompa korbowodowa nie nadaje się do kruchych materiałów, do których cięcia niezbędne jest bardzo niskie ciśnienie wody. W przypadku standardowo wyposażonej pompy korbowodowej nie jest to możliwe do uzyskania. Można zastosować przystawkę, która umożliwi zawrócenie części wody, przez co energia strugi zostaje znacznie zmniejszona. Ta metoda powoduje straty wody i energii, które znacznie podnoszą koszt cięcia kruchych materiałów.

Do zalet “korbowodówek” możemy zaliczyć cichą pracę, małe rozmiary, a także mniejszą ilość zużywanego oleju. Jako wadę warto wyróżnić niską trwałość, wysokie koszty eksploatacji i delikatną konstrukcję urządzenia, a zazwyczaj także konieczność stosowania systemów uzdatniania wody.

W branży cięcia wodą znajdą się zarówno zwolennicy jak i przeciwnicy obu rodzajów pomp, a ostateczna decyzja powinna uwzględniać docelowe zastosowanie wycinarki wodnej.  Podstawową zaletą technologii waterjet jest jednak jej wszechstronność i przystępność, dlatego obecnie o wiele częściej stosowane są pompy wzmacniaczowe, głównie ze względu na generowanie niższych kosztów eksploatacyjnych i szerszy zakres regulacji ciśnień.

Działanie pompy nie jest skomplikowane, ale wymaga bardzo intensywnej pracy niektórych podzespołów. Pompy Udhe stosowane są w różnych branżach przemysłu. W Polsce marka ta znana jest przede wszystkim z pomp waterjet wykorzystywanych do cięcia wodą. W tej technologii cięcie wykonywane jest przy pomocy strugi wody. Działanie pompy nie jest skomplikowane, ale wymaga bardzo intensywnej pracy niektórych podzespołów, odpowiedzialnych za wytwarzanie wysokiego ciśnienia.

Budowa pompy wysokociśnieniowej

Pompa wyposażona jest w dwie głowice wysokiego ciśnienia, do których podłączona jest rurka z wodą. Podczas pracy waterjeta głowica pompy pobiera wodę, a następnie przesuwając się przetłacza ją przez dyszę. Wysokie ciśnienie powstaje w wyniku przetłoczenia 3,3 litra wody przez otwór o średnicy 0,35 mm w ciągu minuty.

Po obu stronach pompy wysokociśnieniowej znajdują się zawory zwrotne, które zapobiegają temu, by woda powracała do stacji filtracji. Dzięki temu procesowi wytwarzane jest ciśnienie o wartości 4000 bar. Strumień wody o tak dużym ciśnieniu może przeciąć stal o grubości 100 mm, a to wszystko z prędkością od 5 do 10 mm/min.

Znakomita wydajność

Wydajność pompy wysokociśnieniowej jest również bardzo ważna. Dobrej jakości pompy przystosowane są do ciągłej pracy, co w dobie dużej konkurencji na rynku jest priorytetem. Wysoką jakość urządzeń gwarantują części pochodzące z Niemiec czy USA, w tym także tłumiki pulsacji ciśnienia, zapobiegające wahaniom ciśnienia czy szybkiemu zużywaniu części eksploatacyjnych w sekcji wysokiego ciśnienia

W pompach zamontowano również trójstopniowe filtry wody, przez co w przeciwieństwie do pomp korbowodowych nie są potrzebne systemy odwróconej osmozy, co wiąże się z dodatkowymi oszczędnościami.

Dzięki systemowi stałego monitoringu ciśnienia wody i temperatury, uzyskujemy pełne bezpieczeństwo podczas funkcjonowania urządzenia. Dostęp do wszelkich informacji uzyskujemy za pomocą panelu sterowania, gdzie znajdują się takie dane jak m.in. parametry funkcjonowania pompy oraz wodnej chłodnicy oleju.

Maszyna do cięcia wodą składa się z dwóch oddzielnych elementów, które mogą pochodzić nawet od różnych producentów. Są to: stół oraz korpus z ruchomym ramieniem. W poniższym poście przedstawimy konstrukcję maszyny waterjet,

Stół waterjeta

Stół roboczy oddzielony jest od korpusu i składa się z wanny mocowanej na ramie oraz tzw. rusztu (pojedynczej lub podwójnej kratownicy z możliwością poziomowania). W wannie gromadzi się woda, ścierniwo oraz odpady powstałe przy cięciu. Ruszt służy do ułożenia materiału, który ma zostać poddany obróbce. W zależności od wielkości kratki, mogą być wycinane formy o różnej wielkości. W przypadku elementów mniejszych niż otwory w kratownicy, należy zastosować specjalne podkładki, inaczej opadną na dno.

Ruszt należy do najszybciej eksploatowanych części ze względu na stałe znajdowanie się pod wpływem strumienia o wysokim ciśnieniu. W celu ułatwienia przygotowania procesu cięcia, stół jest oznaczony osiami X i Y. Ponadto po dwóch przeciwległych stronach stołu znajdują się prowadnice przesuwające bramę.
Istnieją również maszyny, w których wanna maszyny jest przymocowana do korpusu – zwolennicy tego rozwiązania uważają, że jedna całość zwiększa precyzję cięcia – nie jest to prawdą. W rzeczywistości długotrwałe cięcie wodą powoduje, że wanna nagrzewa się, wzrost temperatury prowadzi do rozszerzalności materiałów i delikatnej zmiany wymiarów wycinarki, co przyczynia się do utraty precyzji przy prowadnicy i napędach przymocowanych do korpusu.
Stół oddzielony od korpusu zwiększa bezpieczeństwo procesu, a ponadto w przypadku uszkodzenia maszyny nie powoduje konieczności oddawania go do serwisu wraz z korpusem.

Korpus maszyny do cięcia wodą

Korpus maszyny składa się podstawy i ruchomego ramienia lub bramy, na których zamocowana jest głowica tnąca. Jego podstawa musi być stabilna i wypoziomowana, by precyzja cięcia nie uległa pogorszeniu.
Konstrukcja bramowa bardzo dobrze sprawdza się w obrabiarkach CNC do szkła, kamienia i metalu, umożliwia instalację więcej niż dwóch głowic tnących. Znacznie ogranicza dostęp do stołu (z dwóch stron), co może doprowadzić do kłopotliwych sytuacji w przypadku ręcznego ładowania materiałów.
Natomiast korpus jednoramienny wyklucza możliwość zainstalowania więcej niż dwóch głowic. Zwiększony zostaje dostęp do stołu – z trzech stron, co zwiększa komfort podczas załadunku materiałów. Warto założyć przeciwwagę dla ramienia – dzięki niej ramię będzie sztywne i precyzyjne.