Обрада метала воденим млазом
Марко Јовановић
ОБРАДА МЕТАЛА ВОДЕНИМ МЛАЗОМ
Марко Јовановић
Апстракт
Обрада абразивним воденим млазом је једна од најмодернијих и
најпримењивијих неконвенционалних технологија обраде.
Због могућности сечења великог броја различитих материјала без термичког
утицаја ова технологија је конкурентна за све већи број индустријских грана.
Квалитет реза: геометрија реза и квалитет површина представљају главне
показатеље обраде.
Иако почетни инвестициони трошкови могу бити високи, сечење воденим
млазом краћим временом обраде омогућује значајне уштеде. Из тог разлога, у
различитим областима индустрије, сечење чистим воденим млазом налази
економски оправдану примену насупрот досадашњим конвенционалним
технологијама обраде.
У циљу очувања животне средине и одрживог развоја, поступак сечења
воденим млазом игра важну улогу у различитим индустријским технологијама.
Предностиобраде абразивним воденим млазом одређују је као потенцијалну,
ефективну, еколошки прихватљиву и одрживу технологију и осигуравају и у
будућности њену примену у индустрији.
Кључне речи:сечење, водени млаз, абразив, квалитет површина
.
WATER JET CUTTING
Марко Јовановић
Abstract
Water Jet Cutting (WJC)
is one of the most modern applied non-conventional
technology for material processing. Opportunity to process various materials without
thermal impact makes her applicable for various industrial branches. Quality of cut:
geometryof cut and surface quality are themain quality aspects.
Despite increased investment costs, WJC provides significant savings. For that
reason it has enormous applicability in industry comparing other technologies.
WJC process plays important role in protection of environment and sustainable
development. Various advantages determine WJC as potential, effective, ecologically
acceptable and sustainable technology and ensure her application in future.
Key Words: cutting, Water Jet, abrasive, surface quality.
Обрада метала воденим млазом
Марко Јовановић
стр. 2 од 47
1.УВОД
Сечење воденим млазом представља поступак којим се, помоћу алата или опреме
за сечење, један део,дефинисан својим обликом и контуром,одваја од остатка
материјала.Као шта је познато конвенцијални поступци сечења су: маказама,
тестером, гасно сечење, сечење плазмом, док су неконвенционални поступци
сечење ласером и воденим млазом.
Обрада воденим абразивним млазом идеална је за резање различитих материјала,
тако да све више замењује обраде плазмом и ласером, стим да има ширу примену
јер се воденим абразивним млазом могу обрађивати готово сви метални и
неметални материјали, мале и велике тврдоће. Обрада воденим млазом потиче од
хидрауличког ископавања каменог угља у СССР-у и на Новом Зеланду. Вода је
сакупљена из речица и усмеравана да испира разнете стене, односећи при том
угаљ и комадиће стене. Метод ископавања воденим млазом је касније примењен у
јужноафричким рудницима злата.
У Русији је први патентирао употребу воденог млаза Петер Тупитсyн давне 1936.
Године, радећи у Украинском заводу за рударство у граду Донетск.Водени млаз је
применио као методу за бушење рударског окна, док се каснијих година иста
метода употрбљавала за бушење великих подземних резервоара у којима је
смештен гас, нафта итд. Због велке потребе за рудом уранијума у периоду од 1950
до 1960 године, а знајући да је радиоактиван, ова технологија је примењивана у
поступку даљинског бушења и откопавања руде.
Први човек који се бавио изучавањем примене врло високих притисака био
је Др. Норман Франз, заступајући идеју, могућности да се од воде врло великог
притиска направи резни алат.Дошао је до идеје да резање дрвне грађе из стабала
великих пречника врши применом воденог млаза под великим притиском.Први је
употребио млазницу са малим отвором и доказао моћ воденог млаза, односно
огромну снагу за сечење и обраду резањем.
Обрада абразивним воденим млазом припада групи неконвенционалних
поступака обраде, и већ дуже време се користи у индустрији. Најчешће операције
које се овом врстом обраде могу изводити су: сечење, полирање површина,
чишћење површина итд. У свим случајевима механизам обраде се заснива на
ерозији. Велика предност овог поступка обраде је чињеница да у зони обраде не
долази до значајног пораста температуре.
При сечењу чистим воденим млазом, користи се само енергија воденог млаза.
Међутим код меких материјала, засек може да износи 0.1 мм. Да би се млаз
објединио могу се додавати полимери. Вода пролази кроз отвор дизне брзином
три пута вецом од брзине звука, тако да и најмања нечистоћа оштећује дизну. Из
тог разлога улазна вода је посебно третирана са грубим предфилтрима, финим
филтрима и са јоноизмењивачком колоном. Да би се, дакле, одрзао остар (јак,
снажан) резни млаз у току дужег времена, од највеће важности је непромењена
Обрада метала воденим млазом
Марко Јовановић
стр. 4 од 47
1.1. НЕКОНВЕНЦИОНАЛНЕ МЕТОДЕ ОБРАДЕ
Сечење воденим млазом је према ДИН 8580 сврстано у главну групу раздвајање и
подгрупу обрада тзв. неконвенционалним поступцима обраде. Према ДИН 8200
сечење млазом се дефинише као поступак обраде, при коме се нека материја
убрзава и у виду млаза шаље на површину обратка. Материја која чини млаз, нај
чешће је састављен од честица, али може бити и флуид, на пример вода. Под
сечењем воденим млазом подразумева се сечење чистим воденим млазом и
сечење абразивним воденим млазом.
Живимо у свету у коме се брзо развија наука. Она има за циљ да тражи
нешто ново и да стално нешто разјашњава. У науци увек има места за нова
открића и достигнућа. Иако су тзв. конвенционалне методе обраде (где спада
обрада материјала резањем и пластичном деформацијом) пружиле велике
могућности за развој и усавршавање, приступило се изналажењу нових,
ефикаснијих и бољих метода обраде које омогућавају не само бржу и квалитетну
обраду, него и обраду таквих материјала и делова чија израда конвенционалним
методама није могућа. Потреба за коришћењем нових материјала као што су
легуре на бази Ни, Цо, Мо, Њо, Ти и др. које је веома тешко обрадити
конвенционалним методама, као и низ захтева за тачношћу обраде и квалитета
обрађене површине, довели су до појаве нових, неконвенционалних метода
обраде материјала.
За обраду тешко обрадљивих материјала,упоредо са класичним методама
обраде(резањем и пластичним деформисањем) користе се и неконвенционалне
методе
2
обраде(или специјалне методе) тј.елекрофизичке и електрохемијске
методе.Примена ових метода,посебно у комбинацији са класичним
методама,најефикаснија је у обради материјала и делова које је врло тешко,или
немогуће обрадити на класичним,конвенционалним обрадним
системима.Наиме,одређене легуре са врло великом тврдоћом и топлоотпорнишћу
тешко је обрадити класичним методама обраде па су се временом усвојиле нове
методе обраде засноване на сасвим новим принципима,неконвенционалне методе.
2
10 Интернационална конференција из Трибологије
, 2007
.
Обрада метала воденим млазом
Марко Јовановић
стр. 5 од 47
Ефекат скидања материјала код неконвенционалних метода са обратка се
постиже довођењем електричне ,или механичке,топлотне,светлосне,и других
видова енергије директно у зону обраде.Све ове методе се могу поделити према
врсти енергије која се користи у зони обраде за скидање материјала са обратка:
●Механичке методе обраде
-ултразвучна метода
-абразивна метода
●Термоелектричне методе обраде
-електроерозиона метода
-ласерска обрада
-обрада електронским и јонским млазом
-обрада плазмом
●Електрохемијске методе обраде
-Електрохемијска обрада
●Комбиноване методе обраде
-електрохемијско брушење,хоновање и леповање
-електрохемијско-електроерозиона метода
1.2. Историјат и обрада материјала воденим млазом
Вода представља најзначајнију материју на планети. 2/3 укупне површине на
планети чини вода. Ту водену масу чине реке мора и океани. Реке и океани су
узроци огромних ерозија на нашој планети. Разарање чврстих материјала
ерозијом- ударом млазом воде, уочено је веома давно и може се видети на
различитим објектима у природи. Било који чврсти материјал који се налази под
дејством воде (кише) и ветра, раније или касније ће бити разорен. На истом
принципу човек је створио вештачку ерозију односно разарање материјала уз
помоћ воденог млаза високог притиска.
Обрада метала воденим млазом
Марко Јовановић
стр. 7 од 47
Током 1983. продат је први комерцијални њатерџет систем за сечење стакла.
Први корисници нове технологије нашли су се у војној и свемирској индустрији,
јер су закључили да је њатерјет одличан алат за сечење јаких материјала као што
су инконел, легирани челици, титанијум, као и јаки и лагани ком-позити (карбон
фибер) који су се користили у производњи вој-них авиона, а сада се користе за
комерцијалне летилице. Од тада, абразивни њатерјет се користи у многим другим
ин-дустријама као што су услужне радње, камен, челик, стакло, млазни мотори,
конструкције, нуклеарна, бродоградња итд..
На слици најбоље се види колико је ова технологија напредовала од почетка
па до данашњег времена. Лева страна даје приказ израђеног предмета при почетку
коришћења ове технологије, а десна страна израда истог дела са савременом
машином за обраду воденим млазом.
Сечење абразивним воденим млазом се примењује за сечење тврдих
материјала као што су: метали, камен, керамика, стакло, композитни материјали
итд. Захваљујући додавању зрна абразива која повећавају снагу сечења, учинак
сечења абразивним воденим млазом је више стотина пута већи од учинка сечења
чистим воденим млазом.
Код машина за се чење чистим воденим млазом, као "алат" се користи млаз
воде настао истицањем под притиском. Потребан притисак обезбеђује пумпа
високог притиска. Данас се у комерцијалној употреби користе притисци до 400
МПа. Вода под високим притиском се високопритисним цевима доводи до резне
главе, у којој се налази млазница пречника отвора од 0,08 до 0,4 мм. При
истицању из млазнице, вода формира танак млаз велике брзине, до 1000 м/с,
троструко веће од брзине звука. Сечење чистим воденим млазом налази примену
за сечење неметала и хране. Примењује се у процесима производње пелена,
папира, у аутомобилској индустрији за сечења делова унутрашње декорације,
делова од гуме и пластике итд.
