Katedra konstruování strojů Fakulta strojní

ŘEZÁNÍ VODNÍM PAPRSKEM

doc. Ing. Martin Hynek, PhD. a kolektiv

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

verze - 1.0

K 3 POHLEDOV;

ŘEZÁNÍ VODNÍM PAPRSKEM (WATERJET)

ÚVODNÍ INFORMACE

Princip metody:

• Podstatou dělení materiálu je obrušování děleného materiálu (4) tlakem vodního paprsku (3). Tento proces je v podstatě stejný jako vodní eroze ale značně zrychlený a soustředěný do jednoho místa.

• Řezání probíhá nejčastěji za pomoci 6-7osých robotů s řezací hlavou. Pracovní tlak vody se pohybuje v rozmezí 2000 - 6200 Bar. Tlakovým zdrojem jsou speciální vysokotlaká čerpadla, která se liší příkonem a průtokem vody. Paprsek vzniká v řezací hlavě (1) zakončené řezací tryskou. Při zpracování měkkých materiálů se používá čistý vodní paprsek, pro ostatní případy je třeba použít abrazivní paprsek (2). Vhodnou abrazivní příměsí je přírodní olivín nebo přírodní granát – volba závisí na tvrdosti děleného materiálu.

• Pohyb řezací hlavy a tedy i dráha řezu je řízena počítačem na základě předem sestaveného programu. Je možné tedy provést i ten tvarově nejnáročnější řez během jedné operace.

Výhody: � Řezání bez tepelného ovlivnění řezaného materiálu, tzv. studený řez. Obráběný díl nevykazuje fyzikální, chemické ani

mechanické změny a je následně snadno obrobitelný.

� Minimální silové působení paprsku na řezaný materiál, nedochází ke vzniku mikrotrhlin.

� Univerzálnost – paprsek dělí většinu materiálů při velkém rozsahu řezaných tlouštěk

� Ekologická metoda. Nevznikají zplodiny, spotřeba vody na řezání je velmi malá

� Jako abrazivo se používají netoxické látky, které mohou být recyklovány pro opakované použití. (v našem případě řezání pouze vodou bez abraziva)

� Malý prořez materiálu = vysoké využití polotovaru – mezi jednotlivými výrobky se ponechávají mezery cca. 3 mm.

Vzorové nástroje vypracované v rámci tohoto projektu jsou: WWSV_408(KA02.08), WWSV2_4101(KA03.05)

Zdroje obrázků: www.abb.com, www.wikipedia.org

OBRÁBĚCÍ CENTRUM PRO ŘEZÁNÍ VODNÍM PAPRSKEM

• Obráběcích center pro vodní paprsek je mnoho různých druhů lišících se především v konstrukčním řešení ale základně je lze dělit

• Typy obráběcích center pro řezání vodním paprskem

o s vakuovým zařízením a bez něj o s otočnou konstrukcí a bez ní

Zakládací prostor

Pracovní prostor Systém vytváření vakua

OBRÁBĚCÍ CENTRUM S OTOČNOU KONTRUKCÍ A VAKUOVÝM ZAŘÍZENÍM

OBRÁBĚCÍ CENTRUM BEZ OTOČNÉ KONSTRUKCE

DÍLY

•••• Řezané díly mohou být pohledové i akustické. •••• Zobrazené díly jsou, po ořezání vodním paprskem.

WATERJET ŠABLONA PRO ŘEZÁNÍ VODNÍM PAPRSKEM

• Díl je ořezáván vodním paprskem po obvodu a jsou do něj vyřezávány díry • Waterjet šablona je nástroj sloužící k podepření dílu při jeho obrábění vodním paprskem • Je vyroben jako laminátový otisk z tzv. kopyta o tloušťce stěny 10mm • V laminátovém otisku je vyvrtáno pole děr pro vakuum • Laminátový otisk je zespodu podepírán svařovanou konstrukcí( viz kapitola PODPĚRNÁ SVAŘOVANÁ

KONSTRUKCE).

WATERJET ŠABLONA PRO ŘEZÁNÍ VODNÍM PAPRSKEM S HOTOVÝM DÍLEM

WATERJET ŠABLONA PRO ŘEZÁNÍ VODNÍM PAPRSKEM - POHLED ZESPODA

RÁM KMT PRO USTAVENÍ NÁSTROJE

• Jedná se o standardizované řešení rámu pro ustavování a přichycování waterjetových nástrojů. • Šála je usazena pomocí KMT rámu do otočné konstrukce, která je součástí obráběcího centra. • Na nástroj je obsluhou založen díl (koberec), který je přisán k nástroji pomocí vakuového systému, což zaručí

přidržení dílu během procesu řezání. • Z Harting konektoru je obsluhou načten příslušný program pro obrábění (pouze první obráběný díl).

•••• KMT je svařenec z ocelových profilů a plechů, který je vyráběn na zakázku. •••• na rámu jsou přišroubovány tři vodící elementy, pomocí kterých je rám ustaven v WOC. •••• součástí rámu jsou transportní závity pro transportní oka. Vodící elementy: •••• první vodící element je přesná díra pro válcový kolík, na kterou je rám přesně ustaven. Další dvě jsou drážky v

podélném a příčném směru, což umožní obsluze doladění ustavení.

KMT RÁM S ŠÁLOU PRO ŘEZÁNÍ VODNÍM PAPRSKEM

Vodící element umožňující nastavení v příčné ose

Vodící element s přesnou kolíkovou dírou

Rám KMT

Vodící element umožňující nastavení v podélné ose

SYSTÉM VYTVÁŘENÍ VAKUA A SBĚRU ODPADU

• Je třeba upozornit, že vakuem je zde míněn podtlak. • Vakuum je vytvářeno silným ventilátorem, který vysává vzduch zpod šály. • Po otočení šály do obráběcího prostoru vyjede do prostoru pod šálou sací tubus, který se přisaje přes pryžové

těsnění ke KMT rámu. • Tubus přisává díl a zároveň odsává vodu použitou při řezání a vzniklý odpad

VAKUUM Princip:

•••• VAKUUM znamená prázdný prostor, v němž je tlak plynu podstatně nižší než při normálním atmosférickém tlaku. V našem případě se jedná o podtlak vytvořený vzduchovým čerpadlem, které je součástí WOC.

•••• Na nástroji je vzduchová klapka, která při otevření naruší VAKUUM a obsluha může vyjmout ořezaný díl.

KMT RÁM V OBRÁBĚCÍMU CENTRU

KMT rám

Vzduchová klapka pro vakuum

KRYCÍ DESKY

•••• dále jsou na rám přinýtovány krycí plechy, které tvoří vodící plochy pro laminátový otisk. •••• Desky tvoří zakrytování okolo laminátového otisku, z důvodu těsnění vakua (Vakuum viz níže)

LAMINÁTOVÝ OTISK

•••• Laminátový otisk je vyroben pomocí necuronového nebo překližkového bloku, který je negativem otiskované plochy (Necuronový blok viz Kapitola KONTROLNÍ NÁSTROJE – Součásti kontrolních nástrojů - Blok )

•••• Na negativ se natře vrstva laminátu. •••• Poté se na natřený povrch položí vyztužující vata se skelnými vlákny •••• Přebytečná vata se ručně ostříhá nůžkami •••• Vata se pevně upěchuje na formu •••• Poté se na vatu natře další vrstva laminátu a nechá zaschnout •••• V případě NECUROVEHO negativu je po zaschnutí kopyto odfrézováno a v případě překližky je otisk odtrhnut.

Transportní závity

Krycí plochy pro laminátový otisk a vzduchovou klapku

Rám s krycími deskami

Více o výrobě laminátového otisku viz. www.ecfibreglasssupplies.co.uk záložka VIDEO GUIDES – VACUUM GPR MOULDING

Necuronový negativ

Laminátový otisk

PODPĚRNÁ SVAŘOVANÁ KONSTRUKCE

•••• K rámu jsou navařeny podpěrné trubky, které slouží pro držení oddělených jednotlivých částí od laminátového

otisku. •••• Oddělení vznikne při řezání vodním paprskem, kdy paprsek prořízne díl společně s nástrojem •••• Tyče jsou orientovány a uspořádány tak, aby nedošlo k jejich přeříznutí. •••• Pro zjednodušení jsou trubky v CAD programu zobrazeni pomocí přímek. •••• Tyče nesmí ležet na hranici otvorů a dílu. •••• Reálné vyztužení laminátového dílu.

TRANSPORTNI PRVKY

•••• Nástroje jsou opatřeny čtyřmi šrouby s oky. Ty slouží pro transport nástroje pomocí lan, které se protáhnou skrz oka šroubů.

ČISTÍCÍ OTVORY

•••• Při řezání dílu vodním paprskem vzniká odpad, který se dostává do vnitřní části nástroje. •••• Proto je nástroj opatřen patřičným počtem čistících otvorů, kterým může obsluha vyčistit vnitřní část nástroje,

bez důvodné demontáži nástroje.

Šrouby s okem pro transport

Čistící otvory

STÍNÍCÍ PLECHY

•••• V nástroji jsou přilepené nerezové stínící plechy, které odráží řezací paprsek v místech, kde by paprsek

zasahoval do bočních stěn nebo jiné části tvaru. •••• standardně jsou plechy nalepovány montážně dle prezentace dodané konstruktérem.

Dále je laminátový otisk opatřen koordináty

•••• jedná se o najížděcí body podle kterých se, z kalibruje robot v WOC. •••• na nástroji jsou tyto body představovány obarvenými ploškami, které jsou umístěné v 3D tvaru.

Odpad vzniklý po řezání koberce

Více viz. příloha PREZENTACE UMISTENI STINICICH PLECHU u příslušných projektů KA 02.08 a KA 03.05

OTOČNÁ KONSTRUKCE OBRÁBĚCÍHO CENTRA

Postup: • Díl je založen obsluhou v zakládací poloze (vně pracovního prostoru obráběcího centra) • Otočný stůl je otočen o 180°, čímž se založený díl dostává do pracovní prostoru • Stůl je aretován v přesné poloze pomocí pneumatického válce • Pomocí vakuového systému je díl připevněn k šále, čímž je zaručeno, že nedojde k jeho posunutí při ořezu • V pracovní poloze je díl obráběn vodním paprskem pomocí dvou robotů po dobu několika minut • Při obrábění prvního dílu může obsluha obráběcího centra zakládat další díl v zakládací poloze, čímž jsou

redukovány prostoje obráběcího centra

OBRÁBĚCÍ CENTRUM PRO ŘEZÁNÍ VODNÍM PAPRSKEM S OTOČNÝM STOLEM

Pracovní prostor

Zakládací prostor

Otočný stůl

Robot

Pneumatický válec pro aretaci

OBRÁBĚCÍ ROBOT S ŘEZNOU HLAVOU

• Je použit robot firmy ABB • 2 roboty jsou umístěné v pracovním prostoru obráběcího centra • Po přisátí dílu pomocí vakua k šále najede robot na koordináty umístěné na šále • Pomocí koordinátů je zajištěno zkalibrování robota vůči šále a tedy i vůči obráběnému dílu • Poté započne vlastní proces řezání, při němž robot ořízne vodním paprskem koberec na požadovaný tvar

včetně výřezů a prořezů. • Řezací proces trvá obvykle několik minut v závislosti na délce ořezových hran