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Wie kombiniert man Druck und Kraft beim Wasserstrahlschneiden, um die beste Schneidleistung zu erhalten?

Seit dem Einsatz der Wasserstrahltechnologie vor 50 Jahren wird darüber diskutiert, wie durch die Kombination von Druck und Kraft die beste Schneidleistung erzielt werden kann. Wie kann man besser oder schneller schneiden? Welche Kombination aus Druck, PS und Düsenanordnung ist für eine bestimmte Anwendung am besten geeignet? Als nächstes nimmt der Redakteur von Xianji.com alle mit, um gemeinsam zu lernen.

Fang erstmal an

Wenn Sie sich jemals mit dem Kauf eines Wasserstrahlsystems befasst haben, werden Sie möglicherweise von einer Reihe von Marketing- und Verkaufsdaten getroffen, die die Vorteile jeder Methode aufzeigen. Hydraulische Druckerhöhungspumpen können auf Kosten eines sehr energieintensiven Hydrauliksystems extrem hohe Drücke bereitstellen. Andere befürworten den Einsatz von Direktantriebssystemen mit mechanischer KurbelWelle Pumps.

In den letzten Jahrzehnten gab es Kompromisse zwischen diesen Technologien. Boosterpumpen gelten als einfacher und kostengünstiger zu warten, insbesondere bei hohen Drücken, während Direktantriebssysteme eine höhere Energieeffizienz bieten. Im Laufe der Jahre hat sich die Technologie weiterentwickelt und auch die Kompromisse haben sich geändert.

Am Grundprinzip des Wasserstrahlschneidens hat sich jedenfalls nichts geändert. Die Düsen-/Blenden-Kombination hilft dabei, das Wasser unter Druck zu setzen, da das Wasser durch Öffnungen im Hundertstel-Zollbereich aus dem Hochdruckrohr gepresst wird. Das Wasser strömt durch die Öffnung mit kleinem Durchmesser, um einen kontinuierlichen Wasserstrom zu bilden, und dann wird durch die Venturi-Düse eine bestimmte Menge an körnigem Schleifmittel in den Wasserstrom gesaugt. Das Wasser-Schleifkorn-Gemisch wird durch ein spezielles Keramik-Mischrohr geleitet und die resultierende Schleifmittel-Wasser-Aufschlämmung strömt in Form eines kontinuierlichen Schleifkorn-Schneidstrahls aus der Düse und bewegt sich mit sehr hoher Geschwindigkeit.

Schleifmittel werden nur geschnitten, wenn sie das Material erfolgreich erreichen. Die Maschenweite des Schleifmittels muss zur Öffnung passen, um ein Verstopfen zu vermeiden. Achtzig-Zoll-Granate sind unter den Düsengrößen am gebräuchlichsten, während fünfzig-Zoll-Granate rauer sind und normalerweise mit Löchern mit größerem Durchmesser (wie 0.022 oder 0.020 Zoll) verwendet werden. Die Verwendung einer schmaleren Düse mit einem 50-Zoll-Granat erhöht die Wahrscheinlichkeit einer Verstopfung. Für kleinere Düsen für hochpräzise Anwendungen, z. B. 0.014 oder 0.010 Zoll. Die Maschenweite der Düse beträgt vorzugsweise 120 oder mehr.

Die Düsengröße ist nicht der einzige Faktor bei der Bestimmung der idealen Maschenweite für eine bestimmte Anwendung. Genau wie Sandpapier erfordert eine feinere Oberflächenbeschaffenheit eine höhere, feinere Maschenweite. Ein 220-Zoll-Granat kann über 80 Zoll ein glatteres und genaueres Finish bieten, insbesondere beim Schneiden dünner Materialien.

Spritzdruck verstehen

Der Druck wird durch die Wassermenge bestimmt, die die Pumpe durch das Düsenloch drückt. Je kleiner die Öffnung, desto höher der Druck. Angenommen, Sie können mit einer 100-PS-Pumpe und einer breiten Öffnung eine maximale Wasserstrahlleistung von 30,000 PSI erreichen, aber kein OEM kann ein solches Produkt verkaufen, da es keine Wirkung hat. Andererseits kann die Verwendung einer 5-PS-Pumpe 60,000 PSI erreichen, aber die Anwendung ist stark eingeschränkt und die Öffnung ist sehr eng.

Die Leistung ist proportional zum Druck multipliziert mit dem Volumenstrom (P = kp×V). Bei gegebener Pumpenleistung muss jede Druckerhöhung mit einer proportionalen Volumenstromabnahme einhergehen. Dies bedeutet, dass Hochdruckpumpen Düsen mit kleineren Öffnungen verwenden müssen. Zum Beispiel eine 50-PS-Boosterpumpe mit 0.014 Zoll. Das 60-KSI-Düsenloch ist auf 0.010 Zoll begrenzt.

Wie kombiniert man Druck und Kraft beim Wasserstrahlschneiden, um die beste Schneidleistung zu erhalten?

Bei reinen Wasserstrahlanwendungen ohne Schleifmittel kann ein höherer Druck zu einem schnelleren Schneiden führen. Tatsächlich kann der kleinere Durchmesser der Düse des Hochdrucksystems bei Reinwasser-Schneidanwendungen wie Lebensmittel oder Schaumgummi effektiver sein. Bei abrasiven Wasserstrahlschneidsystemen werden jedoch anstelle von Wasser Schleifmittel zum Schneiden verwendet. Stattdessen beschleunigt das Wasser die kleinen abrasiven Partikel in Form einer zusammenhängenden Strömung und erodiert dadurch das Schneidgut.

Von 10,000 bis 60,000 PSI steigt die Schneidgeschwindigkeit des abrasiven Wasserstrahls stetig an. Da der höhere PSI die Partikel auf einen einzigen Punkt fokussiert, werden auch das Finish und die Genauigkeit verbessert. Bei höheren Drücken beginnt jedoch die direkte Beziehung zwischen PSI und Schnittgeschwindigkeit zu brechen.

Laut einem 2018 von Dr. Axel Henning, Pete Miles und Ernst Schubert veröffentlichten Papier trägt das Papier den Titel „The Effect of Particle Fragmentation on Abrasive Water Jet Performance“. Das Papier wurde auf der International Water Jet Conference veröffentlicht. Der Autor untersuchte, wie die Schneidleistung mit Related zusammenhängt. Sie fanden heraus, dass die Schleifpartikel unter höherem Druck brechen und zu feineren Staub werden, bevor sie die Düse verlassen, wodurch die Schneidfähigkeit verringert wird.

Wasserstrahlkraft verstehen

Die Pferdestärke bestimmt die Wassermenge, die aus dem Sprinkler fließt. Zum Beispiel gibt die Öffnung einer 50-PS-Druckerhöhungspumpe, die bei 60,000 PSI unter Verwendung von 0.022 Zoll läuft, typischerweise 1 Gallone pro Minute (GPM) aus. Eine 100-PS-Pumpe, die mit 60,000 PSI läuft, gibt normalerweise 2 GPM aus.

Die Leistung der Pumpe unterscheidet sich von der Leistung der Düse, und die Direktantriebs- und Booster-Systeme haben unterschiedliche Pumpenwirkungsgrade. Wenn jedoch Schleifmitteldurchsatz, Düsen-/Öffnungsdurchmesser und Düsenleistung gleich sind, schneiden die Druckerhöhungspumpe und die Direktantriebspumpe die gängigsten Materialien und Dicken mit der gleichen Geschwindigkeit.

Die Wirkung der zusätzlichen PS hängt auch vom zu schneidenden Material ab. Höhere PS beschleunigen definitiv die Verarbeitungsgeschwindigkeit von 3 Zoll dickem Aluminium, aber bei Verwendung von 0.010 Zoll zur Verarbeitung der Dichtung ist der Effekt vernachlässigbar. . Beim Schneiden sehr dünner Materialien ist es am besten, mit einer geringeren Leistung zu arbeiten, um die Frequenzänderung stabiler zu machen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Pumpe mit Frequenzumrichter zu verwenden.

Im Allgemeinen besteht der effektivste Weg zur Verbesserung der Effizienz des Wasserstrahlschneidens darin, die Pumpenleistung in PS zu erhöhen, da dies dazu führt, dass mehr Wasser und Schleifmittel durch die Düsen und Materialien gelangen.

Bester Weg

Die beste Kombination aus PS und Druck für eine bestimmte Maschine zu finden, ist, als würde man Ihnen sagen, wie man ein Auto am besten fährt. Das Scion xA-Laufwerk unterscheidet sich völlig von Shelby Cobra. Außerdem können je nach Motorzustand dieser beiden Fahrzeuge, deren Wartung, Lebensdauer und Montage die Leistung und Leistung der beiden Fahrzeuge stark schwanken. Beide Fahrzeuge können Sie von Punkt A nach Punkt B bringen; Das Problem liegt tatsächlich am Fahrkomfort.

Allerdings neigen bestimmte Kombinationen von PS und Druck dazu, unter idealen Bedingungen und mit bestimmten Öffnungs-/Düsengrößen zu funktionieren. Um eine Auto-Analogie zu machen, ist es wie die Kraftstoffeffizienz, die Sie auf einem neuen Auto angegeben haben. Die in der Tabelle gezeigten Leistungs-/Druckkombinationen können auf dem Papier als optimal angesehen werden, sie dürfen jedoch niemals erklären, was mit Ihrer Maschine passieren könnte. Betrachten Sie sie als einen guten Ausgangspunkt für die Optimierung des Wasserstrahlschneidens bei bestimmten Materialien. Bei den meisten Standardmetallen, einschließlich Aluminium, Stahl, Messing und Titan, hängen die richtigen Schnittbedingungen davon ab, ob das Material dick oder dünn ist.

Acryl und andere Kunststoffe sind eine ausgezeichnete Wahl für das Wasserstrahlschneiden, da sie keine Wärmeübertragungseigenschaften aufweisen, aber beim Perforieren einige Absplitterungs- oder Rissprobleme aufweisen. In dieser Hinsicht verhält sich Glas ähnlich. Bei zerbrechlichen oder leicht zu schichtenden Materialien führen Sie bitte zuerst eine Niederdruckperforation durch und schneiden Sie dann.

Das Schäumen erfordert eine völlig andere Methode, da beim Wassersprühverfahren keine Schleifmittel verwendet werden. Der Hersteller muss nicht auf die Öffnungs-/Düsengröße achten, sondern kann den Schaumauftrag durch Anpassung der Schmuckgröße optimieren. Ein guter Ausgangspunkt sind 20-50 PS und 60 KSI Druck bei einer Schmuckgröße von 0.011 Zoll.

Wasserstrahlschneiden lässt sich im Vakuum nicht optimieren. Selbst wenn ein perfektes Gleichgewicht zwischen Granatmaschengröße, Druck, Leistung und Öffnungs-/Düsendurchmesser erreicht wird, sind die gleiche perfekte Zykluszeit und Rentabilität immer noch unerreichbar. In jeder ausreichend komplexen Produktionsumgebung können Produktivitätsprobleme durch viele Faktoren verursacht werden, und die Pumpentechnologie ist einer davon.

In jedem Fall hat sich der Schleifwasserstrahl von einer Sonderausstattung des Herstellers zu einem neuartigen Universalwerkzeug in mechanischen Werkstätten und Fertigungsstätten weltweit entwickelt. Auch wenn sich die Technik ändert, bleiben Wasser und Granat im Grunde gleich. Solange diese Materialien die Grundlage für alle Wasserstrahlschneiden bilden, werden PS und Druck eine große Rolle spielen.

Die einfachste Antwort auf die PS- und Druckdebatte ist, dass es überhaupt keine Debatte gibt. Beide spielen eine wichtige Rolle bei der Optimierung des Spritzprozesses, aber die relative Bedeutung von Leistung und Druck hängt ganz von Ihrer Spritzanwendung und dem Zustand des Spritzgeräts selbst ab.

Für die meisten Geschäfte, die die Schnittgeschwindigkeit ihrer bestehenden Maschinen erhöhen möchten, bietet das Hinzufügen einer leistungsstärkeren Pumpe den größten Vorteil. Die beste Balance zwischen PS und Druck lässt sich jedoch nur in umfangreichen Experimenten finden.

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