Taiere Cu Jet de Apa

21
I 'l 'I I :i I I I I lgt**." I 1 l \, Tdierea cu jet de apdlapresiune inalta a fost folosita pentru prima data de Dr. Norman Ftanz in anii '50. Dr. Ftanz afost un inginer forestier care ciuta o metode^ maitusoara de a tSia lemnul. El nu a breat niciodat6 o masinE de t6iat folositd pentru rSierea remnurui dmixperimentele lui au ajutat ca aceast6 tehnologie s6 se dezvolte in ceea ce este azi. .-. . Doud decenii rnai t6rziu, Dr. Mohamed Hashish a glsit o -*4.a?irure de a adauga material abtaziv in jetul de ap6. Folosind materiale abrazive o masina de taiere cijet de ap5 la presiune inalta poate tAia orice tip de rnaterial. Taierea "u;"t o" apa este o tehnologie specialS urilizatd ir,. o u#lrare larg6 de industrii inca din anii 70. Din 1993, odatE cu dezvoltarea telinologicd, aceasta terrno._ffgie a derrenit foarte ciutat6 de firmele de specialitate- in ziua de azi sunt nenumdrate companii Ci{.realize,azaunprofit mare prin inlocuirea sau completarea masinilor conventionale cu metode moogni6 de taiere cu jet de apd. 1.1.1. Principiul procedeului i, Procedeul de taiere cujet de apalapresiune inalta se bazeazapeefectul eroziv al apei asupra materialelor, efect amplificat datorita presiunilor si vitezelor extreme{u*rrari cu care jetuf actionfa- za pe suprafete foarte mici. Se foloseste "n-.tg1 cinetica a particulelor de apa, proiectate, cu foarte mare viteza pe suprafata materialului de taiat. Yiteza este dc ordinul a 800-1000 m/.$r.in functie de presiunea de lucru, de sectiunea jetului, de prezenta'sau absenta abrazivului. Echipamentul necesar obtinerii acetui jet cuprinde: : - un grup hidraulic; - un multipiicator de presiune; - un acumulator(tampon intre multiplicator si locul oe folosirei; .. - un circuit de alimentare a posfului de lucru; un tub de taiere. ... Capitolul 1. Studiul temei de proi€ctare Fig.1.l,la Componentele standard ale unei masini de taier{cu jet de api

description

taiere cu jet de apa

Transcript of Taiere Cu Jet de Apa

  • I

    'l

    'II

    :iII

    II lgt**."I

    1

    l

    \,

    Tdierea cu jet de apdlapresiune inalta a fost folosita pentru prima data de Dr. Norman Ftanzin anii '50. Dr. Ftanz afost un inginer forestier care ciuta o metode^ maitusoara de a tSia lemnul. Elnu a breat niciodat6 o masinE de t6iat folositd pentru rSierea remnurui dmixperimentele lui au ajutatca aceast6 tehnologie s6 se dezvolte in ceea ce este azi. .-. .

    Doud decenii rnai t6rziu, Dr. Mohamed Hashish a glsit o -*4.a?irure de a adauga materialabtaziv in jetul de ap6. Folosind materiale abrazive o masina de taiere cijet de ap5 la presiune inaltapoate tAia orice tip de rnaterial.

    Taierea "u;"t

    o" apa este o tehnologie specialS urilizatd ir,. o u#lrare larg6 de industrii incadin anii 70. Din 1993, odatE cu dezvoltarea telinologicd, aceasta terrno._ffgie a derrenit foarte ciutat6de firmele de specialitate- in ziua de azi sunt nenumdrate companii Ci{.realize,azaunprofit mareprin inlocuirea sau completarea masinilor conventionale cu metode moogni6 de taiere cu jet de apd.

    1.1.1. Principiul procedeului i,

    Procedeul de taiere cujet de apalapresiune inalta se bazeazapeefectul eroziv al apei asupramaterialelor, efect amplificat datorita presiunilor si vitezelor extreme{u*rrari cu care jetuf actionfa-za pe suprafete foarte mici.

    Se foloseste "n-.tg1

    cinetica a particulelor de apa, proiectate, cu foarte mare viteza pesuprafata materialului de taiat. Yiteza este dc ordinul a 800-1000 m/.$r.in functie de presiunea delucru, de sectiunea jetului, de prezenta'sau absenta abrazivului.

    Echipamentul necesar obtinerii acetui jet cuprinde: :- un grup hidraulic;- un multipiicator de presiune;- un acumulator(tampon intre multiplicator si locul oe folosirei; ..- un circuit de alimentare a posfului de lucru;

    un tub de taiere. ...

    Capitolul 1. Studiul temei de proictare

    Fig.1.l,la Componentele standard ale unei masini de taier{cu jet de api

  • ,I:1

    1

    ;] .:t's;,.FL{,:

    Fig.l.l.lb Principiul functional al unei instalatii de taiere cujer de apd

    Apa la presiune inaltd pomeste de la pompd si este condusa mai intai catre un multiplicatorde presiune iar ulterior pAnl la capul de lucru pentru taiere cu jet de apa la presiune inalta.Pentru bazul prelucrarilor ce presupun si utilizarea particulelor abrazive uici sist"mrl de fumizare amaterialului abraziv introduce in lichid sub presiune materialul abraziv necesar procesului de taierecujet de apa cu particule abrazive.

    Dup6 ce jetul de ape- iese din duzd energia este disipatd in tancul de colecrare a lichiduluicare este de obicei plin cu apd si resfuri de la trierile anterioare.

    Miscarea capului de tdiere are loc, de obicei in planul X-Y. Controlul miscari i se realirzeazd,cu ajutorul unui echipament cu comand6 numeric6 care urmdreste profilul unui model CAD.

    Masinile pot fi echipate si cu unele sisteme auxiliare cum ar fi: tancul de curStare automat,sistemul de reciclare al ape4 capete speciale inclinate, sistem de monitorizare al axei Z, etc.

    Ideal, se doreste o taiere cAt mai precisi intr-un timp cAt mai scurt si cu un cost cAt mai mic.Yiteza de t6iere este.in functie de materialul de prelucrat, geometria.modelului, software-ul sicontrollerul sistemului de miscare, puterea si eficienta pompei-de presiune pi alti factori cum ar fimateri alul abr aziv folosit.

    i?t

    Apa folosita este apa de la retea, care travers eaza mai multb etajede un micron; in unele cazui ea trebuie deduizata. pentru a fi adusa laconsidera caapa trebuie saprezinte urmatoarele valori maxime:

    - materii dizolvate: 500 mgil ;- duritate(CaCO:): 25 mglT;- Fe: 2

    ^gn;- Mn: I mgll- cloruri(in Cl): 100 mg/t;- silice(in Si): 15 mg/t;- clorbiber: Img/l;

    turbiditate: 5 mgl|'- aciditare: pH 6.5:- alcalinitate: pH 8,5.Debitul apei este relative slab; el se sirueaza in mod

    recente permit uneori atingerea uni debit de 10-i I Vmin.

    de filtru(2 .rL 3;, ultimulpresiune foarte mare, se

    current intre 2 si 7 l/min; materialelea

    care amelioteaza coetenta jerului deUnii constructori adauga apei polimeri cu catena lungaapa.

    ' :ll

    ,.j..1-q,r;,+;.

    ,l\1'i i

    i"i;r:i

    ,rIl.";lri",

    ..:iEr'- - ""';i'*;'

  • ,:,*it4r.,:,

    Termenii tWaterJet' si 'AbrasiveJet' sunt asemandtori dar nu identici.Ambele tehnologii utilizeazd principiul presurizdrii apei la presiuni foarte inalte, dupa care se

    directioneaza iesirea apei printr-un orificiu foarte ingust din safir 'Jewel". Jetul de apa estepresurizat, in mod obisnuit, la 1300-4000 barri si este fortat sd treacd printr-un orificiu ingust (uzualde circa 0.18-0.4 mm in diametru). Aceasta conduce laoviteza foarte mare a jetului de apd (maimare de 3 ori dec6t viteza sunetului).

    Tehnologia de taiere cu jet de apa la presiune inalta, "waterjet", foloseste jetul de apd ceiese printr-un ajutaj calibrat pentru a tdia materiale moi dar nu este eficienti pentru taierea demateriale dure.

    Jetul de apa cu particule abrazive "abrasive waterjet" permite suplimentar si accelerareaparticulelor abrazive aflate in suspensie in lichidul de lucru si are la iesirea din ajutaj o vitezd.suficient de mare pentru a tSia inclusiv materiale mult mai dure fata de cele posibil a fi taiate cutehnologia WaterJet:

    Alimentare cu apa lapresiune inalta.

    3$J ;Alimentare icu apa la jpresrune iinalta I

    I

    Cap de taiere cu jet de apala oresiune inalta

    Alimentare cuparticule abrazive

    Cap de taiere cu jet de apa lapresiune inalta cu particule abrazive

    ig.

    (cu si fi icule abrazive)

    capetelor de lucru pentru prelucrare cu jet de ap5 la presiune inalta

    Fig.1.1.2. Variante constructive de capete de lucru pentru taiere cujet de apd la presiune inaltacu sl rara zlNe

    ,1

    :a

    .::.

    * ,''i Jet de.,:/.-

    $ss*...s

    .EffiE,

    aDa

    T\rb nrirt(apalarticrileatu'azir-e)

    -w':-,:....,,, , #-, -, t. "l*d--X'iq#.,..,. . i

    :tt{ t! -- d -..-"r.:l

    Structura capului de lucru pentruprelucrari cu jet de api la presiune inaltafira particule abrazive (detaliu duza de

    ' safir)

    Structura capului diJ'lucru pentruprelucrari cu jet de api la presiune

    inalta in antestec cu partlqule abrazive(detaliu duzi cu protectia inlaturati)

    Exentplu de operare pentru taiereacu jet de apa la presiune inalta 1cunraterialul de taiat acoperit cu un

    strat de protectie de apa)F Detalii oentru duzelepentru

    3,,*-

  • H-l,!

    14-

    6a

    Structura efectorului:Jetul de apa transmis prin duza din safir (ewel) antreneaza abrazivul care ajunge in camera

    de amestec si il aduce la viteze supersonice. Efectul cinetic al particulelor de apa se adauga celui algrauntelor de abraziv ce au o muchii de taiere.

    Un efector de taiere a materialelor cuprinde:- o duza de calibrare a jetului / "safir"(ewel) prevazut cu un ajutaj care defineste diametrul

    jerului si debitul apei;- o "camera de amestec" in care este introdus abrazivul in cantitate dozata(pentru taierea

    abraziva);- un tun focalizator, al carui orificiu are un diametru usor inferior celui al 'safirului'(0.6 -

    1.5 mm) si un diametru exterior are in jur de 6-8 mm.Diferitele parti ale unui efector de taiere sunt solicitate putemic; uzura maxima ii revine

    tubului focalizator. Durata de viata a safirului este in functie de calitatea apei, de numarul porniri siopriri; ea este de ordinal a 2AO h. Durata tunului de focalizare este mult mai mica; ea depinde dematerialul din care este facut, de natura materialului folosit, de lungimea sa. Utilizari de mai lungadurata se pot atinge cu tuburi de natura diferita, dar unele prezintaincovenientul unei mari fragilitati.

    O buna functionare a tubului necesita alinierea perfecta a safirului si tunului de focalizare.Pentru a facilita repunerea in functiune a instalatiei oprite, pentru schimbarea pieselor uzate au fostaduse unele irnbunatatiri la conceptia tunurilor si exista la ora actuala solutii de inlocuire a ansam- iblului safir-tun sau de autocentrare a tunului, safirul ramanand pe loc. .*.rs

    ,. !i.'$ '

    1.. 1.2. Avantajele si dezavantajele p rocedeului

    ' Masinile de tSiere cu jet de ap?- abraziv se caracterizeaza in exploatare prin urmatoarelelavantaje:

    -. I . sunt masioi psor {e.prograryat si de configura,t. Procedura de schimbar.e_ a sculei.este foartesimpla (exist6 un singur cap de lucru care se poate echipa cu duze diferite).

    ' in tirnpul prelucrarii nu se produce arderea stratului de material invecinat zonei de taiere sinici defecte mecanice (zgdrienrri) pe suprafetele rezultate dupa taiere, iar prin taiere cu vitezecorect selectate se obtine o margine neted6 reduc0ndu-se astfel necgsitatea unor operatiisecundare;

    I nu se induc tensiuni mecanice in materialul taiat iar solicitarile aplicate masinii in timpulprelucrfii sUnt foarte mici;

    ' complementeazl masinile existente in intreprindere utilizate pentru operatii de procesareprimara sau secundara;

    r se poate,taia rapid aproape orice tip de material;' flexibilitate tehnologica - se trece usor de 7a realizuea unui anumit profil dintr-un anume

    materialla un alt profil din alt material.r !e pot rializatdieturi fine (cu o lStime a taieturii =0.5mm) care indepdrteazdfoarte putin

    material. in general tdietura are o ldtime cuprinsd intre 1.0 si 1.3 mm.

    ,&*;-r:4"

    ,.,a:,.ri.l',,

    ri;.,!,.t;r.?;,,

    t,,

    Fig.1.1.4. Tipuri de piese tipice pentru taiere cu jet abraziv

  • l?F"e*,,

    deseul metalic este mai usor de reciclat; '1se poate trece cu usurintd de la productia de serie mare la productia de unicat;sunt foarte sigure si nu fac mult zgomot. Tdierile sub strat'de apa se realizeazd, in majoritatecu nivel de zgomot sub 80 dB;procesul de tdiere este unul curat, nu sunt folosite sau produse gaze, lichide sau uleiuri toxicein cadrul procesului de prelucrare; .forme foarte complexe sunt usor de realizat folosind o singuid scull;tolerante foarte bune pentru piesele decupate (+0.13mm :.+Eiere cu vitezl mare, a0.05mm -tSiere foarte precish);necesitate miniml de fixare si ajustare a reperelor prelucffi]nu este necesard realizarea unei gSuri pentru punctul de star{ral prelucrarii;se pot taia pl6ci groase de material, iar in cazul otelului sepot prelucra table cu grosime mare(25.100 mm). . ,i.

    Abrazivii de caracterizeaza pin: duritatea lor, fragilitatea'sau sensibilitatea la explozie subefectul eforrurilor la care sunt supuse cand lovesc piesa si granulometria materialului.' AbraZiv-iittt17ilati cu un jet ddapa la'piesiune foarte riiare sunt, de cele mai mulre ori, deorigine naturala, cum ar fi olivina, granatul, corindonul, zirconul. Se mai folosesc diferiti silicate dinzguta de la furnale. La modul cel mai general, duritatile mari ale materialelor abrasive sunt folositepentru rezistentele mari ale metalelor. Asrfel, silicatul de zgura este potrivit pentru aliajele usoare,olivine pentru otelurile obisnuite si fontele cenusii sau cu grafit, granatul pentru otelurile aliate,dure(Cr,Ni)

    Ale-eerea unui abraziv nu are numai un aspect ethnii; aspectele economice sunt, deasemenea, foarte importante; ele privesc prerul abrazivului, consumul, performantele, cheltuieliledeterminate de uzura mai mult sau mai putin rapida a componentelor utului, in special a tunuluifocalizator, in corelatie cu gprirea din exploatare pentru s"hi*burb, pieselor si regtaiut de duratamai mica sau mai mare. ,.11, I -- --o-'

    Abrazivul nu este reciclat, deoarece el se afla in amestec'cir particulele materialului taiat siastfel sufera modificari importante ale configuratiei cristaline. r

    I

    I

    I

    I

    I

    rI

    r

    ' exist6 si masini care vttlizeaza ulei vegetal atunci cand,Qft,it procedeu de taiere se folosestein industria alimentar6. irq,

    Principalele dezavantaje ele utilizdrii tehnologiei de tdiere cu jet de ap6 la presiune inaltdsunt:

    . elte un procedeu mai putin rapid; '

    . cosruri de exploatare medii spre mari; l. umiditatea pieselor dupd tdiere; .r*r puterea reziduald, ajerului riscd sr deterioreze alte p6rti ale piesei;' formarea picdturilor conduce la umezirea organelor posturilor de lucru;. nZ.moluri formate din abraziv si pulberi metelice; ,.;,r:.. puterea hidraulici mare, ceea ce atrage dupd sine o puieie instalatl intre 5 si 150 kw, in

    functie de m6rimea instalatiei. lI instalatia hidraulicl de inaite presiune necesit6 solutii constructive de mare fiabilitate;' instalatia hidraulicd poate genera un nivel ridicat al .poludrii sonore lucru ce impune

    montarea acesteia in interiorul unor incinte cu posibilitati de amortizare a zgomotului.

    1.1'.3. Abrazivi

    ui

    rjl".,ii*.:

    ,rs.r,1ir'#i:

  • L.1.4. Parametrii regimului de Iucru si factori de influenta Ia taierea cujet

    a)

    de apa la presiune inalta

    Parametrii hidraulici:- presiunea jetului de apa p;- debitul de apaQ;- diametrul duZE-i d;- vitezaapei in d'uza w;

    Parametrii p.ocq$r.f-ui de taiere- distanta de la,duza la material A;- viteza de taie4g.v;- latimea taietffii b;In cazul utiliffi procedeului de taiere cu jet de apa abrtziva Ia presiune inalta mai

    intervin inca doi pat'&tiii hidraulici:- debitul de alii:aziv;- diametruldealimentare.cuabraziv

    .

    Se prezinta mai jos influentele pe care le au o serie de parametrii asupra taierii:

    a) lungimea fu{lului de [email protected]

    - o marire a latimii taieturii;- o Jupuire?,iiai puternica a suprafetelor taieturii;- o crestere a efectului de polizare a suprafetei de taiere;- o usoara redugere a vitezei de taiereAtunci cand grosimile de taiat ating sau depasesc 40 mm, este necesara folosirea unor tuburi

    lungi (75-100 mm). .' .

    b) diametrul tunului de focalizareAtunci cand diametrul tunului creste se observa:- o largire irescuta a taieturii;- un efect de polizare a suprafetei de atac mai important;

    o reducerea calitatii suprafetei de taiere;- o viteza de taiere mai scazuta (cu o calitate echivalenta a suprafetei);- un unghi de taiere mai mare al muchiilor taieturii.

    . Exista o stansa-legatura intre diametrul tunelului si abrazivul folosit; un diametru bineadaptat permite realizarea unei viteze a abrazivului apropiata de cea a apei.

    ..:c) debitulabrazivirlui

    Pentru un proces de taiere abraziva stabil exista un debit optim in functie de profunzimeataierii. Un debit mai mic da nastere la:

    - o scadere a eficientei procesului de taiere care impune scaderea vitezei de taiere;- o crestere a rpghiului suprafetelor taieturii si a adancirnii striatiilor pe suprafata taiata.Un debit pr"u **5 este insotit de:-risculburarii.tunului,decio.u.g"."discontinuaajetului;- uzura accelerata a tunului de focalizare.

    b)

  • I

    .!1

    't

    I

    i-:t*f:

    :i'1r

    'tBi!+,

    d) qranulatia abrazirruluiArunci cand marimea granulelor de abraziv scade, are loc:- micsorarea largimii taieturii;- reducerea striatiilor pe suprafetele taiate;- reducereavitezei de taiere.Particulele ale caror dimensiuni sunt prea apropiate de cele ale diametrului tunului de focali-

    zare risca sa dea nastere burarii; lucru ce-conduce la reducerea energiei cinetice a particulelor, ceeace limiteaza profunzimea taierii.

    e) natura abrazivuluiEl are influente asupra:- vitezei de taiere;- calitatii taieturii, care scade odata reducerea duritatii materialului abraziv.

    0 diametrul duzei / "safirului"Performantele jetului scad cu cresterea diametrului duzei de evacuare a jetului: se reduceviteza de taiere, iar striatiile devin mai accenfuate.

    g) presiunea ietuluiGrupurile de pompare pot oferii presiuni pana la 4000-4200 bar. Totusi, prin folosirea

    abrazivului, presiunile de Iucru sunt adesea mai mici, ele situandu-se in jurul a 3000 bari.Atunci cand presiunea jetului scade, adancimea si viteza de taiere scad, deoarece viteza apei

    (si deci si cea a particulelorabrasive) se reduce.

    h) yiteza de avansDeplasarea cu viteza de avans a jefului da nastere la striatii al caror aspect si adancime sunt

    influentate de viteza de avans si de grosimea materialului taiat.Asrfel, in cadrul testelor realizate pe blocuri din otel comun, avand o grosime de 30, 50 si 80

    mm, viteza critica remarcata in cazul unei presiuni de 3000 bar, utilizand ca abraziv granatul, a fostde 90, 39 si22 mm/min.

    i) distanta tun-piesaIn mod normal, distanta dintre tunul de

    cresterea acestei distante se realizeaza marireataiate. '

    este in jur de 4-5 mm. Odata cucresterea unghiului suprafetelor

    focalizare si piesalatimii taieturii si

    j) unshiul ietului in raport cu piesaCa[tatea suprafetei se mentine pana la o incidenta de 45o; aceasta calitate scade apoi, iar la

    15" taierea devine imposibila.

    k) forma seetiunii de taiereLa o reglare identica a parametrilor si pastrand jnaltimea tubului in raport cu un plan ori-

    zontal support, o forma cilindrica se taie mai greu decat o forma paralelipipedica, irnportantasectiunii taiate in unitatea de timp (diametrul fiind identic cu grosimea) este sensibil mai mica atuncicand viteza critica de separare este mai mare. De aceea, in cadrul unei probe ce iffieali zat, s-aconstatat ca. la o epruveta de QSontnt, capacitatea db taiere a fost de 1178 mm/min, in timp ce,pentru o bara de aceeasi grosime, aceasta capacitate a depasit 2000 mm/min. a

  • l'l&.-t*.

    L.1.5. Categorii de materiale prelucrabile

    Cu ajutorul acestui tip de prelucrare se pot taia atat materiale metalice, cat si materiale neme-talice sau compozite in functie de tipul de procedeu folosit(cujet de apa saujet de apa abraziva).

    Exemple de materiale ce pot fi t6iate:- cu jet de apl pur ('waterjet'): cauciuc moale, spum6, foite de metal foarte subtiri, covor,

    h6rtie sau carton, dulciuri, materiale textile, lemn moale sau subtire, alte materiale moi- cu jet abraziv de api ('abrasivejet'): otel, titan, aluminiu, cupru, bronz, cauciuc tare,

    piatr6, lemn tare sau gros, sticlS (chiar si anti-glont), marmurS, plastic, naylon, grafit,ceramice, fibri de carbon, materiale compozite, kevlar, granit, otel inoxidabil

    Firma Americana ASI Robotics, in prezent divizie a companiei Flow International, a realizatun sistem de taiere cu jet de apa abraziva ale carui performante au fost prezentate in revista"AMERICAN MACHINIST" in numarul din octombrie 1989.

    In continuare se prezinta performantele obtinute cu ajutorul acestui sistem prin regimurile delucru realizate la prelucrarea diferitelor materiale. Aceste performante sunt afisate in tabelulurmator.

    'abel Re n de Lucru realiz.are tru ritelor ntaterialeMateriale Grosimea(mm) Yiteza de taiere

    (mm/min)Calitatea conturului taiat

    Material nlaslic 2.2 508-1270 bunaAluminiu t.27 50-t27 rugoasa

    Carton 1.3 6096-15240 foarte bunaDebrim 20 50-r27 buna

    Fibra de sticla 2.54 1016-3810 acceptabilaAldehida formica 1 36830Comoozitie srafit 1.5 635

    Kevlar 1.5-6.35 1270 f.buna(acceptabila)Plumb 3.1 254 buna(usor rugoasa)

    Plexiglas J4.44-12.7

    762-8895715

    foarte buna

    Circuite imprimate 1.2'7-3.1 1270 bunaP.V.C. 6.3s 254-508 buna(f.buna)

    Cauciuc 1.27 60960-91440 bunaVinil 1 50800-60960 bundLemn 3.1 1016 foarte buna

    Acrilati 9.5 38r-1270 buna, foarte bunaSticla 3.1 2540-5080 functie de profil

    Carbon(compozite) 3.112.1

    1270-1905254-s08

    buna

    Sticla compozita 3.1 2540-6350 bunaFibra de sticla 2.54

    6.353810-16202540-38 1 0

    buna

    Sticla foi 1.6 ' :,,!,* 1016-38 r 0 bunaGrafit(rasini epoxidice) 6.35

    25.438 1- 1778

    ", 16-127buna

    Kevlar 3.110

    762-1270254-635

    buna

    '%*.,'. 8

  • t;- +t.

    Tabel 2 : Materiale ceramice cotnoozite si m.etalice comnozi

    In tabelul urnator sunt prezentate valorile specifice pentru regimurile de lucru la taierea cujet'de ap4 rezultate obtinute experimental in cadrul Laboratorului de taiere cu jet de apa la presiupe

    .t,:,j.inalta(l.C.T.C.M. Bucuresti).

    ':.:! ,

    *I..'.ti'.

    'i' ,' lij,,,..rij-:9,''tlD,.

    25.4

    12.7

    76-127254

    Compusi fenolitici 6.35-t2.7 254-381 bunaBanda cauciuc 7.62 5080 buna

    ceratntce

    Materiale compozite Grosime(mm) Yiteza de taiere(n-rm/min)

    Calitatea conturului taiat'' ,...

    Zirconiu dur 6.35 38.1Carburi silicon 3.1 38.1 It?'fi'

    AlzOz/CaCr607a/40Va)

    3.1 50.8

    si-c/TiB2(15%) 6.35 8.89MglB4C(157o) 3.1 889 1our1" 6rrn3 ,1j3:;AllSiC(157o) 12.1 203 buna(foarte bu na) " Ti..

    AUAl,O,fiSVo) 6.35 381-508 buna(foarte buna)

    Tabel 3 : Materiale ruetalice si nemetaliceMateriale metalice Grosime(mm) Yiteza de taiere

    (mm/min)Calitatea conturului

    Aluminiu 5.J 508-1016 buna Lri*ti:Teava de aluminiu 5.58 1270 rogoasaAluminiu tumat 10.1 381Aluminu tabla 12.7

    16.2101.6

    152-254t2.7-t27s-50.8

    Alama 3.112.779

    457-508107-t27t9-76

    buna sau usor rogoa$'a

    usor striataBronz 27.9 25.4 bunaCupru ' 3.1 50.8 buna

    AliaiCu-Ni 3.1 304-355 muchie curateCu-Ni s0.8 38.1-101.6 muchie curate

    . Plumb 6.3s50.8

    254-127076.2-203

    buna(striata).acceptabila

    Magneziu 9.525 127-387 bunaTable subtiri otel s.08 381 buna

    Otel carbon 6.35t976

    254-304101-406

    10.16

    buna

    Otel aliat 190.5 76.2

  • Tabel4: R: Regirtturi de lucru realizare Dentru orelucrarea rite16r materiale - LC.T.C.M. BucurestiTipul

    materialuluiDenumireamaterialului

    Grosimea(mm)

    Vireza detaiere('cm/min)

    Latimeataieturii(mm)

    Aspectul taieturii

    Hartie sicarton

    Hartie de scris

    (70glm2)

    25 '7 1 Neted, fara rupturela iesire

    50 ..6 I Neted, fara rupturela iesire

    Carton tip dosar(250slm2)

    50 .7,5{#',,

    I Neted, fara rupturela iesire

    Hartie de scris cucoperti de carton

    20 0.9 Usoare desprinderila iesire

    Carton copertacarte

    30 i8.,ij';.

    0.9 Neted, fara ruptureIa iesire

    Materialetextile

    Panza cu insertieplastic pentru

    jaluzele

    10 .&- 2 Margini rupte cufranjuri

    2 300:

    2 Margini rupte cufraniuri

    Tesatura bumbac 10 100 2 Margini fara franiuriStofa 10 r+!90 2 Margini rupte cu

    franiuriMatase r0 100

    ,...;* ''2 Margini netede fara

    franiuriLemn i0 3.5 1.2

    Lemnos

    Placaj 48

    .+i

    , ..1

    1.3

    1.5PFL 4 t0 1.2PAL 5 .4 1.5

    Mase plastice PYC 4.561

    1.8

    1.4'l':2

    1.2

    1.3

    1.4Placa circuite

    imprirnate2.3 1.1 1.2

    Plexiglas sticlos 5 ,1 1.3Ferodon 5

    610

    908060

    1.5

    1.4

    1.4

    Materialemetalice

    Aluminiu tabla + 25.4 1.3 BunaOtel carbon 6

    192-54

    1271.2

    1.3Buna

    Otel scule 625

    17776

    1.1

    1.3

    Striara

    ',:*'

    f,

    10 r:,,, .ti.,.'{.'ii

    . !\.;

    :,.i".., ,.!. . .atir.

    . i],.,'.-il].

    ...:ti-l.$};..

    . ri.!l-'

  • Factbri primari care determindviteza de tfriere sunt:I. natura si grosimea materialului

    Duritatea: in general materialele dure sunt t6iate mai greu dec6c cele moi insd sunt o serie deexceptii de la..aceastd reguld. De exemplu, granitul care este un material dur este tdiat semnificativmai rapid decit cuprul care este un material mai moale. Granitul se sparge mai usor datoritd faptuluic6 este fragil De asemenea otelul dur este tSiat aproape in acelasi interval de timp ca otelul obiinuit.

    Grosimea: cu cAt materialul este mai gros cu atet viteza de tdiere este mai mic6.2. geometria.diodelului t6iat

    Este ;1-ir:esar sd se incetineascS tSierea c6nd se parcurg linii curbe sau colturi exacte.Deasemettedtri.pierde un timp aditional pentru strdpungerea materialului. De aceea, piesele cu multecolturi sau lihi! eurbe sunt t6iate mai incet dec6t p.ont.t" cu forme simple.3. rezultatuli[-orit

    Duii,.*-:doreste o tolerant6 bun6 si,/sau o suprafat5 finalS de o calitate superioari., timpul deprelucrare v&$;mai mare.4. software-u[j;eare controleazd miscirea5. puterea duzei(presiunea si frecventa de curgere a apei).6. cantitatea si calitatea materialului abraziv folosit

    Tipul abrazivului: in industrie se foloseste granatul cel mai adesea sau oxidul de aluminiu. Sepot folosi ins6 si alte materiale abrazive mai dure pentru o o 6iere mai rapid6.

    Cantitatea de abraziv: in general, jeturile abrazive consumd intre 0.25 si 0.5 kg de materialabraziv pe rdffi.

    Calitatea muchiilor t6iare se imparte in 5 categorii, de la e1 la e5.

    Q4 Qs

    extrafine f ine rouqh very rouqh. Fig.l.I.5. Calitatea muchiilor taiate cu jet de apa Ia presiune inaltl

    Q1 reprezin5 tdietura realizatd, cu viteaza cea mai mare si este folositd ca tdietur6 primar6pentru separare'de material. in functie de muchia finald cerutS se selecteazd. o vitezd,mai scazutacorespu.nzStoare categoriilor de la Q2 Ia e5.

    80vo, 60vo, 1A7o sau 20vo din viteza maximS) sau calitatea muchiei(foarte slabd. slabd, normal6,bund si foarte bund.)

    lt

    Q2 Q3

    middle

  • 'iP'q:r:

    in functie de intrebuintarea pieselor rezultate, tdieturile realizate pot necesita muchii cucalitSti diferite. Calitatea muchiei ifecteaza direct costul operatiei deoarece timpul realizat cuefectuarea operatiei este mai mare sau mai mic in functie de calitatea aleas6.

    1.2. Sisteme flexibile de taiere cu jet de apa la presiune inalta

    _ 1. Robot de procesare si sistem de inspectareParenr :5390128 (US patents)

    Sistemul automat este folosit pentru taierea si inspectia parrurilor complexe, realizate dinmateriale compozite, utilizate in industria aviatica.

    - -r---'Capul de lucru pentru taierea abraziva cu jet de apa, montat pe prima axaZ, este numeric

    controlat pe 6 axe de catre un manipulator gantry/water jei(axele x, i, i, c, A, B). un senzor estemontat pe cea de-a doua axa Z pentru a calibra./masurJetalona trei puncte specifrce care stabilescorientarea parfului pe directiile X,y si Z ale robotului gantry.

    Sistemul automat de taiere si inspectie are in componenta un controlle r ce realizeaza:definirea geometriei parturilor, programata CNC;statie de taiere pentru decuparea parturilor definite prin program;- localizarea partului ce urmeaza a fi taiat;masurarea abaterilor fata de pozitia de taiere prescris4 prin program;- corectaieapzitiei curente cu ajdtorul unui piogram de compliinta incorporat.

    Taierea abraziva cu jet de apa este utilizatapentru decuparea aripilor de avion sau a unorportiuni din ampenajul avionului, acestea fiin d. realizite din mateiiale compozite.Capul de lucru este dotat cu trei axe de rotatie, A, B si C programabile. Deasemenea, perime-

    trul partului este configurat si programat numeric relativ la axele X,i ,z ale manipulatorului gantry.' Fiecare part este identificat cu mare acuratete prin trei puncte de referinta. Aceste trei punctesunt masurate de catre un sensor de proba montat pe cea de-a doua axa Z a robotului. Senzorulciteste si traduce abaterea de la pozitia data si utitizeizaaceste informatii pentru a reprograma capulde lucru conform cu locatia actuala a paltului. Acelasi senzor de proba este progr_amat separat pentruinspectarea acuratetii taierurii prin inregistrarea si printarea masuratorilor indicand orice deviatie siconfirmand taierea partului intr-o toleranta acceptabila.

    un part proiectat si fabricat ca o singura piesa din material compozit este prevazut cu treipuncte de refcrinta distantate intre ele si un controller pentru definirea partuliii si a'pozitiei pe celetrei coordinateX,Y si Z.Axele Zl(lo) si22(11) dotate cu irn cap de lucru respecriv un cap de proba sunt intrebuintatepentru pozitionare mecanica respectiv CNC(iontrol. numeric computerizat) si CN4M(coordinated

    Measuring Machine)- Proba(12) masoara abaterea, pe directiile XiZ, de la pozitianominala furni-

    Fig.1.1.6. Exemplu de utilizare@

    t2

  • :l

    riiir'l

    '%zand totodata datele necesare controlerului pentru u .o*p.ni ubut...u de pozitie. Taierea cu jet deapa este realizata cu ajutorul capului de lucru CNC(13).

    Spatiul (14) este destinat mesei de lucru UHF(Universal Holding Fixture)Sistemul din prezenta inventie cuprinde 6 axe controlate numeric de catre un robot gantry cu

    doua axe Z. Capul de lucru(l3) avand punctual de focalizare(l5) este prevazut cu un 'prinzator,(catcher) integral(16) care are rolul de a disipa energia. Capul de taiere(13) este atasat axeiprincipa-le Zl si se poate roti pe trei directii(A,B,C). Axa A este utilizata pentru controlul pozitio-narii'prinzatorului'(catcher positioning control). Axa B realizeaza o rotatie deasupra unei axi imaginaretrasata la 45" fata de planul XY. Axa C constituie rotatia in jurul axei Z. Toate axele de rotitie seintersecteaza in punctual focal(15) pentru a facilita miscarea precisa a end-efectorului.

    Proba(l2) este prevazuta cu un palpator conic, sfera calibrata, conexiune la unitatea CNC,legatura intre CNC si CMM prin PC cu ajutorul caruia se pot afisa puncte, diferite caracteristici,valori nominale si actuale, tolerante admise, deviatii si erori.

    PC-ul ASI primeste fisierele program CMM DMIS de la un FEP(front end processor) caresunt apot transferate catre CMM. Aceste fisiere contin informatii despre localizarea si inspectiaparturilor. ASI PC primeste deasemenea programele pentru tuereacu jet de apa de la acelasi FEp.

    Robotul Gantry utilizat in system este deplasabit la sol(pe sine), actiona-rea se face utilizandservomotoare de curent alternative iar controlerul este furnizat de firma Fanuc(Fanuc IS-MAMA)utilizand un PC cu interfata duala ASI PC si CMM PC pentru localizar6,taiere si inspectie. Stucturaportanta a robotului este din otel iar sisternul de control al robotului este localizat pe partea laterala acadrului de sustinere si permite monitorizarea iesirilor din sistem. Deplasarea pe aiiectia axei y sercalizeaza utilizand suruburile cu bile.

    The General Electric Fanuc S-15 MAMA system controls up to eleven axes of servo controland part program storage memory 320M. Controller includes synchronous control for driving gantrymachines, parallel axis control for simultaneous movement of Z or more axes by the same programaddress.

    Controlerul Fanuc S-15 MAMApoate controla mai mult de 11 axe si are o memorie de320M.

    tls//5/6

    ENCLG9URE

    . FFS'fr ELEVATIoN

    Fig.1.2.1.Vedere Iayout din a robotului gantry

    '"ier{.., 13

    /0

  • - (r)>60+ur z,

    5E*cI=3;88r-1

    $

    tolq

    boC)

    cd

    (.)

    oobo

    ()

    (f)

    al

    cok

    t-UJ.?

    u,

    3tlJ

    (4

    E,@

    N

    )az.*(5

    6Jo.ILT.lFa4

    =

    l-Jr/lE*ll;Fl,lo ILtd IEf

    J

    ec(f,;?

    ?;x

    {,tnEtrJLLct>z.cct-VJ:)tr

  • a1

    :.i',

    ...

    ,": ,:

    1.3. Analiza comparativi a ciriematicii echipamentelor tehnologice

    r.3.r. rntroducere: de tfliere'cu jet de ap6

    Marea majoritate a sistemelor de taiere cu jet de apa la presiune inalta au la baza structuricinematice similare robotilor de tip portal dublu putandu-se face o urmatoare clasificare a acestormasini:

    - masini cunumeric(fig.a);

    .'...structura cinematica t1p;portal dublu deplasabil la sol cu 3 axe comandate

    - masini cu structura cinematica tig.gortal dublu deplasabil la sol cu 5 axe comandatenumeric(fig.b); {i..'j

    - masini cu structura cinematica tip portal- dublu cu structura portanta deschisa(fig.c);

    (miscarea I);r axa Y - translatia cSruciorului mobil iii lungul traversei(miscarea II);r axa Z - translatia pe verticald a culisei(miscarea III).

    - :l-,

    '.': 15' ,, tL.'

    ui

    "E: ''. .l-'i;t.,-,si

    , :q "t.i}}i:

    C:dFig. 1.3.I Structuri cinematice principale'pentru masinile db taiere cu jet de apa la presiune inalta

    Axele comandate numeric ale unui robgl de tip portal dublu sunt:r axa X - translatia longitudinald a .f,d*trl d^reptunghiular execuratd de rraversa mobill

  • J

    1

    q

    1

    l.3.iMasininumerrc

    cu structura cinematica tip portal dublu deplasabil Ia sol cu 5 axe comandate

    r***r : Fig. 1.3.10 Schema cinematica robot portal dublu deplasabil la sol cu 5 axe comandate numeric

    a)" AF Series - 5 Axis Wateriet - FIow Corporation

    JI:I rii

    :rA: j,

    fitlF:-t:-' .

    - Ia-4 t'..

    .!iL'-

    Fig. l.3.II Sistem Flow AF Series_5 Axis WaterjetAceste sisteme folosesc un jet de ap6 abraziv si se remarca prin faptul cd pot taia in spatiu

    tridi mensional forme foarte complexe.

    1.3.5;,$oboti industriali tip portal dublur.'

    r6 *%,,*,..

  • ).

    :;

    :t.i;l

    'Y,f*fur-,"

    Hvdrocut HR - ESAB

    Fig. 1.3.15 Sistemul.Hydrocut High_Rail

    Hydrocut High-Rail este prima masina de taiere cu jet de apalapresiune inalta cu structurade- tip robot gantry. atat deplasarea traversei mobile p" gilou;"tr liniare ale strucfurii portante arobotului cat si deplasarea caniciorului pe traversa se .eatir"aza Rri mecanisme de tip suruburi cubile.

    . Pentru automatizarea completa a proceselor se utiTizeaza un sistem CNC complex ce permiteprintre altele taierea cu plasma si cu jet de apa pe aceasi masina. 1'3'6' Alte categorii de RI pentru taiere cu;et ae apa Ia presiune inalta -Roboti industriali tip

    brat articulat cu 6 grade de Iibertate

    Fig. 1.3.14 Schema cinematica robot tip portal dublu

    t7 .{.+kqq;-

  • "tsi*.4".

    ' /,/ / , / / / / / /1.3.16 Schema cinematica robot tip brat articulat

    bot - FIow Corporation

    *rt'

    Acesti roboti,Acesti roboti m5rescridicate de tdiere.

    j :i t: - . if...i]..,:,t .:i:.. r,tiri:ij1

    Fig. 1.3.17 Sistem Flow 6-Axis Abrizi;; w;i.;;.t r{oUot

    de tip brai ar.ticulat, reprezinti o solutie economic6 penru masinileflexibilitatea aplicatiei cu o inaltd repetabilitate tridimensional5 si cu

    '.?,+??.

    multi-axe.capacitlri

    18

  • '1tfl4+._

    :*;.5!i..t

    :',f5,i

    ,

    I r .j l .1. la jll;lt:r : ,1i.:. : : i il,-:..,j:i::5:i.,*{

    ';.4,.j::

    ii-it.,

    ,r:. ,i ' ,-ria'.' :. , -l r-::11 ,l

    .PI**:+t-;

    ::. i'f,

    .-..:,:i1':,1'. .t

    ;:* [.E-xt

    eE

    f,r*ii*{

    's st{Effia

  • ,'5,t,

    20

  • I'I

    [,:t.:| .SF'| ".',I ;ii:I .*:-I '; 'i/'I :"1:;.I ii,E}.I ,"t'l,I

    1**,l.-

    I

    I

    I

    I

    I

    I

    I

    II ,r:l*Itr:

    Elemente componente ale instalatiei de producere a jetului de apa Ia presiune inalta(1 singura schema la alegere din cele doua de mai jos)

    Exista doua variante constructive ale instalatiei de taiere cu jet de apa la presiune inalta,diferenta dintre acestea rezumandu-se la modul de aducere a apei la presiune inaita. Astfel, apapoate fi adusa la presiune inalta prin intermediul unei singure pompe.

    Intr-o prima varianta apa poate fi adusa la oresiune inalta prin intermediul unei singure pom-pe fara existenta a doua ,,etaje" hidraulice(fig.1.4.1.)

    In cea de-a doua varianta, apa este adusa la presiune inalta prin intermediul a doua ,,etaje,,hidraulice, unul de joasa presiune si unul de inalta presiune din aceita facand parte multiplicatorulce tine lo_c de pompa la p_rg_s_1qge jq-atta.{fie.I.a.2.)

    2l