Princip řezání vodním paprskem

Podstatou dělení je obrušování děleného materiálu tlakem vodního paprsku. Tento proces je v podstatě stejný jako vodní eroze, ale značně zrychlený a soustředěný do jednoho místa. Řezání vodním paprskem je moderní, kvalitní a ekologická metoda obrábění široké palety materiálů. Vysokotlaké zařízení umožňuje stlačit vodu až na 4150 bar, ve směšovací komoře do vodního proudu přimísit abrazivní materiál a tuto směs prohnat tryskou světlosti jeden milimetr. Takto vytvořený vodní paprsek má pak dostatek energie, aby dokázal provádět řezy i v materiálech s velmi vysokou pevností, dále ve velmi měkkých, křehkých i houževnatých materiálech. Pohyb paprsku na souřadnicovém stole je řízen počítačem, čímž je umožněna velmi vysoká přesnost a opakovatelnost tvarových řezů. Řezání vodním paprskem probíhá nejčastěji na CNC řízených stolech. 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. V současné době se stále více uplatňuje 3D řezání s eliminací úkosů.

Fyzikální podstata řezání materiálů paprskem kapaliny vychází z úvahy, že paprsek kapaliny pohybující se dvojnásobnou až čtyřnásobnou rychlostí zvuku lze považovat z hlediska jeho účinků za pevné těleso. Proces řezání probíhá ve dvou etapách. V první etapě vzniká působením tlaku kapaliny prohlubeň, která se mění v otvor. V druhé etapě dochází k prohlubování a k vytváření řezné spáry. Při nárazu paprsku kapaliny na obrobek dochází k akumulaci vysokého tlaku na velmi malé ploše, čímž dochází v řezaném materiálu k rázovým vlnám, rychlé destrukci materiálu obrobku na hranici zrn a ke vzniku mikrotrhlin. Mikrotrhliny se v důsledku dynamického zatížení rychle šíří a tím dochází k rozrušování obráběného materiálu. K destrukci při řezání dochází také díky turbulentnímu proudění kapaliny ve spáře s účinkem kavitačních bublin. Pro řezání kovů, keramiky aj. se do paprsku kapaliny přidávají brousicí zrna, což k popsaným účinkům vodního paprsku ještě významně přispívá. Jako kapalina se používá většinou upravená voda. K vytvoření potřebné rychlosti proudění se uplatňuje tlak 2000 až 6500 Barů.

Technologie obrábění materiálu pomocí vysokoenergetického kapalinového paprsku, často označovaná též jako hydroabrazivní obrábění si vzhledem ke svým mimořádným vlastnostem nalezla velmi rychle uplatnění v leteckém i kosmickém průmyslu a v důsledku značné univerzálnosti i v celé řadě dalších průmyslových oborů. Uvedená metoda se dnes využívá nejčastěji ve dvou základních provedeních : řezání čistým vodním paprskem a řezání vodním paprskem s abrazivní příměsí.

Hodnoty jsou pouze orientační a dle typu materiálu se mohou lišit

Kvalita povrchu řezu se dělí do pěti skupin a to podle výsledné kvality. Kvalita povrchu přímo souvisí s rychlosti řezání. Při vysokých rychlostech posuvu se zvyšuje zakřivení a po celé hloubce řezu jsou viditelné rýhy.

Řezání čistým vodním paprskem

Zařízení pro obrábění čistým vodním paprskem se dnes používá zejména pro řezání nekovových materiálů, jako jsou lamináty, kevlar, azbestocement, grafitové kompozity, sklotextil a gumotextil.

Rychlost řezání se pohybuje v rozsahu 5 m/min (kevlar, lamináty) až 400 m/min (papír, lepenky apod.) Tlak kapaliny je možno plynule regulovat podle technologických potřeb a druhu obráběného materiálu. Vodní trysky jsou vyráběny ze safíru, rubínu nebo diamantu. Velikostní řada trysek zajišťuje různou kinetickou energii paprsku a určuje také počet pracovišť, které je možno současně napájet z jednoho zdroje. Životnost trysek při nadzvukové rychlosti výtoku kapaliny (asi 1000 m/s) je přímo úměrná množství minerálů obsažených ve vodě a je v rozmezí 50 – 500 hodin.

Řezání vodním paprskem s příměsí abraziva

Při této variantě se zvyšuje účinnost paprsku přimísením abrazivních zrn do proudu vody. Používají se jak syntetické, tak i přírodní abrazivní materiály jako jsou křemičitý písek používaný při výrobě skla, korundová nebo SiC zrna používaná k výrobě brusných nástrojů, granát, olivín a jiné o zrnitosti (0,2 - 0,5) mm.

Výstupní abrazivní tryska musí odolávat vysokým abrazivním účinkům a je vyráběna z karbidu wolframu. Při použití běžných parametrů, tj. tlaku vody 4100 bar a křemičitého písku o zrnitosti 0,4 mm dosahuje životnost abrazivní trysky max. 100 hodin. Rychlost řezání se obvykle stanovuje optimalizační zkouškou. Vzdálenost výstupní trysky od materiálu se volí co nejmenší z důvodů minimální šířky spáry a tím i lepší dosahované přesnosti.