Гидроабразивная резка углеродного волокна:преимущества, недостатки и лучшие практики

Что такое гидроабразивная машина?

В гидроабразивной струе используется насос для создания струи воды под высоким давлением (до 90 000 фунтов на квадратный дюйм), которая может прорезать что угодно, от пенопласта до стальной пластины толщиной более 8 дюймов. При резке металла или углеродного волокна для облегчения процесса резки используется абразивный материал, такой как гранат. (Дополнительную информацию о том, как работают гидроабразивные станки, см. по ссылке «Источник» внизу статьи.)

Теперь давайте посмотрим, почему гидроабразивная резка является таким хорошим инструментом для резки углеродного волокна.

Толщина детали

Одним из огромных преимуществ гидроабразивной резки является то, что с ее помощью можно относительно легко резать очень толстые углеродные панели. При использовании фрезера толстые детали требуют большего количества проходов, что отнимает время и приводит к большему износу сверла. Вам также придется побеспокоиться об очистке глубоких слотов от стружки и пыли. Кроме того, при правильной настройке вы легко сможете вырезать мелкие детали, которые на фрезерном станке были бы невозможны из-за глубины.

Скорость

Скорость резки на гидроабразивной машине, особенно мелких деталей, намного выше, чем при использовании фрезерного станка. При использовании фрезерного станка глубина резания и скорость подачи зависят от размера фрезы и толщины детали. Меньшие сверла и более толстые детали требуют нескольких проходов, тогда как водоструйная резка может разрезать одну и ту же деталь за один проход и обычно с более высокой скоростью подачи.

Защита от пыли

Еще одним важным преимуществом использования гидроабразивной резки является пылеулавливание. Одной из основных проблем при работе с углеродным волокном является пыль. Пыль из углеродного волокна может проникнуть во внутренние механизмы ваших машин и привести к стиранию или износу деталей быстрее, чем обычно. Он также вызывает раздражение при вдыхании или может вызвать зуд при попадании на кожу. При использовании водоструйной резки вся угольная пыль попадает в резервуар для воды, где ее легче обрабатывать и утилизировать. Никаких дорогостоящих систем пылеудаления не требуется.

Облегающие модели

Диаметр струи гидроабразивной машины можно настроить примерно на 0,025 дюйма, это позволит вырезать конструкции с очень маленькими отверстиями или внутренними элементами. Этот диаметр инструмента также можно использовать для резки феи, близкой к внутренней квадратной геометрии.

 

Недостатки

Хотя использование гидроабразивной резки для резки углеродного волокна имеет множество преимуществ, есть и некоторые недостатки. Следующие несколько разделов будут посвящены этим областям.

Обработка кромок

Поскольку при гидроабразивной резке прочные углеродные волокна прорезаются абразивом, поверхность кромки может быть слегка шероховатой. Это можно контролировать с помощью размера ячеек граната (чем мельче абразив, тем тоньше обработка) и скорости подачи. Хотя для некоторых деталей такая отделка приемлема, другие детали необходимо отшлифовать, чтобы получить более гладкую поверхность. Время, потраченное на очистку кромки, может свести на нет некоторые преимущества, полученные от резки деталей на гидроабразивной машине. При обработке большого объема деталей необходимо учитывать баланс между скоростью резки и сложностью детали.

Ответ

Еще одна проблема, вызывающая беспокойство при резке углеродного волокна, — это отдача, возникающая при прохождении через одну из планок. В резервуаре водоструйной резки используются металлические планки, которые охватывают всю ширину резервуара и обеспечивают поверхность для поддержки рабочего материала. Когда струя высокого давления проходит над стальной планкой, струя воды и абразива может отклоняться вверх, что приводит к пескоструйной очистке задней стороны детали. Обычно это не заметно на металлической детали, но может испортить часть поверхности карбоновой детали.

К счастью, существуют решения для решения этой проблемы. В Elevated Materials мы вырезаем детали поверх доски Rhino. Доска Rhino изготовлена из «соломинок» из полиэтилена высокой плотности, которые позволяют струе проходить сквозь нее, не возвращаясь к углероду. Небольшой размер ячеек позволяет резать мелкие и сложные детали, не беспокоясь, что они упадут в резервуар.

Для крупных проектов относительно большого размера мы создаем приспособления, выступающие из нижней части резервуара, которые гарантируют, что струя будет пересекать только воду. Затем детали удерживаются на месте с помощью присосок. С помощью этих приспособлений мы вырезали более 1000 одинаковых деталей, и нам не пришлось заменять какие-либо основные компоненты.

Расслоение

Еще одна проблема при резке углеродного волокна с помощью гидроабразивной резки — прокалывание отверстий. Струя воды под высоким давлением может разъесть смолу между слоями углеродного волокна и вызвать расслоение или расслоение, что ослабляет деталь.

Многие производители предварительно сверлят отверстия на другом станке, а затем подвергают деталь гидроабразивной резке. Недостатком этого метода, конечно, является риск неправильного совмещения траектории гидроабразивной резки с предварительно просверленными отверстиями.

В Elevated Materials мы вложили много времени и ресурсов в совершенствование метода прокалывания углеродного волокна для предотвращения его расслоения. Этот метод заключается в снижении давления струи примерно до 10 тысяч фунтов на квадратный дюйм (10 000 фунтов на квадратный дюйм) и обеспечении того, чтобы гранат выходил из сопла раньше, чем вода под высоким давлением. Мы используем вакуумный вспомогательный клапан, который протягивает гранат через сопло до того, как включится струя, гарантируя, что гранат попадет на деталь раньше, чем вода. Если вода под высоким давлением сама попадет на деталь, она расслоится.

Мы прокалываем и разрезаем детали толщиной более дюйма без каких-либо расслоений.

Зауженные края

Еще одна проблема, которую необходимо решить при гидроабразивной резке, — это конические края. Поскольку водоструйная струя представляет собой поток высокого давления, проходящий через сопло, он расширяется по мере удаления от сопла. В зависимости от того, насколько далеко ваша деталь находится от кончика сопла, зависит, насколько расширится струя, когда она достигнет детали, которую вы режете. Чем дальше деталь находится, тем больше может расшириться ваша струя. Расширенная струя создает вид пескоструйной обработки и обеспечивает более низкое качество и более медленную скорость резки.

Конус края можно регулировать, ускоряя или замедляя федерацию. Им также можно управлять с помощью наклона или системы динамического управления головкой. На изображении ниже показаны некоторые возможные проблемы с конусом, с которыми вы можете столкнуться, если у вас нет правильного давления или скорости подачи.

Стоимость

Интересно, что стоимость фрезерования и гидроабразивной резки одинакова. С одной стороны, вам нужно постоянно заменять насадки и беспокоиться об удалении пыли при фрезеровании по сравнению с абразивным материалом и расходными материалами, такими как приспособления, сопла и отверстия для гидроабразивной резки. Если вы подумываете о покупке фрезерного стола или водоструйной резки, водоструйная машина будет стоить дороже. Подержанные модели могут стоить от 25 000 до 60 000 долларов по низкой цене, до 200 000 долларов и выше за новый. Недавно были представлены новые настольные водоструйные аппараты стоимостью менее 5000 долларов. https://www.wazer.com/. С другой стороны, маршрутизаторы находятся в сообществе производителей гораздо дольше и могут стоить от 1500 долларов за настольную модель. Стоимость более жесткого и промышленного станка, способного резать по нескольким осям, начинается от 40 000 долларов США, а за 5-осевой станок может стоить гораздо больше 100 000 долларов США.

Источники:
Основы гидроабразивной резки:https://www.flowwaterjet.com/Learn/How-Waterjet-Works.aspx#basics
Доска Rhino:http://www.rhinoboardwj.com/
Зауженные кромки Omax: https://www.omax.com/news/blog/controlling-taper