Водорёзная резка углеволокна: преимущества, недостатки и лучшие практики

Что такое водорёз?

Водорёз использует насос для создания высокого давления (до 90 000 psi) струи воды, которая может резать всё — от пены до 8+ дюймов стальной пластины. При резке металла или углеволокна используется абразивный материал, такой как гранат, для помощи в процессе резки. (См. ссылки «Source» внизу поста для большей информации о том, как работают водорёзы.)

Теперь посмотрим, почему водорёз — такой хороший инструмент для резки углеволокна.

Толщина детали

Огромное преимущество водорёза — он может резать очень толстые углеродные панели с относительной легкостью. С фрезой толстые детали требуют больше проходов, что занимает время и вызывает больше износа резака. Вы также должны заботиться о выносе стружки и пыли из глубоких пазов. Кроме того, с правильной настройкой вы можете легко резать мелкие фичи, которые были бы невозможны на фрезе из-за глубины.

Скорость

Скорость резки на водорёзе, особенно для мелких фич, намного быстрее, чем использование фрезы. С фрезой глубина резки и подача зависят от размера вашего фрезера и толщины детали. Меньшие резаки и толстые детали требуют множественных проходов, тогда как водорёз может резать ту же деталь за один проход и обычно с более быстрой подачей.

Предотвращение пыли

Ещё одно большое преимущество использования водорёза — содержание пыли. Одна из главных проблем при работе с углеволокном — пыль. Пыль углеволокна может попадать во внутренние механизмы ваших станков и вызывать износ деталей быстрее нормального. Это также раздражитель при вдыхании или может вызывать зуд, если попадает на кожу. С водорёзом вся углеродная пыль сбрасывается в водный бак, где её легче обработать для правильной утилизации. Не требуются дорогие системы эвакуации пыли.

Плотные паттерны резки

Диаметр струи водорёза может быть настроен примерно на 0.025 дюйма, это позволит резать дизайны с очень маленькими отверстиями или внутренними фичами. Этот диаметр инструмента также можно использовать для резки довольно близко к внутренней квадратной геометрии.

Недостатки

Хотя есть много преимуществ использования водорёза для резки углеволокна, есть и некоторые недостатки. Следующие разделы адресуют эти области.

Краевой финиш

Поскольку водорёз использует абразив для резки через прочные углеродные волокна, край может иметь слегка шероховатую поверхность. Это можно контролировать размером сетки граната (чем мельче абразив, тем тоньше финиш) и скоростью подачи. Пока для некоторых деталей этот финиш приемлем, другие детали потребуют шлифовки для получения более гладкого финиша. Время, потраченное на очистку края, может компенсировать некоторые преимущества, полученные от резки деталей на водорёзе. Есть баланс между скоростью резки и сложностью детали, который нужно учитывать при запуске большого объёма деталей.

Обратный отброс (Blowback)

Ещё одна область озабоченности при резке углеволокна — обратный отброс, исходящий от проезда над одной из реек. Бак водорёза использует металлические реики, проходящие через ширину бака и предоставляющие поверхность для поддержки вашего рабочего материала. Когда высоконапорная струя проходит над стальной рейкой, струя воды и абразива может быть отражена вверх, что по сути пескоструйно обрабатывает обратную сторону детали. Обычно это не было бы заметно на металлической детали, но это может arruинировать поверхность углеродной детали.

К счастью, существуют решения для решения этой проблемы. В Elevated Materials мы режем наши детали поверх доски Rhino. Доска Rhino состоит из HDPE «соломинок», которые позволяют струе проходить сквозь без обратного отброса к углероду. Её малый размер ячейки позволяет нам резать мелкие и сложные детали без страха, что они упадут в бак.

Для высокообъёмных проектов относительно крупного размера, мы создаём приспособления, выступающие из дна бака, которые гарантируют, что струя будет резать только над водой. Детали затем удерживаются на месте с помощью вакуумных присасок. С этими приспособлениями мы отрезали более 1000 одинаковых деталей и не пришлось менять никакие основные компоненты.

Делиминация

Другой вызов резки углеволокна водорёзом — просверливание отверстий. Высоконапорная водяная струя может разъедать смолу между слоями углеволокна и вызывать разделение или делиминацию, что ослабляет деталь.

Многие производители будут предварительно сверлить отверстия на другом станке, а затем приносить деталь на водорёз для резки. Недостаток этого метода, конечно, в риске дезалигнмента вашего водорёзного пути с отверстиями, которые вы предварительно просверлили.

В Elevated Materials мы инвестировали много времени и ресурсов в совершенствование нашего метода просверливания углеволокна для предотвращения делиминации. Техника всё о снижении давления струи до ~10 KSI (10 000 psi) и обеспечении того, что гранат выходит из сопла до высоконапорной воды. Мы используем вакуум-ассистируемый клапан, который засасывает гранат через сопло до включения струи, гарантируя, что гранат ударяет в деталь до любой воды. Если высоконапорная вода ударяет в деталь сама по себе — ваша деталь делиминирует.

Мы просверливали и резали детали толщиной более дюйма без какой-либо делиминации.

Конические края (Tapered Edges)

Другая озабоченность, которую нужно проработать с водорёзной резкой — конические края. Поскольку водорёз — это высоконапорной поток, проходящий через сопло, он расширяется дальше, чем путешествует от кончика сопла. В зависимости от того, насколько далеко ваша деталь от кончика сопла, определяет, насколько расширена ваша струя, когда она достигает детали, которую вы режете. Чем дальше деталь, тем больше ваша струя может расшириться. Расширенная струя оставляет пескоструйный вид и более низкое качество, более медленную скорость резки.

Коничность края может быть скорректирована ускорением или замедлением подачи. Её также можно контролировать с использованием наклонной или динамической системы управления головкой. Изображение ниже показывает некоторые возможные проблемы с коничностью, с которыми вы можете столкнуться, если у вас нет правильного давления или подачи.

Стоимость

Интересно, что стоимость оказывается похожей между фрезеровкой и водорёзной резкой. С одной стороны у вас есть резаки для постоянной замены и пылевыделение для беспокойства с фрезеровкой vs абразивный материал и расходники вроде приспособлений, сопел и отверстий на водорёзе. Если вы рассматриваете покупку фрезерного стола или водорёза, водорёз будет дороже. Б/у идут за $25 000–$60 000 на низком конце, до $200 000+ за новый. Новые настольные водорёзы недавно введены за<$5 000. https://www.wazer.com/. Фрезы с другой стороны были в мейкер-комьюнити гораздо дольше и могут начинаться от $1500 за настольную модель. Для более жёсткого и промышленного станка, способного резать в множественных осях, станки с ЧПУ начинаются около $40 000 и могут уйти далеко выше $100 000 за 5-осевую машину.

Источники:
Основы водорёза: https://www.flowwaterjet.com/Learn/How-Waterjet-Works.aspx#basics
Доска Rhino: https://www.rhinoboardwj.com/
Конические края Omax: https://www.omax.com/news/blog/controlling-taper