Technologia cięcia strumieniem wody

Cięcie materiałów różnego typu jest podstawową formą obróbki, stosowaną od tysięcy lat. Jej celem jest przygotowanie elementów w wymiarach zbliżonych do ostatecznych, dzięki czemu nadawanie im precyzyjnych kształtów będzie znacznie łatwiejsze i szybsze. Wraz z upływem czasu o wzrostem zapotrzebowania na bardziej precyzyjne technologie pojawiło się cięcie materiałów wodą. Na czym ono polega, jakie ma zalety i gdzie znajduje zastosowanie?

Czym jest cięcie strumieniem wody?

Technologia cięcia strumieniem wody jest wykorzystywana od niedawna, jednak jej korzenie sięgają bardzo daleko. Pomysłu dostarczyła sama natura, która od milionów lat dokonuje przekształceń materiałów skalnych za pomocą deszczu czy strumieni wód podziemnych i powierzchniowych. W rękach człowieka cięcie wodą przekształciło się w metodę o bardzo wysokiej skuteczności i o wielu zaletach. Aby stało się to możliwe, niezbędne było jednak opracowanie sposobu sprężania strumienia wody do uzyskania bardzo wysokiego ciśnienia.

Historia i rozwój technologii

Pierwsze kroki na drodze do opracowania nowoczesnej technologii stawiano już w latach 20. XIX wieku. W tym czasie stosowano do czyszczenia kanalizacji strumień o ciśnieniu 100 barów. Niestety takie ciśnienie było zbyt małe, aby przeciąć większość materiałów. W połowie XX wieku opracowano metodę sprężania wody do ciśnienia 4 000 barów. Możliwość efektywnego cięcia stworzyło jednak dopiero połączenie strumienia cieczy ze ścierniwem. 

Ważnym krokiem było też wynalezienie urządzeń z dyszą o średnicy wylotu od 0,5 do 3 mm. Wyrzucany przez nią strumień ma cechy wyjątkowo precyzyjnego nożna, którym można wycinać skomplikowane elementy w materiałach takich jak kamień czy szkło.

Możliwości technologii cięcia strumieniem wody

Cięcie strumieniem wody z dodatkiem ścierniwa jest obecnie uważane za najnowocześniejszą i najlepszą metodę dzielenia materiałów. Przy jej pomocy można przeciąć niemal wszystko, począwszy od miękkich struktur, takich jak karton, guma czy tworzywa sztuczne, przez różne rodzaje metali i ich stopy, po szkło, ceramikę, stal węglową czy kevlar. Różnice sprowadzają się do dwóch kwestii:

• grubości przecinanych materiałów (nawet do 200 mm),
• szybkości cięcia (aluminium o gr. 12,5 mm – 0,48 m/min, tytan 12,7 mm – 0,3 m/min, włókno szklane 2,5 mm – 5,0 m/min).

Cięcie strumieniem wody pod dużym ciśnieniem może też być wykonywane bez dodatku ścierniwa. Taką metodę stosuje się w przypadku miękkich materiałów, takich jak np. karton czy skóra. W przypadku kartonu o grubości 1,4 mm prędkość przecinania samą wodą wynosi 6,0 m/min. Na tym nie kończą się możliwości technologii. Za jej pomocą można też trasować i nacinać materiały.

Zalety cięcia strumieniem wody

Nowoczesność technologii cięcia strumieniem wody polega przede wszystkim na tym, że jest uniwersalna i stosunkowo tania. Zarówno medium, jak i ścierniwo są powszechnie dostępne, a koszt generuje jedynie urządzenie do wytwarzania ciśnienia. Poza tym wodą można przeciąć niemal wszystko, co eliminuje potrzebę zakupu wielu różnych kosztownych maszyn – począwszy od pił mechanicznych, po przecinarki plazmowe czy laserowe. Ponadto przecinanie na zimno nie wymaga chłodzenia, co dodatkowo obniża koszty.

Wśród wielu innych zalet tej technologii można też wymienić:

• bardzo wysoką precyzję cięcia (z dokładnością do 0,1 mm),
• wykonywanie cięcia na zimno, dzięki czemu nie wpływa ono na strukturę materiału i powstawanie naprężeń,
• możliwość wycinania skomplikowanych kształtów,
• możliwość cięcia wielowarstwowego oraz cięcia materiałów zespolonych,
• bardzo dobrą jakość krawędzi po cięciu (brak zadziorów), bez potrzeby dalszej obróbki,
• brak odkształceń, odprysków, utwardzonych krawędzi i zmian termicznych materiału,
• minimalne straty materiału (bardzo mała szczelina cięcia).

Technologia cięcia strumieniem wody jest też bezpieczna dla pracowników i środowiska. Podczas jej stosowania nie są emitowane żadne szkodliwe opary, a jedynym produktem ubocznym jest zużyte ścierniwo z cząsteczkami ciętego materiału.