Mit visz a víz?

Nagynyomású vízsugaras megmunkálási technológiák az iparban

Ha már semmi nem elég „erős” vagy speciális anyagok „kíméletes” megmunkálására van szükség, jöhetnek a vízsugaras vágási megoldások – és persze a jogos kérdések is: megbízható, hatékony, költséges? A válaszokért a hazai és nemzetközi anyagtudományi és megmunkálási szakmai szervezetekben is aktívan dolgozó Maros Zsolthoz, a Miskolci Egyetem Gépgyártástechnológiai Tanszékének adjunktusához fordultunk.

hirdetés

Milyen lehetőségeket teremtenek az iparban ma nagynyomású vízsugaras technológiák?

A vízsugaras technológiát ma már nemcsak vágásra, hanem különböző megmunkálásokhoz, illetve más eljárásokhoz is használják. Az alkalmazott víznyomástól és a szállított víz mennyiségétől függően a vízsugár energiája olyan technológiákhoz alkalmazható, mint a vízsugaras megmunkálások (például vágás, esztergálás, fúrás, marás), vízsugaras falbontás, szénfejtés, faltisztítás vagy éppen a csatornatisztítás.

Az úgynevezett vízsugaras vágáskor három széles körben elterjedt sugárfajtát alkalmaznak. A tiszta vízsugarat különböző lágy anyagok, mint például a műanyagok, gumik, habszivacsok vagy akár élelmiszerek vágásához. Kemény anyagok megmunkálásához a vízsugárhoz abrazív port adagolnak. 

Marosi Zsolt
Marosi Zsolt: Az utóbbi évtizedben terjed ez a technológia
A keverék sugár előállításának módjától függően beszélünk injektoros, illetve szuszpenziós abrazív vízsugárról. Az előbbinél a nagysebességű vízsugárhoz közvetlenül port adagolnak. Ennek hátránya, hogy a por beszippantásakor jelentős mennyiségű levegő is a sugárba kerül, ez pedig jelentősen rontja annak hatékonyságát.

A szuszpenziós sugárnál víz és abrazív por keverékét adagolják a nagynyomású vízsugárhoz. Ez esetben nem jut levegő a vágó fejből kilépő sugárba, azonban így ma még csak kisebb nyomások érhetők el. További, kissé szokatlannak tűnő eljárás, amikor az abrazív por helyett jeget használnak, vagy amikor – a sugár tulajdonságait javítandó – különböző folyékony polimereket adagolnak a vízhez.

Mennyire „érett” eljárásokról van szó?

A vízsugaras vágás ipari felhasználása akkor vált lehetségessé, amikor a 80-a évek elejére már képesek voltak 3000 bar fölötti víznyomást is előállítani. Ekkor kezdődött meg az abrazív por alkalmazása is. Az első ipari vízsugaras vágógépek megjelenése a 80-as évek közepére tehető. Világszerte egyre szélesebb körben alkalmazzák ezt a technológiát.

Magyarországon a vízsugaras vágás 1996-ban jelent meg – tudtommal – elsőként a miskolci Bay Zoltán Logisztikai és Gyártástechnikai Intézetben, ahol egyébként akkoriban magam is dolgoztam. Azóta egyre több gép állt üzembe, de számuk még mindig kevésnek mondható az európai átlaghoz képest. Gyakorlatilag csak injektoros gépeket alkalmaznak Magyarországon, igaz, világviszonylatban is ezek terjedtek el leginkább.

Versenytársai egymásnak a különböző vízsugaras megmunkálási technológiák?

Az abrazív vízsugaras vágás nem szorítja ki a korábbi technológiákat, inkább kiegészíti azokat, illetve további lehetőségeket nyit meg a felhasználók számára. Más anyagminőségek és más anyagvastagságok vághatók ezzel a technológiával, és olyan nem szokványos területeken is alkalmazható, mint az élelmiszer feldolgozás vagy a gyógyászat.

Milyen ipari igények, szükségletek hívták életre a vízsugaras vágás újabb technológiáit?

A vízsugaras vágást, mint minden nem hagyományosnak mondott megmunkálást a nehezen megmunkálható anyagok megjelenése, újszerű alkalmazása hívta életre. Például a különböző, nagy keménységű ötvözetek (INCONEL, titán ötvözetek stb.), a nehezen forgácsolható saválló ötvözetek, magnézium ötvözetek, vagy éppen a különböző kerámiák (ipari vagy burkolat anyagok), biztonsági üvegek vágására. Ezek az anyagok természetesen csak abrazív por adagolása mellett munkálhatók meg, a tiszta vízsugár energiatartalma ezekhez nem elegendő.

Melyek voltak a vízsugaras vágás fő evolúciós szakaszai?

A hidraulikus rendszerek fejlődése elengedhetetlen volt a vízsugaras rendszerek kialakulásához. A korszerű olajszivattyúkkal elérhető 200-300 bar olajnyomás már lehetővé tette, hogy olyan nyomás-fokózókat alakítsanak ki, melyek a nyomás megtízszerezésével 3000 bar fölötti víznyomásokat állítsanak elő. Ez a lehetőség nyitotta meg a kaput a vízsugaras vágás előtt. A mozgató és szoftverrendszerek fejlődése természetesen szintén kellettek a megmunkáláshoz, hiszen megfelelő vezérlések és szoftverek nélkül nem lenne lehetséges tetszőleges kontúrok kivágása egy elkészített CAD-rajz alapján.

Az abrazív vízsugaras vágást ott érdemes alkalmazni, ahol az egyéb vágási módszerek lehetőségei kimerülnek
Az abrazív vízsugaras vágást ott érdemes alkalmazni, ahol az egyéb vágási módszerek lehetőségei kimerülnek

Ma ezek a rendszerek már olyan fejlettségi szinten állnak, melyek jóval meghaladják az egyszerű vízsugaras vágás által megkívánt követelményeket, így napjainkban a rendszer elemei közül a nyomásfokozók azok, amelyek a legkritikusabbak. A vízsugaras vágás legfőbb fejlődési szakaszai a már korábban említett tiszta vízsugár, majd az abrazív injektoros vízsugár, illetve a szuszpenziós sugár kialakulása volt. Ehhez járult még hozzá, hogy ma már nem csak síkbeli, de a vezérlések fejlődésével térbeli alakzatok kivágása, megmunkálása is lehetséges – például lapátkerekeké.

Milyen további fejlesztési törekvések látszanak?

Az egyik háromdimenziós vágások alkalmazása. Ez lehetővé teszi görbült felületek kivágását, vagy olyan bonyolult alkatrészek rendkívül gyors előállítását, mint például a szivattyú lapátkerekek. Látható műszaki útkeresés a vízsugaras esztergálások kifejlesztése (elsősorban keramikus anyagokhoz), valamint a vízsugaras „marás”. Ez utóbbi lényege, hogy az anyagot nem vágjuk át teljes keresztmetszetében, hanem csak adott mélységekig. Ezen folyamat megfelelő kézben tartása esetén lehetőség nyílik különféle süllyeszték profilok előállítására. Erre az eljárásra már léteznek szabadalmak, azonban a folyamatok rendkívül összetettek, ezáltal nehezen is kontrollálhatók, ezért gyakorlati alkalmazásokra még kevés példa van.

Más megmunkálási megoldásokkal összevetve milyen előnyei vagy hátrányai látszanak a vízsugaras vágási eljárásoknak?

Például a lézeres vágással összevetve költségesebb, mert a körülbelül azonos gépárak és fenntartási költségek mellett, a vízsugaras vágófejjel elérhető előtoló sebességek (sokszor ezt nevezik vágási sebességnek) kisebbek, ezáltal a gépi idők nagyobbak, mint egyéb technológiáknál. Ezért a korábban elmondottak szerint az abrazív vízsugaras vágást ott érdemes alkalmazni, ahol az egyéb vágási módszerek (lézer, plazma stb.) technológiai lehetőségei már kimerültek, vagy azok – különböző káros hatásaik miatt – nem alkalmazhatók.

Az abrazív vízsugaras vágás ugyanakkor számos előnnyel rendelkezik más vágási technológiákhoz képest. Egyik ilyen a megmunkálható anyagok széles köre. Tiszta vízsugárral csak lágy anyagok vághatók, de abrazív vízsugárral gyakorlatilag minden létező anyag megmunkálható. Az acéloktól a különböző fémeken át a kerámiákig vagy a különböző műanyagokig. Másik nagy előny, hogy egyéb eljárásokhoz képest jóval nagyobb anyagvastagságok vágása lehetséges.

Abrazív vízsugaras vágás – itthon még viszonylag kevesen alkalmazzák
Abrazív vízsugaras vágás – itthon még viszonylag kevesen alkalmazzák

 

Míg például lézerrel körülbelül 15-25 mm vastagságú acéllemezek vághatók, addig abrazív vízsugárral akár 70-100 mm-ig terjedő lemezvastagságok is megmunkálhatók. Rendkívüli előny az is, hogy a megmunkált felület nem kerül hőhatás alá, nem roncsolódik, szövetszerkezete nem változik, ugyanis a megmunkált felület hőmérséklete nem haladja meg az 50-60 celsius fokot. A környezeti terhelés is általában kisebb, mint az egyéb eljárásoknál, különösen, ha az abrazív por helyett jeget alkalmaznak, jóllehet ezekben az esetekben az elérhető hatékonyság is jóval kisebb.

Néhány iparág és klasszikus, valamint „szokatlannak” tűnő alkalmazási példa felsorolása, illetve melyek azok a területek, amelyeken más megmunkálási (vágási) megoldások javasoltak a jövőben is.

Az abrazív vízsugaras vágást számtalan helyen alkalmazzák elsősorban relatíve nagy vastagságú különböző fémlemezek, nehezen megmunkálható ötvözetek vágására, különösen akkor, ha azok más technológiával nem megmunkálhatók. Rendkívül széles területet ölel fel (bár Magyarországon kevéssé jellemző) a keramikus anyagok, padló és fal burkoló elemek, üvegek vágása, melyeknél korábban elérhetetlennek vélt művészeti hatások is elérhetők, lévén a vízsugár lehetővé teszi tetszőleges alakzatok kivágását, mozaikképek készítését.

A tiszta vízsugarat használják az élelmiszeriparban különböző húsáruk (például halak) és más élelmiszerek, zöldségek és gyümölcsök szeletelésére, sokszor fagyott állapotban. Sajátos felhasználás a nagyméretű kőzetek (akár 1000 mm-ig) darabolása, vagy a vízsugaras vágás bontásra való alkalmazása épületekben, hajókon a víz alatt, vagy éppen nukleáris erőművekben.

Mennyire hódítanak idehaza a vízsugaras vágási technológiák?

A hazai iparban az utóbbi évtizedben kezd elterjedni a vízsugaras vágás alkalmazása, de még nem a kívánatos mértékben. Elsősorban azon cégek alkalmaznak vízsugaras vágógépeket, amelyeknek saját termelésükhöz van szükségük vastag acéllemezek és egyéb fémötvözetek vágására. A job-shop jelleggel végzett tevékenység, ami külföldön nagyon jellemző, idehaza kevéssé elterjedt. Az oktatásban azok a felsőoktatási intézmények, amelyek közelébe kerülnek ennek a technológiának, igyekeznek beépíteni ismereteiket az oktatási anyagaikba, ennek eredményei azonban csak az elkövetkezendő években lesznek majd észlelhetők az ipari szektorban.

Az abrazív vízsugaras vágást Magyarországon elsősorban a fémlemezeket megmunkáló cégek alkalmazzák. Javasolható minden olyan esetben, amikor olyan különleges anyagok vágására van szükség, melyek más módokon nem megmunkálhatók. A beszerzést természetesen minden esetben egyfajta gazdasági elemzésnek kell megelőznie, mert az abrazív vízsugaras vágás nem tartozik az olcsó technológiák közé. A vállalkozás szempontjából előny lehet, hogy a vízsugaras vágással olyan feladatok elvégzésére is alkalmassá válik a cég, amelyeket versenytársai nem tudnak teljesíteni.

Szabó Márton
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
Mit visz a víz?
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés