Pemotongan waterjet mungkin merupakan metode pemrosesan yang lebih sederhana, tetapi dilengkapi dengan pukulan yang kuat dan mengharuskan operator untuk tetap waspada terhadap keausan dan keakuratan beberapa bagian.
Pemotongan jet air yang paling sederhana adalah proses pemotongan jet air bertekanan tinggi ke dalam material. Teknologi ini biasanya melengkapi teknologi pemrosesan lainnya, seperti penggilingan, laser, EDM, dan plasma. Dalam proses jet air, tidak ada zat berbahaya atau uap yang terbentuk, dan tidak ada zona yang terpengaruh panas atau tekanan mekanis yang terbentuk. Jet air dapat memotong detail yang sangat tipis pada batu, kaca, dan logam; mengebor lubang pada titanium dengan cepat; memotong makanan; dan bahkan membunuh patogen dalam minuman dan saus.
Semua mesin waterjet memiliki pompa yang dapat memberi tekanan pada air untuk disalurkan ke kepala pemotong, yang kemudian diubah menjadi aliran supersonik. Ada dua jenis pompa utama: pompa berbasis penggerak langsung dan pompa berbasis pendorong.
Peran pompa penggerak langsung serupa dengan pembersih bertekanan tinggi, dan pompa tiga silinder menggerakkan tiga pendorong langsung dari motor listrik. Tekanan kerja kontinu maksimum adalah 10% hingga 25% lebih rendah daripada pompa pendorong serupa, tetapi masih mempertahankan tekanan antara 20.000 dan 50.000 psi.
Pompa berbasis intensifier merupakan mayoritas pompa bertekanan sangat tinggi (yaitu, pompa di atas 30.000 psi). Pompa ini berisi dua sirkuit fluida, satu untuk air dan yang lainnya untuk hidrolika. Filter saluran masuk air terlebih dahulu melewati filter kartrid 1 mikron dan kemudian filter 0,45 mikron untuk menyedot air keran biasa. Air ini masuk ke pompa pendorong. Sebelum masuk ke pompa pendorong, tekanan pompa pendorong dipertahankan pada sekitar 90 psi. Di sini, tekanan ditingkatkan menjadi 60.000 psi. Sebelum air akhirnya meninggalkan set pompa dan mencapai kepala pemotong melalui pipa, air melewati peredam kejut. Perangkat tersebut dapat menekan fluktuasi tekanan untuk meningkatkan konsistensi dan menghilangkan denyut yang meninggalkan bekas pada benda kerja.
Pada sirkuit hidrolik, motor listrik di antara motor-motor listrik menyedot oli dari tangki oli dan memberikan tekanan padanya. Oli bertekanan mengalir ke manifold, dan katup manifold secara bergantian menyuntikkan oli hidrolik pada kedua sisi rakitan biskuit dan pendorong untuk menghasilkan aksi langkah pendorong. Karena permukaan pendorong lebih kecil daripada permukaan biskuit, tekanan oli “meningkatkan” tekanan air.
Booster adalah pompa bolak-balik, yang berarti rakitan biskuit dan pendorong mengalirkan air bertekanan tinggi dari satu sisi booster, sementara air bertekanan rendah mengisi sisi lainnya. Resirkulasi juga memungkinkan oli hidrolik mendingin saat kembali ke tangki. Katup periksa memastikan bahwa air bertekanan rendah dan bertekanan tinggi hanya dapat mengalir dalam satu arah. Silinder bertekanan tinggi dan tutup ujung yang membungkus komponen pendorong dan biskuit harus memenuhi persyaratan khusus untuk menahan gaya proses dan siklus tekanan konstan. Seluruh sistem dirancang untuk gagal secara bertahap, dan kebocoran akan mengalir ke "lubang pembuangan" khusus, yang dapat dipantau oleh operator untuk menjadwalkan perawatan rutin dengan lebih baik.
Pipa bertekanan tinggi khusus menyalurkan air ke kepala pemotong. Pipa juga dapat memberikan kebebasan bergerak bagi kepala pemotong, tergantung pada ukuran pipa. Baja tahan karat adalah bahan pilihan untuk pipa ini, dan ada tiga ukuran umum. Pipa baja dengan diameter 1/4 inci cukup fleksibel untuk disambungkan ke peralatan olahraga, tetapi tidak direkomendasikan untuk pengangkutan air bertekanan tinggi jarak jauh. Karena tabung ini mudah ditekuk, bahkan menjadi gulungan, panjang 10 hingga 20 kaki dapat mencapai gerakan X, Y, dan Z. Pipa 3/8 inci yang lebih besar biasanya membawa air dari pompa ke bagian bawah peralatan yang bergerak. Meskipun dapat ditekuk, umumnya tidak cocok untuk peralatan gerakan pipa. Pipa terbesar, berukuran 9/16 inci, paling baik untuk mengangkut air bertekanan tinggi dalam jarak jauh. Diameter yang lebih besar membantu mengurangi kehilangan tekanan. Pipa berukuran ini sangat cocok dengan pompa besar, karena sejumlah besar air bertekanan tinggi juga memiliki risiko kehilangan tekanan potensial yang lebih besar. Akan tetapi, pipa berukuran ini tidak dapat ditekuk dan perlu dipasang fitting pada sudut-sudutnya.
Mesin pemotong jet air murni merupakan mesin pemotong jet air paling awal, dan sejarahnya dapat ditelusuri kembali ke awal tahun 1970-an. Dibandingkan dengan kontak atau penghirupan material, mesin ini menghasilkan lebih sedikit air pada material, sehingga cocok untuk produksi produk seperti interior otomotif dan popok sekali pakai. Cairannya sangat tipis—diameter 0,004 inci hingga 0,010 inci—dan menghasilkan geometri yang sangat terperinci dengan kehilangan material yang sangat sedikit. Gaya pemotongannya sangat rendah, dan pemasangannya biasanya sederhana. Mesin ini paling cocok untuk operasi 24 jam.
Saat mempertimbangkan kepala pemotong untuk mesin waterjet murni, penting untuk diingat bahwa kecepatan aliran adalah fragmen atau partikel mikroskopis dari material yang sobek, bukan tekanan. Untuk mencapai kecepatan tinggi ini, air bertekanan mengalir melalui lubang kecil di permata (biasanya safir, rubi, atau berlian) yang dipasang di ujung nosel. Pemotongan tipikal menggunakan diameter lubang 0,004 inci hingga 0,010 inci, sementara aplikasi khusus (seperti beton semprot) dapat menggunakan ukuran hingga 0,10 inci. Pada 40.000 psi, aliran dari lubang bergerak pada kecepatan sekitar Mach 2, dan pada 60.000 psi, aliran melebihi Mach 3.
Perhiasan yang berbeda memiliki keahlian yang berbeda dalam pemotongan waterjet. Safir adalah bahan serbaguna yang paling umum. Safir bertahan sekitar 50 hingga 100 jam waktu pemotongan, meskipun aplikasi waterjet abrasif mengurangi waktu tersebut hingga setengahnya. Rubi tidak cocok untuk pemotongan waterjet murni, tetapi aliran air yang dihasilkannya sangat cocok untuk pemotongan abrasif. Dalam proses pemotongan abrasif, waktu pemotongan rubi sekitar 50 hingga 100 jam. Berlian jauh lebih mahal daripada safir dan rubi, tetapi waktu pemotongannya antara 800 dan 2.000 jam. Hal ini membuat berlian sangat cocok untuk operasi 24 jam. Dalam beberapa kasus, lubang berlian juga dapat dibersihkan secara ultrasonik dan digunakan kembali.
Pada mesin waterjet abrasif, mekanisme penghilangan material bukanlah aliran air itu sendiri. Sebaliknya, aliran tersebut mempercepat partikel abrasif untuk mengikis material. Mesin ini ribuan kali lebih kuat daripada mesin pemotong waterjet murni, dan dapat memotong material keras seperti logam, batu, material komposit, dan keramik.
Aliran abrasif lebih besar daripada aliran jet air murni, dengan diameter antara 0,020 inci dan 0,050 inci. Aliran ini dapat memotong tumpukan dan material hingga setebal 10 inci tanpa menciptakan zona yang terpengaruh panas atau tekanan mekanis. Meskipun kekuatannya telah meningkat, gaya pemotongan aliran abrasif masih kurang dari satu pon. Hampir semua operasi penyemprotan abrasif menggunakan perangkat penyemprotan, dan dapat dengan mudah beralih dari penggunaan satu kepala ke penggunaan multi-kepala, dan bahkan jet air abrasif dapat diubah menjadi jet air murni.
Bahan abrasifnya keras, dipilih dan berukuran khusus, biasanya garnet. Ukuran kisi yang berbeda cocok untuk pekerjaan yang berbeda. Permukaan yang halus dapat diperoleh dengan bahan abrasif 120 mesh, sedangkan bahan abrasif 80 mesh terbukti lebih cocok untuk aplikasi serbaguna. Kecepatan pemotongan bahan abrasif 50 mesh lebih cepat, tetapi permukaannya sedikit lebih kasar.
Meskipun jet air lebih mudah dioperasikan daripada banyak mesin lainnya, tabung pencampur memerlukan perhatian operator. Potensi percepatan tabung ini seperti laras senapan, dengan ukuran yang berbeda dan masa pakai penggantian yang berbeda. Tabung pencampur yang tahan lama merupakan inovasi revolusioner dalam pemotongan jet air abrasif, tetapi tabung tersebut masih sangat rapuh—jika kepala pemotong bersentuhan dengan perlengkapan, benda berat, atau material target, tabung dapat patah. Pipa yang rusak tidak dapat diperbaiki, jadi untuk menekan biaya diperlukan minimalisasi penggantian. Mesin modern biasanya memiliki fungsi deteksi tabrakan otomatis untuk mencegah tabrakan dengan tabung pencampur.
Jarak pemisah antara tabung pencampur dan material target biasanya 0,010 inci hingga 0,200 inci, tetapi operator harus mengingat bahwa jarak pemisah yang lebih besar dari 0,080 inci akan menyebabkan lapisan gula pada bagian atas tepi potongan komponen. Pemotongan di bawah air dan teknik lainnya dapat mengurangi atau menghilangkan lapisan gula ini.
Awalnya, tabung pencampur terbuat dari tungsten karbida dan hanya memiliki masa pakai empat hingga enam jam pemotongan. Pipa komposit berbiaya rendah saat ini dapat mencapai masa pakai pemotongan 35 hingga 60 jam dan direkomendasikan untuk pemotongan kasar atau pelatihan operator baru. Tabung komposit karbida semen memperpanjang masa pakainya hingga 80 hingga 90 jam pemotongan. Tabung komposit karbida semen berkualitas tinggi memiliki masa pakai pemotongan 100 hingga 150 jam, cocok untuk pekerjaan presisi dan harian, dan menunjukkan keausan konsentris yang paling dapat diprediksi.
Selain menyediakan gerakan, peralatan mesin waterjet juga harus mencakup metode pengamanan benda kerja dan sistem pengumpulan serta penampungan air dan serpihan dari operasi pemesinan.
Mesin stasioner dan satu dimensi adalah waterjet yang paling sederhana. Waterjet stasioner umumnya digunakan dalam kedirgantaraan untuk memangkas material komposit. Operator memasukkan material ke dalam anak sungai seperti gergaji pita, sementara penangkap mengumpulkan anak sungai dan serpihan. Sebagian besar waterjet stasioner adalah waterjet murni, tetapi tidak semuanya. Mesin slitting adalah varian dari mesin stasioner, di mana produk seperti kertas dimasukkan melalui mesin, dan waterjet memotong produk menjadi lebar tertentu. Mesin crosscutting adalah mesin yang bergerak sepanjang sumbu. Mereka sering bekerja dengan mesin slitting untuk membuat pola seperti kisi-kisi pada produk seperti mesin penjual otomatis seperti brownies. Mesin slitting memotong produk menjadi lebar tertentu, sementara mesin crosscutting memotong silang produk yang dimasukkan di bawahnya.
Operator tidak boleh menggunakan waterjet abrasif jenis ini secara manual. Sulit untuk menggerakkan objek yang dipotong pada kecepatan tertentu dan konsisten, dan sangat berbahaya. Banyak produsen bahkan tidak akan mengutip harga untuk mesin dengan pengaturan ini.
Meja XY, yang juga disebut mesin pemotong alas datar, adalah mesin pemotong waterjet dua dimensi yang paling umum. Jet air murni memotong gasket, plastik, karet, dan busa, sedangkan model abrasif memotong logam, komposit, kaca, batu, dan keramik. Meja kerja dapat berukuran sekecil 2 × 4 kaki atau sebesar 30 × 100 kaki. Biasanya, kontrol peralatan mesin ini ditangani oleh CNC atau PC. Motor servo, biasanya dengan umpan balik loop tertutup, memastikan integritas posisi dan kecepatan. Unit dasar mencakup pemandu linier, rumah bantalan, dan penggerak sekrup bola, sedangkan unit jembatan juga mencakup teknologi ini, dan tangki pengumpul mencakup dukungan material.
Meja kerja XY biasanya tersedia dalam dua gaya: meja kerja gantry rel tengah mencakup dua rel pemandu dasar dan jembatan, sedangkan meja kerja kantilever menggunakan dasar dan jembatan kaku. Kedua jenis mesin tersebut mencakup beberapa bentuk penyesuaian ketinggian kepala. Penyesuaian sumbu Z ini dapat berupa engkol manual, sekrup elektrik, atau sekrup servo yang dapat diprogram sepenuhnya.
Bak penampung pada meja kerja XY biasanya berupa tangki air yang diisi air, yang dilengkapi dengan kisi-kisi atau bilah untuk menyangga benda kerja. Proses pemotongan menggunakan penyangga ini secara perlahan. Perangkap dapat dibersihkan secara otomatis, limbah disimpan dalam wadah, atau dapat dilakukan secara manual, dan operator secara teratur menyekop kaleng tersebut.
Karena proporsi benda yang hampir tidak memiliki permukaan datar meningkat, kemampuan lima sumbu (atau lebih) sangat penting untuk pemotongan waterjet modern. Untungnya, kepala pemotong yang ringan dan gaya tolak balik yang rendah selama proses pemotongan memberikan kebebasan kepada teknisi desain yang tidak dimiliki oleh penggilingan beban tinggi. Pemotongan waterjet lima sumbu awalnya menggunakan sistem templat, tetapi pengguna segera beralih ke lima sumbu yang dapat diprogram untuk menghilangkan biaya templat.
Namun, bahkan dengan perangkat lunak khusus, pemotongan 3D lebih rumit daripada pemotongan 2D. Bagian ekor komposit Boeing 777 adalah contoh ekstrem. Pertama, operator mengunggah program dan memprogram staf "pogostick" yang fleksibel. Derek di atas kepala mengangkut material bagian-bagian tersebut, dan batang pegas dibuka ke ketinggian yang sesuai dan bagian-bagian tersebut diperbaiki. Sumbu Z non-pemotongan khusus menggunakan probe kontak untuk memposisikan bagian secara akurat di ruang angkasa, dan titik sampel untuk mendapatkan elevasi dan arah bagian yang benar. Setelah itu, program dialihkan ke posisi sebenarnya dari bagian tersebut; probe ditarik kembali untuk memberi ruang bagi sumbu Z kepala pemotong; program berjalan untuk mengontrol kelima sumbu untuk menjaga kepala pemotong tegak lurus dengan permukaan yang akan dipotong, dan untuk beroperasi sesuai kebutuhan. Bepergian dengan kecepatan yang tepat.
Bahan abrasif diperlukan untuk memotong material komposit atau logam apa pun yang lebih besar dari 0,05 inci, yang berarti bahwa ejektor perlu dicegah agar tidak memotong batang pegas dan alas alat setelah pemotongan. Penangkapan titik khusus adalah cara terbaik untuk mencapai pemotongan jet air lima sumbu. Pengujian telah menunjukkan bahwa teknologi ini dapat menghentikan pesawat jet berkekuatan 50 tenaga kuda di bawah 6 inci. Rangka berbentuk C menghubungkan penangkap ke pergelangan tangan sumbu Z untuk menangkap bola dengan benar saat kepala memangkas seluruh keliling bagian tersebut. Penangkap titik juga menghentikan abrasi dan mengonsumsi bola baja dengan kecepatan sekitar 0,5 hingga 1 pon per jam. Dalam sistem ini, jet dihentikan oleh dispersi energi kinetik: setelah jet memasuki perangkap, ia bertemu dengan bola baja yang terkurung, dan bola baja berputar untuk mengonsumsi energi jet. Bahkan saat horizontal dan (dalam beberapa kasus) terbalik, penangkap titik dapat bekerja.
Tidak semua komponen lima sumbu sama rumitnya. Seiring bertambahnya ukuran komponen, penyesuaian program dan verifikasi posisi komponen serta akurasi pemotongan menjadi lebih rumit. Banyak bengkel menggunakan mesin 3D untuk pemotongan 2D sederhana dan pemotongan 3D kompleks setiap hari.
Operator harus menyadari bahwa ada perbedaan besar antara akurasi komponen dan akurasi gerakan mesin. Bahkan mesin dengan akurasi yang hampir sempurna, gerakan dinamis, kontrol kecepatan, dan pengulangan yang sangat baik mungkin tidak dapat menghasilkan komponen yang "sempurna". Akurasi komponen yang sudah jadi merupakan kombinasi dari kesalahan proses, kesalahan mesin (kinerja XY) dan stabilitas benda kerja (perlengkapan, kerataan, dan stabilitas suhu).
Saat memotong material dengan ketebalan kurang dari 1 inci, akurasi pancaran air biasanya antara ±0,003 hingga 0,015 inci (0,07 hingga 0,4 mm). Akurasi material dengan ketebalan lebih dari 1 inci berada dalam kisaran ±0,005 hingga 0,100 inci (0,12 hingga 2,5 mm). Meja XY berkinerja tinggi dirancang untuk akurasi posisi linier 0,005 inci atau lebih tinggi.
Kesalahan potensial yang memengaruhi akurasi meliputi kesalahan kompensasi alat, kesalahan pemrograman, dan pergerakan mesin. Kompensasi alat adalah nilai yang dimasukkan ke dalam sistem kontrol untuk memperhitungkan lebar pemotongan jet, yaitu jumlah lintasan pemotongan yang harus diperluas agar bagian akhir memperoleh ukuran yang benar. Untuk menghindari kesalahan potensial dalam pekerjaan presisi tinggi, operator harus melakukan pemotongan percobaan dan memahami bahwa kompensasi alat harus disesuaikan agar sesuai dengan frekuensi keausan tabung pencampur.
Kesalahan pemrograman paling sering terjadi karena beberapa kontrol XY tidak menampilkan dimensi pada program komponen, sehingga sulit mendeteksi kurangnya kecocokan dimensi antara program komponen dan gambar CAD. Aspek penting dari gerakan mesin yang dapat menimbulkan kesalahan adalah celah dan pengulangan pada unit mekanis. Penyetelan servo juga penting, karena penyetelan servo yang tidak tepat dapat menyebabkan kesalahan pada celah, pengulangan, vertikalitas, dan getaran. Komponen kecil dengan panjang dan lebar kurang dari 12 inci tidak memerlukan tabel XY sebanyak komponen besar, sehingga kemungkinan kesalahan gerakan mesin lebih kecil.
Bahan abrasif menyumbang dua pertiga biaya pengoperasian sistem waterjet. Yang lainnya termasuk tenaga, air, udara, segel, katup periksa, lubang, pipa pencampur, filter saluran masuk air, dan suku cadang untuk pompa hidrolik dan silinder bertekanan tinggi.
Pengoperasian daya penuh tampak lebih mahal pada awalnya, tetapi peningkatan produktivitas melebihi biayanya. Saat laju aliran abrasif meningkat, kecepatan pemotongan akan meningkat dan biaya per inci akan menurun hingga mencapai titik optimal. Untuk produktivitas maksimum, operator harus menjalankan kepala pemotong pada kecepatan pemotongan tercepat dan tenaga kuda maksimum untuk penggunaan yang optimal. Jika sistem 100 tenaga kuda hanya dapat menjalankan kepala 50 tenaga kuda, maka menjalankan dua kepala pada sistem dapat mencapai efisiensi ini.
Mengoptimalkan pemotongan waterjet abrasif memerlukan perhatian terhadap situasi spesifik yang dihadapi, tetapi dapat memberikan peningkatan produktivitas yang sangat baik.
Tidaklah bijaksana untuk memotong celah udara yang lebih besar dari 0,020 inci karena jet akan terbuka di celah tersebut dan memotong bagian bawah secara kasar. Menumpuk lembaran material secara berdekatan dapat mencegah hal ini.
Ukur produktivitas dalam hal biaya per inci (yaitu, jumlah komponen yang diproduksi oleh sistem), bukan biaya per jam. Faktanya, produksi cepat diperlukan untuk mengamortisasi biaya tidak langsung.
Waterjet yang sering menembus material komposit, kaca, dan batu harus dilengkapi dengan pengontrol yang dapat mengurangi dan meningkatkan tekanan air. Bantuan vakum dan teknologi lainnya meningkatkan kemungkinan berhasil menembus material yang rapuh atau berlapis tanpa merusak material target.
Otomatisasi penanganan material hanya masuk akal jika penanganan material merupakan bagian besar dari biaya produksi komponen. Mesin waterjet abrasif biasanya menggunakan pembongkaran manual, sedangkan pemotongan pelat terutama menggunakan otomatisasi.
Sebagian besar sistem waterjet menggunakan air keran biasa, dan 90% operator waterjet tidak melakukan persiapan apa pun selain melunakkan air sebelum mengirim air ke filter saluran masuk. Menggunakan reverse osmosis dan deionizer untuk memurnikan air mungkin menggoda, tetapi menghilangkan ion memudahkan air menyerap ion dari logam dalam pompa dan pipa bertekanan tinggi. Hal ini dapat memperpanjang umur lubang, tetapi biaya penggantian silinder bertekanan tinggi, katup periksa, dan penutup ujung jauh lebih tinggi.
Pemotongan di bawah air mengurangi permukaan yang membeku (juga dikenal sebagai "pengabutan") pada tepi atas pemotongan waterjet abrasif, sekaligus mengurangi kebisingan jet dan kekacauan di tempat kerja. Namun, hal ini mengurangi visibilitas jet, jadi sebaiknya gunakan pemantauan kinerja elektronik untuk mendeteksi penyimpangan dari kondisi puncak dan menghentikan sistem sebelum terjadi kerusakan komponen.
Untuk sistem yang menggunakan ukuran saringan abrasif yang berbeda untuk pekerjaan yang berbeda, harap gunakan penyimpanan dan pengukuran tambahan untuk ukuran yang umum. Pengangkutan massal berukuran kecil (100 lb) atau besar (500 hingga 2.000 lb) dan katup pengukuran terkait memungkinkan peralihan cepat antara ukuran kasa saringan, mengurangi waktu henti dan kerepotan, sekaligus meningkatkan produktivitas.
Pemisah dapat secara efektif memotong material dengan ketebalan kurang dari 0,3 inci. Meskipun lug ini biasanya dapat memastikan penggilingan kedua pada keran, lug ini dapat mencapai penanganan material yang lebih cepat. Material yang lebih keras akan memiliki label yang lebih kecil.
Mesin dengan semprotan air abrasif dan kendalikan kedalaman pemotongan. Untuk komponen yang tepat, proses baru ini dapat memberikan alternatif yang menarik.
Sunlight-Tech Inc. telah menggunakan pusat permesinan mikro laser dan penggilingan mikro Microlution dari GF Machining Solutions untuk memproduksi komponen dengan toleransi kurang dari 1 mikron.
Pemotongan waterjet menempati tempat tersendiri di bidang produksi material. Artikel ini membahas cara kerja waterjet untuk toko Anda dan membahas prosesnya.
Waktu posting: 04-Sep-2021