Pemotongan waterjet mungkin merupakan metode pemrosesan yang lebih sederhana, tetapi dilengkapi dengan pukulan yang kuat dan mengharuskan operator untuk menjaga kewaspadaan terhadap keausan dan keakuratan beberapa bagian.
Pemotongan jet air yang paling sederhana adalah proses pemotongan material dengan jet air bertekanan tinggi. 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 ultra-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 memberikan tekanan pada air untuk dialirkan ke kepala pemotong, yang kemudian diubah menjadi aliran supersonik. Ada dua jenis utama pompa: pompa penggerak langsung dan pompa pendorong.
Fungsi pompa penggerak langsung serupa dengan pembersih bertekanan tinggi, dan pompa tiga silinder menggerakkan tiga pendorong langsung dari motor listrik. Tekanan kerja kontinu maksimumnya 10% hingga 25% lebih rendah daripada pompa pendorong serupa, tetapi tetap mempertahankan tekanan antara 20.000 dan 50.000 psi.
Pompa berbasis intensifier merupakan mayoritas pompa tekanan ultra tinggi (yaitu, pompa di atas 30.000 psi). Pompa ini memiliki dua sirkuit fluida, satu untuk air dan yang lainnya untuk hidrolik. Filter saluran masuk air terlebih dahulu melewati filter kartrid 1 mikron, 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 sekitar 90 psi. Di sini, tekanan ditingkatkan menjadi 60.000 psi. Sebelum air akhirnya meninggalkan rangkaian pompa dan mencapai kepala pemotong melalui pipa, air melewati peredam kejut. Perangkat ini dapat menekan fluktuasi tekanan untuk meningkatkan konsistensi dan menghilangkan denyut yang meninggalkan bekas pada benda kerja.
Dalam sirkuit hidrolik, motor listrik di antara motor-motor listrik tersebut menyedot oli dari tangki oli dan memberikan tekanan. Oli bertekanan tersebut mengalir ke manifold, dan katup manifold secara bergantian menginjeksikan oli hidrolik pada kedua sisi rakitan biskuit dan plunger untuk menghasilkan aksi langkah booster. Karena permukaan plunger lebih kecil daripada permukaan biskuit, tekanan oli "meningkatkan" tekanan air.
Booster adalah pompa resiprokal, yang berarti rakitan biskuit dan plunger 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 tinggi hanya dapat mengalir dalam satu arah. Silinder bertekanan tinggi dan tutup ujung yang membungkus komponen plunger dan biskuit harus memenuhi persyaratan khusus untuk menahan gaya proses dan siklus tekanan konstan. Seluruh sistem dirancang untuk mengalami kegagalan 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 mengalirkan air ke kepala pemotong. Pipa ini juga dapat memberikan kebebasan bergerak bagi kepala pemotong, tergantung pada ukuran pipa. Baja tahan karat adalah material pilihan untuk pipa-pipa ini, dan terdapat tiga ukuran umum. Pipa baja dengan diameter 1/4 inci cukup fleksibel untuk dihubungkan ke peralatan olahraga, tetapi tidak direkomendasikan untuk pengangkutan air bertekanan tinggi jarak jauh. Karena pipa 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 mengalirkan air dari pompa ke bagian bawah peralatan yang bergerak. Meskipun dapat ditekuk, umumnya tidak cocok untuk peralatan yang bergerak melalui pipa. Pipa terbesar, berukuran 9/16 inci, paling baik untuk mengangkut air bertekanan tinggi jarak jauh. Diameter yang lebih besar membantu mengurangi kehilangan tekanan. Pipa dengan ukuran ini sangat kompatibel dengan pompa besar, karena sejumlah besar air bertekanan tinggi juga memiliki risiko kehilangan tekanan potensial yang lebih besar. Namun, pipa berukuran ini tidak dapat ditekuk, dan alat penyambung perlu dipasang di sudut-sudutnya.
Mesin pemotong jet air murni adalah mesin pemotong jet air paling awal, dan sejarahnya dapat ditelusuri kembali ke awal tahun 1970-an. Dibandingkan dengan kontak atau inhalasi material, mesin ini menghasilkan lebih sedikit air pada material, sehingga cocok untuk produksi produk seperti interior otomotif dan popok sekali pakai. Cairannya sangat tipis—berdiameter 0,004 inci hingga 0,010 inci—dan menghasilkan geometri yang sangat detail dengan kehilangan material yang sangat sedikit. Gaya potongnya sangat rendah, dan pemasangannya biasanya mudah. 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 disobek, bukan tekanan. Untuk mencapai kecepatan tinggi ini, air bertekanan mengalir melalui lubang kecil pada permata (biasanya safir, rubi, atau berlian) yang terpasang 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 tekanan 40.000 psi, aliran dari lubang tersebut bergerak dengan kecepatan sekitar Mach 2, dan pada tekanan 60.000 psi, alirannya melebihi Mach 3.
Setiap perhiasan memiliki keahlian yang berbeda dalam pemotongan waterjet. Safir adalah material serbaguna yang paling umum. Safir dapat bertahan sekitar 50 hingga 100 jam 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 air 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 potong aliran abrasif masih kurang dari satu pon. Hampir semua operasi penyemprotan abrasif menggunakan perangkat penyemprot, dan dapat dengan mudah beralih dari penggunaan satu kepala menjadi 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, sementara bahan abrasif 80 mesh terbukti lebih cocok untuk aplikasi umum. Kecepatan potong abrasif 50 mesh lebih cepat, tetapi permukaannya sedikit lebih kasar.
Meskipun jet air lebih mudah dioperasikan dibandingkan banyak mesin lainnya, tabung pencampur membutuhkan perhatian operator. Potensi akselerasi tabung ini seperti laras senapan, dengan ukuran dan masa pakai yang berbeda-beda. Tabung pencampur yang tahan lama merupakan inovasi revolusioner dalam pemotongan jet air abrasif, tetapi tabung ini masih sangat rapuh—jika kepala pemotong bersentuhan dengan perlengkapan, benda berat, atau material target, tabung dapat patah. Pipa yang rusak tidak dapat diperbaiki, sehingga untuk menekan biaya, penggantian harus diminimalkan. 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 ingat bahwa jarak pemisah lebih dari 0,080 inci akan menyebabkan lapisan es pada bagian atas tepi potongan komponen. Pemotongan bawah air dan teknik lainnya dapat mengurangi atau menghilangkan lapisan es 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 karbida semen komposit memperpanjang masa pakainya hingga 80 hingga 90 jam pemotongan. Tabung karbida semen komposit berkualitas tinggi memiliki masa pakai pemotongan 100 hingga 150 jam, cocok untuk pekerjaan presisi dan harian, serta menunjukkan keausan konsentris yang paling dapat diprediksi.
Selain menyediakan gerakan, peralatan mesin waterjet juga harus mencakup metode pengamanan benda kerja dan sistem pengumpulan dan pengumpulan air serta 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. Kebanyakan 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 sebaiknya tidak menggunakan waterjet abrasif jenis ini secara manual. Sulit untuk menggerakkan objek yang dipotong dengan kecepatan yang spesifik dan konsisten, dan sangat berbahaya. Banyak produsen bahkan tidak menyediakan penawaran harga untuk mesin dengan pengaturan ini.
Meja XY, juga disebut mesin pemotong alas datar, adalah mesin pemotong waterjet dua dimensi yang paling umum. Jet air murni memotong gasket, plastik, karet, dan busa, sementara model abrasif memotong logam, komposit, kaca, batu, dan keramik. Meja kerja dapat berukuran sekecil 2 × 4 kaki atau sebesar 30 × 100 kaki. Biasanya, kendali mesin perkakas 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, sementara unit jembatan juga mencakup teknologi ini, dan tangki pengumpul mencakup penopang material.
Meja kerja XY biasanya tersedia dalam dua gaya: meja kerja gantry rel tengah terdiri dari dua rel pemandu dasar dan sebuah jembatan, sementara meja kerja kantilever menggunakan sebuah alas dan jembatan kaku. Kedua jenis mesin ini dilengkapi dengan 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 berisi air, yang dilengkapi kisi-kisi atau bilah untuk menopang benda kerja. Proses pemotongan menggunakan penyangga ini secara perlahan. Bak penampung dapat dibersihkan secara otomatis, limbah disimpan di dalam wadah, atau dapat dilakukan secara manual, dan operator secara teratur menyekop kaleng tersebut.
Seiring meningkatnya proporsi benda kerja dengan permukaan yang hampir tidak rata, kemampuan lima sumbu (atau lebih) menjadi penting untuk pemotongan waterjet modern. Untungnya, kepala pemotong yang ringan dan gaya rekoil yang rendah selama proses pemotongan memberikan kebebasan bagi para insinyur desain yang tidak dimiliki oleh mesin milling beban tinggi. Pemotongan waterjet lima sumbu awalnya menggunakan sistem templat, tetapi pengguna segera beralih ke lima sumbu yang dapat diprogram untuk menghemat 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 mengendalikan kelima sumbu untuk menjaga kepala pemotong tegak lurus dengan permukaan yang akan dipotong, dan untuk beroperasi sesuai kebutuhan. Perjalanan dengan kecepatan yang tepat.
Bahan abrasif diperlukan untuk memotong material komposit atau logam apa pun yang lebih besar dari 0,05 inci, yang berarti ejektor harus dicegah memotong batang pegas dan alas alat setelah pemotongan. Penangkapan titik khusus adalah cara terbaik untuk mencapai pemotongan waterjet lima sumbu. Pengujian telah menunjukkan bahwa teknologi ini dapat menghentikan pesawat jet 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. 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 ketika secara 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 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 terdapat 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 pun mungkin tidak dapat menghasilkan komponen yang "sempurna". Akurasi komponen yang telah selesai merupakan kombinasi dari kesalahan proses, kesalahan mesin (kinerja XY), dan stabilitas benda kerja (kestabilan fixture, kerataan, dan suhu).
Saat memotong material dengan ketebalan kurang dari 1 inci, akurasi jet air biasanya berkisar antara ±0,003 hingga 0,015 inci (0,07 hingga 0,4 mm). Akurasi material dengan ketebalan lebih dari 1 inci berkisar antara ±0,005 hingga 0,100 inci (0,12 hingga 2,5 mm). Meja XY berkinerja tinggi ini dirancang untuk akurasi posisi linier 0,005 inci atau lebih tinggi.
Potensi kesalahan yang memengaruhi akurasi meliputi kesalahan kompensasi pahat, kesalahan pemrograman, dan pergerakan mesin. Kompensasi pahat adalah nilai yang dimasukkan ke dalam sistem kontrol untuk memperhitungkan lebar pemotongan jet—yaitu, jumlah lintasan pemotongan yang harus diperlebar agar komponen akhir memiliki ukuran yang tepat. Untuk menghindari potensi kesalahan dalam pekerjaan presisi tinggi, operator harus melakukan uji coba pemotongan dan memahami bahwa kompensasi pahat harus disesuaikan dengan frekuensi keausan tabung pencampur.
Kesalahan pemrograman paling sering terjadi karena beberapa kontrol XY tidak menampilkan dimensi pada program komponen, sehingga sulit mendeteksi ketidaksesuaian dimensi antara program komponen dan gambar CAD. Aspek penting dari gerakan mesin yang dapat menyebabkan kesalahan adalah celah dan pengulangan pada unit mekanis. Penyetelan servo juga penting, karena penyetelan servo yang tidak tepat dapat menyebabkan kesalahan 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 operasional sistem waterjet. Biaya lainnya meliputi daya, air, udara, seal, katup periksa, lubang, pipa pencampur, filter saluran masuk air, serta suku cadang untuk pompa hidrolik dan silinder bertekanan tinggi.
Operasi daya penuh awalnya tampak lebih mahal, tetapi peningkatan produktivitas melebihi biayanya. Seiring meningkatnya laju alir abrasif, kecepatan potong akan meningkat dan biaya per inci akan menurun hingga mencapai titik optimal. Untuk produktivitas maksimum, operator harus menjalankan kepala pemotong pada kecepatan potong tertinggi dan daya kuda maksimum agar penggunaan optimal. Jika sistem 100 daya kuda hanya dapat menjalankan kepala 50 daya kuda, maka menjalankan dua kepala pada sistem dapat mencapai efisiensi ini.
Mengoptimalkan pemotongan waterjet abrasif memerlukan perhatian pada situasi spesifik yang dihadapi, tetapi dapat memberikan peningkatan produktivitas yang sangat baik.
Memotong celah udara lebih dari 0,020 inci bukanlah tindakan yang bijaksana karena jet akan terbuka di celah tersebut dan memotong bagian bawah secara kasar. Menumpuk lembaran material secara berdekatan dapat mencegah hal ini.
Ukur produktivitas berdasarkan biaya per inci (yaitu, jumlah komponen yang diproduksi oleh sistem), bukan biaya per jam. Faktanya, produksi yang cepat diperlukan untuk mengamortisasi biaya tidak langsung.
Waterjet yang sering menembus material komposit, kaca, dan batu sebaiknya dilengkapi dengan pengontrol yang dapat mengurangi dan meningkatkan tekanan air. Bantuan vakum dan teknologi lainnya meningkatkan kemungkinan keberhasilan menembus material rapuh atau laminasi tanpa merusak material target.
Otomatisasi penanganan material hanya masuk akal jika penanganan material menyumbang sebagian besar biaya produksi komponen. Mesin waterjet abrasif biasanya menggunakan pembongkaran manual, sementara pemotongan pelat terutama menggunakan otomatisasi.
Kebanyakan sistem waterjet menggunakan air keran biasa, dan 90% operator waterjet tidak melakukan persiapan apa pun selain melunakkan air sebelum mengalirkannya ke filter saluran masuk. Menggunakan osmosis terbalik dan deionizer untuk memurnikan air mungkin menggoda, tetapi menghilangkan ion akan memudahkan air menyerap ion dari logam di dalam pompa dan pipa bertekanan tinggi. Hal ini dapat memperpanjang umur orifice, tetapi biaya penggantian tabung bertekanan tinggi, katup periksa, dan penutup ujung jauh lebih tinggi.
Pemotongan bawah air mengurangi pengembunan permukaan (juga dikenal sebagai "fogging") pada tepi atas pemotongan waterjet abrasif, sekaligus mengurangi kebisingan jet dan kekacauan di tempat kerja secara signifikan. Namun, hal ini mengurangi visibilitas jet, sehingga disarankan untuk menggunakan pemantauan kinerja elektronik guna mendeteksi penyimpangan dari kondisi puncak dan menghentikan sistem sebelum terjadi kerusakan komponen.
Untuk sistem yang menggunakan ukuran ayakan abrasif yang berbeda untuk pekerjaan yang berbeda, harap gunakan penyimpanan dan pengukuran tambahan untuk ukuran umum. Katup konveyor curah kecil (100 lb) atau besar (500 hingga 2.000 lb) dan katup pengukuran terkait memungkinkan peralihan cepat antar ukuran mata ayakan, mengurangi waktu henti dan kerumitan, sekaligus meningkatkan produktivitas.
Separator ini dapat secara efektif memotong material dengan ketebalan kurang dari 0,3 inci. Meskipun lug ini biasanya dapat memastikan penggilingan kedua tap, lug ini dapat mempercepat penanganan material. Material yang lebih keras akan memiliki label yang lebih kecil.
Mesin dengan semburan 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 dan penggilingan mikro laser Microlution dari GF Machining Solutions untuk memproduksi komponen dengan toleransi kurang dari 1 mikron.
Pemotongan waterjet memegang peranan penting dalam bidang manufaktur material. Artikel ini membahas cara kerja waterjet untuk toko Anda dan prosesnya.
Waktu posting: 04-Sep-2021