Terminem „waterjet” najogólniej określa się technologię cięcia wodą jak i same maszyny tnące i czyszczące, które wykorzystują wodę pod wysokim ciśnieniem. Technologia ta zapoczątkowana została na zachodzie w latach 70. XX w. i wykorzystywana była wówczas głównie w przemyśle. Jednak dopiero postęp technologiczny w latach 90-tych, pozwolił na jej rozpowszechnienie wśród mniejszych przedsiębiorstw a później na całym świecie. Od samego początku powstania, technologia waterjet cieszy się popularnością wśród małych przedsiębiorstw zajmujących się produkcją zindywidualizowanych projektów ze względu na niski koszt eksploatacji maszyn. Zainteresowanie tą technologią w Polsce rozpoczęło się głównie dzięki emitowanym przez telewizję programów popularnonaukowych (np. Discovery Channel).
Będąc bardziej precyzyjnym, słowo waterjet z języka angielskiego oznaczające „strumień wody” odnosi się do metody przecinania samą wodą. Jednak ze względu na ograniczenie tej metody do cięcia tylko miękkich materiałów (tj. pianka, guma, papier) w latach 80-tych opracowano technologie abrasive water jet (AWJ) oraz abrasive water suspension jet (AWSJ). Abrasive water jet to cięcie wodą z dodatkiem ścierniwa, natomiast abrasive water suspension jet polega na wytwarzaniu zawiesinowej strugi wodno-ściernej. Obie technologie w Polsce określane są mianem obróbki hydro-ściernej lub wodno-ściernej. Najczęściej jednak osoby z branży posługują się słowem „waterjet” dla określenia technologii cięcia zarówno samą wodą jak i wodą z dodatkiem ścierniwa. Technologia abrasive water jet ze względu na swoje zdolności przecinania bardzo twardych materiałów jest najczęściej spotykaną w branży.
Poniższy rysunek przedstawia głowicę tnącą systemu AWJ oraz proces powstawiania strumienia tnącego, który się w niej odbywa.
Zasada powstania strugi wodno-ściernej
Źródło: http://waterjet.org.pl/podstawy.html
Jak można zaobserwować na powyższym rysunku proces powstania strumienia tnącego rozpoczyna się od wprowadzenia wody pod wysokim ciśnieniem (3500-6000 bar) przez mały otwór w dyszy wodnej (z ang. orifice) do komory mieszania. Bardzo duża prędkość wody pod wysokim ciśnieniem wytwarza podciśnienie, które samoczynnie zasysa ścierniwo (z ang. garnet) do komory, gdzie następuje ich zmieszanie. Powstała w ten sposób mieszanina formowana jest w dyszy mieszającej (z ang. mixing tube) tworząc strugę wodno-ścierną. Prędkość tej strugi tuż za wylotem dyszy wynosi ponad 500 m/s. Takim sposobem woda dzięki przyspieszeniu cząsteczek ściernych do bardzo dużej prędkości jest w stanie przeciąć nawet najtwardsze materiały.
Proces ten charakteryzują następujące parametry:
- Ciśnienie robocze: 350-600 MPa
- Wydatek wody: 4-6 l/min
- Wydatek ścierniwa: 300-500g/min
- Średnica dyszy wodnej: 0,3-0,4 mm
- Średnica dyszy miksującej: 0,8-1 mm
Maszyna do cięcia wodą składa się z trzech podstawowych komponentów: stołu roboczego, pompy oraz kontrolera. W przypadku cięcia wodą z dodatkiem ścierniwa (AWJ) niezbędnym jest również posiadanie systemu podawania ścierniwa oraz systemu usuwania zużytego ścierniwa. Najważniejszym elementem maszyny Waterjet jest pompa wysokociśnieniowa, dzięki której woda pod wysokim ciśnieniem może być doprowadzana specjalnymi przewodami do głowicy. Elastycznym wężykiem do głowicy jest również doprowadzane ścierniwo. Głowica jest zamontowana na ruchomym ramieniu a jej ruch odbywa się w kierunkach osi X/Y. Ruchem głowicy steruje się za pomocą kontrolera z wgranym oprogramowaniem sterującym ruchem maszyny. Obszar roboczy maszyny znajduje się pod głowicą. Składa się on z wanny wypełnionej wodą i zamontowanym na niej rusztowi, na którym umieszcza się materiał przecinany. Ze względu na niewielką odległość dyszy od obrabianego materiału (ok. 1-1,5 mm) ruszt powinien być idealnie wypoziomowany. Podniesienie poziomu wody w wannie tak, aby zalać strefę obróbki pozwala znacząco zmniejszyć hałas spowodowany pracą maszyny. Co więcej, woda w wannie stanowi siłę hamującą dla strumienia wody.
