Řezání vodním paprskem
Alcom Alval s.r.o.

Řezání vodním paprskem je jedním z oborů naší činnosti...

...již více než 20 let působí společnost Alcom Alval s.r.o. na evropském trhu v oblasti prodeje válcovaných i lisovaných polotovarů z hliníku a jeho slitin. Tradice naší firmy sahá až do roku 1996. Původně jsme se zabývali dodáváním materiálů do stavebnictví. V současnosti jsou našimi hlavními zákazníky firmy ze strojírenských oborů. Jsme významným českým dodavatelem širokého skladového sortimentu polotovarů ze slitin hliníku, ke kterým poskytujeme řadu služeb. Vyrábíme oboustranně frézované plechy a desky, které prodáváme pod našimi obchodními značkami ALQAL 5083 ( litá ), ALXAL 5754 ( litá ), ALVAL 6082 T651 ( válcovaná ) a z litého kaleného bloku ALCAST T6 společnosti Constellium vyrábíme frézované desky ALCAST 7021 T6.

Od založení firmy provádíme řezání plechů a desek kotoučovou pilou dle požadavků zákazníka. Dalším krokem v našem rozvoji bylo v roce 2005 rozšíření skladového sortimentu o kruhové tyče a pořízení pásové pily, pro řezání tyčí na míru.

Tvarové řezání vodou provádíme od roku 2006...

...začali jsme s jednoduchou 2D technologií, která byla schopna provádět pouze kolmý řez. Kapacity i možnosti našeho provozu tvarového řezání vodním paprskem byly později rozšířeny zakoupením vysokotlakého vodního paprsku disponujícím technologií naklápění řezací hlavy, která umožňuje 3D tvarové řezání pod úhlem až 60°. Hlavní výhodou této technologie je účinná eliminace úkosu běžně vznikajícího při kolmém řezání vodním paprskem. V současnosti již eliminací úkosu disponují všechny naše technologie.

V roce 2010 jsme se stali výrobcem přesných frézovaných desek, které prodáváme pod obchodními značkami ALQAL 5083, ALXAL 5754, ALVAL 6082 T651 a ALCAST 7021 T6.

Co u nás lze vodním paprskem řezat a jaké máme limity...

...řezání vodním paprskem můžeme aplikovat v podstatě na libovolný materiál s výjimkou tvrzeného skla a látek, které s vodou prudce reagují.

Z našeho skladového i výrobního sortimentu běžně tvarově řežeme plechy a desky z materiálů dle ENAW : 1050A H24 ( do tl. 10 mm ), 5754 H111 ( do tl. 30 mm ), 5083 H111 ( do tl. 50 mm ), 6082 T651 ( do tl. 160 mm ), 2017A T451 ( do tl. 150 mm ), 2024 T351 ( do tl. 150 mm ), 7075 T651 ( do tl. 160 mm ), 5083 litá ( do tl. 250 mm ) a přesné, oboustranně frézované desky ALQAL 5083 ( od tl. 4 mm do tl. 100 mm ), ALXAL 5754 ( od tl. 6 mm do tl. 40 mm ), ALVAL 6082 ( od tl. 8 mm do tl. 30 mm ) a ALCAST 7021 ( od tl. 10 mm do tl. 50 mm ).

Po předchozí dohodě řežeme i z materiálů, které nevedeme, ale ty si zákazník obvykle zajišťuje sám. Z těchto nejčastěji zpracováváme například sklo, železo, kámen, dřevo, nebo obkladové materiály. Je potřeba zdůraznit, že u křehkých materiálů jako je sklo, nebo obklady, nelze nikdy vyloučit riziko prasknutí či odštípnutí během řezu.

Díky naklápěcím hlavám našich řezacích stolů jsme schopni provádět tvarový řez vodním paprskem pod úhlem což se v praxi využívá především k eliminaci úkosu jinak běžně vznikajícího při kolmém řezání vodou.

Limitují nás maximální hmotnost vstupního materiálu, která nesmí překročit 5000 kg a 1000 kg/m2, rozměry CNC stolu 3000 x 5000 mm a rozsah pohybu zetové osy 0 - 330 mm (maximální tloušťka, kterou lze řezat, je tedy 330 mm).

Specifikace řezání vodním paprskem

Maximální kvalita řezu

Tvarové řezání vodním paprskem maximální kvalita, tl. 30 mm
Tvarové řezání vodním paprskem maximální kvalita, tl. 30 mm

Používá se zejména v případech, kde již zákazník nechce materiál opracovávat, nebo jen minimálně. Tento řez doporučujeme používat do tloušťky 50 mm. Zde obvykle zaručujeme přesnost +/- 0,3 mm.

Střední kvalita řezu

Tvarové řezání vodním paprskem střední kvalita, tl. 30 mm
Tvarové řezání vodním paprskem střední kvalita, tl. 30 mm

Jak je již z názvu patrné, jedná se o řez, který se pohybuje někde mezi nejlepší a nejhorší (dělící) kvalitou. Používá se například u dílců řezaných ve volné míře. Pohledově je tento řez přijatelný a vhodný například pro viditelné "nefunkční" části strojů. Používá se do tloušťky cca 100 mm. Tolerance řezu se pohybuje od +/- 0,3 mm do +/- 1,5 mm v závislosti na tloušťce řezaného materiálu. U tlouštěk do 30 mm nejsou rozdíly mezi maximální a střední kvalitou téměř viditelné.

Dělící kvalita řezu

Tvarové řezání vodním paprskem dělící kvalita, tl. 30 mm
Tvarové řezání vodním paprskem dělící kvalita, tl. 30 mm

V této kvalitě řežeme polotovary, které budou následně opracovávány, nebo v případech, kdy záleží na nízké ceně více než na vzhledu či přesnosti. Tento řez je v tloušťkách nad 100 mm velmi hrubý a zákazník musí k čisté kontuře svého výrobku počítat s přídavkem na stěnu pro následné opracování. Obvykle 3 až 10 mm v závislosti na tloušťce dílu. Tolerance řezu se v tomto případě pohybuje od +/- 0,5 mm do +/- 10 mm opět v závislosti na síle materiálu. 

Řez dle dohody se zákazníkem

Řez dle dohody se zákazníkem tl. 135 mm
Řez dle dohody se zákazníkem tl. 135 mm

Jedná se o kvalitu řezu, která se pohybuje mimo výše uvedenou škálu. Je to způsob řezu dohodnutý se zákazníkem na základě vzorkování. Používá se v případech, kdy je potřeba najít přijatelný kompromis mezi kvalitou, vzhledem a cenou řezu. Většinou v sériové, opakované výrobě.

Proč hliníkové výpalky od nás?

- Máme skladem široký sortiment hliníkových polotovarů. Díky tomu držíme termín dodání u tvarových výpalků z hliníku do 3 až 5 pracovních dní.

- Oboustranně frézované plechy a desky sami vyrábíme, což má výrazně příznivý vliv na cenu i termín dodání.

- Jsme flexibilní. Dokážeme výrobu i skladový sortiment přizpůsobit potřebám zákazníka, což je velkou výhodou v případě dlouhodobé spolupráce na opakovaných zakázkách.

- Máme zkušenosti. Tvarové řezání vodním paprskem provozujeme již více než 14 let.

- Uděláme pro Vás maximum, protože je naše existence závislá na spokojeném zákazníkovi, nikoliv dotační politice EU.

Řezání vodním paprskem od historie po současnost

Historie řezání vodním paprskem má své kořeny již v poměrně daleké minulosti. Skutečný začátek aplikace řezání vodním paprskem sahá do 19. století, kdy kalifornští zlatokopové kolem roku 1870 používali tuto metodu k odstranění nánosu písku a vrstev kamení. Jednalo se pouze o nízkotlaké systémy. Fotografie těžby zlata na potoce Bonanza Creek koncem 19. století. 

Dvacátá léta 19. století jsou označována za začátek používání vodních trysek k odstranění písku a horniny během denní stavební činnosti. Tyto trysky dosahovaly velkých rychlostí toku s tlakovou úrovní několika desítek až stovek barů. První patent na použití vodního paprsku v Rusku, byl na vrtání děr v báňském průmyslu. O rozvoj metody a její pozdější uplatnění se zasloužil Petr Tupitsyn, který pracoval v Doněcku na Ukrajině v uhelných dolech. V roce 1936 použil vodní paprsek k řezání děr uhelných slojí. Mezi lety 1950 až 1960 vznikla potřeba těžit uran, vodní paprsek eliminoval riziko záření, které je k těžbě uranu přidruženo. Tím se oživil zájem o použití vody jako řezného prostředku s tryskami o vysokém tlaku. 

I když rozvoj řezání vodním paprskem propukl v polovině 20. století, tak širokého uplatnění tato technologie dosáhla až v osmdesátých letech, kdy se do vodního paprsku začala přidávat abraziva. V padesátých letech dvacátého století experimentoval inženýr lesního hospodářství Dr. Norman Franz s formami řezání vodním paprskem. Byl první osobou, která studovala použití velmi vysokého tlaku (UHP - ultrahigh-pressure) vody jako řezného nástroje. Podmínka UHP je definována tlakem větším jak 30000 liber na čtvereční palec. Proto je Dr. Norman Franz považován za otce vodního paprsku. Začátkem šedesátých let minulého století dokázal získat krátkodobé výbuchy vysokého tlaku, které byly mnohonásobně vyšší než aktuální hodnoty tlaků. Pozdější studium věnoval kontinuálnímu proudu

První komerční aplikace přišla na svět v roce 1971. Technologie řezání vodním paprskem postoupila v sedmdesátých letech, kdy Dr. Mohamed Hashish vytvořil techniku přidání abraziva k vodnímu proudu a tím bylo umožněno užití vodního paprsku i pro řezání materiálů s vyšší pevností a větší tloušťkou. V současnosti jsou stroje pro tvarové řezání vodou vybaveny naklápecím systémem řezné hlavy což umožňuje takzvaný 3D řez ( řezání pod úhlem až 60° ), ale hlavní výhodou naklápění je eliminace úkosu, který jinak vzniká při kolmém řezání. Díky tomu je dnes na strojích pro tvarové řezání vodním paprskem dosahováno téměř dokonale kolmého řezu.

Princip řezání vodním paprskem

Fyzikální podstata řezání materiálů paprskem kapaliny vychází z úvahy, že paprsek kapaliny pohybující se dvojnásobnou až čtyřnásobnou rychlostí zvuku lze považovat z hlediska jeho účinků za pevné těleso.

Proces řezání probíhá ve dvou etapách. V první etapě vzniká působením tlaku kapaliny prohlubeň, která se mění v otvor. V druhé etapě dochází k prohlubování a k vytváření řezné spáry. Při nárazu paprsku kapaliny na obrobek dochází k akumulaci vysokého tlaku na velmi malé ploše, čímž dochází v řezaném materiálu k rázovým vlnám, rychlé destrukci materiálu obrobku na hranici zrn a ke vzniku mikrotrhlin. Mikrotrhliny se v důsledku dynamického zatížení rychle šíří a tím dochází k rozrušování obráběného materiálu. K destrukci při řezání dochází také díky turbulentnímu proudění kapaliny ve spáře s účinkem kavitačních bublin. Pro řezání kovů, keramiky aj. se do paprsku kapaliny přidávají brousicí zrna, což k popsaným účinkům vodního paprsku ještě významně přispívá. Jako kapalina se používá většinou upravená voda. K vytvoření potřebné rychlosti proudění se uplatňuje tlak 2000 až 6500 Barů.

Technologie obrábění materiálu pomocí vysokoenergetického kapalinového paprsku, často označovaná též jako hydroabrazivní obrábění si vzhledem ke svým mimořádným vlastnostem nalezla velmi rychle uplatnění v leteckém i kosmickém průmyslu a v důsledku značné univerzálnosti i v celé řadě dalších průmyslových oborů. Uvedená metoda se dnes využívá nejčastěji ve dvou základních provedeních : řezání čistým vodním paprskem a řezání vodním paprskem s abrazivní příměsí.

Řezání vodním paprskem bez abrazivního materiálu

Zařízení pro obrábění čistým vodním paprskem se dnes používá zejména pro řezání nekovových materiálů, jako jsou lamináty, kevlar, azbestocement, grafitové kompozity, sklotextil a gumotextil.

Rychlost řezání se pohybuje v rozsahu 5 m/min (kevlar, lamináty) až 400 m/min (papír, lepenky apod.) Tlak kapaliny je možno plynule regulovat podle technologických potřeb a druhu obráběného materiálu. Vodní trysky jsou vyráběny ze safíru, rubínu nebo diamantu. Velikostní řada trysek zajišťuje různou kinetickou energii paprsku a určuje také počet pracovišť, které je možno současně napájet z jednoho zdroje. Životnost trysek při nadzvukové rychlosti výtoku kapaliny (asi 1000 m/s) je přímo úměrná množství minerálů obsažených ve vodě a je v rozmezí 50 - 500 hodin.

Řezání vodním paprskem s příměsí abraziva

Při této variantě řezu se zvyšuje účinnost paprsku přimísením abrazivních zrn do proudu vody. Používají se jak syntetické, tak i přírodní abrazivní materiály jako jsou křemičitý písek používaný při výrobě skla, korundová nebo SiC zrna používaná k výrobě brusných nástrojů, granát, olivín a jiné o zrnitosti (0,2 - 0,5) mm. Výstupní abrazivní tryska musí odolávat vysokým abrazivním účinkům a je vyráběna z karbidu wolframu. Při použití běžných parametrů, tj. tlaku vody 4100 bar a křemičitého písku o zrnitosti 0,4 mm dosahuje životnost abrazivní trysky max. 100 hodin. Rychlost řezání se obvykle stanovuje optimalizační zkouškou. Vzdálenost výstupní trysky od materiálu se volí co nejmenší z důvodů minimální šířky spáry a tím i lepší dosahované přesnosti.

Výhody řezání vodním paprskem

a) Velkou výhodou při řezání vysokotlakým vodním paprskemje řezání bez tepelného ovlivnění řezaného materiálu, tzv. studený řez. Obráběný díl nevykazuje fyzikální, chemické ani mechanické změny a je následně snadno obrobitelný.

b) Minimální silové působení paprsku na řezaný materiál, nedochází ke vzniku mikrotrhlin.

c) Univerzálnost - paprsek dělí většinu materiálů při velkém rozsahu řezaných tlouštěk

d) Řezání vodním paprskem je technologií přátelskou k životnímu prostředí. Při vlastním řezání nevznikají žádné ekologicky nevhodné zplodiny. Spotřeba vody na řezání je velmi malá (závisí na tlaku a velikosti použité trysky). Z odpadní vody se při sedimentaci vyloučí nečistoty. Jako abrazivo se používají netoxické látky, které mohou být recyklovány pro opakované použití. Použité abrazivo může být bez problémů uloženo na skládku.

e) Malý prořez materiálu a z toho vyplývající vysoké využití polotovaru - mezi jednotlivými výrobky se ponechávají mezery 3 až 5 mm.