Teknologi Pemotongan Jet Air Abrasif: Yang Perlu Anda Ketahui

1. Pendahuluan

Teknologi water jet merupakan teknologi baru yang dikembangkan dalam 20 tahun terakhir dan aplikasinya semakin meluas. Teknologi ini telah diterapkan di berbagai sektor seperti batu bara, permesinan, perminyakan, metalurgi, penerbangan, konstruksi, pemeliharaan air, dan industri ringan, terutama untuk memotong, menghancurkan, dan membersihkan material.

Khususnya dalam beberapa tahun terakhir, dengan pesatnya perkembangan teknologi tinggi, sinar laser, sinar elektron, plasma, dan semburan air telah menjadi alat potong baru.

Di antaranya, sinar laser, sinar elektron, dan plasma termasuk dalam pemrosesan pemotongan termal, sedangkan water jet adalah satu-satunya metode pemrosesan dingin. Dalam pemotongan, penghancuran, dan pra-pemrosesan permukaan dari banyak bahan, water jet memiliki keunggulan yang unik.

Pengembangan water jet secara kasar dapat dibagi ke dalam empat tahap:

Tahap eksplorasi dan eksperimental: Pada awal tahun 1960-an, penambangan jet air bertekanan rendah terutama dipelajari.

Tahap pengembangan peralatan: Dari awal tahun 1960-an hingga awal tahun 1970-an, pompa tekanan tinggi, penguat, dan perlengkapan tekanan tinggi terutama dikembangkan, sekaligus mempromosikan teknologi jet air.

Tahap aplikasi industri: Dari awal tahun 1970-an hingga awal tahun 1980-an, sejumlah besar mesin penambangan jet air, mesin pemotong, dan mesin pembersih muncul secara berturut-turut.

Tahap pengembangan yang cepat: Dari awal tahun 1980-an sampai sekarang, penelitian mengenai teknologi water jet semakin diperdalam, dan jenis jet baru seperti jet abrasif, jet kavitasi, dan jet getaran eksitasi diri, telah berkembang pesat. Banyak produk yang sudah dikomersialkan.

Empat tahap pengembangan pemotongan waterjet.

• Tahap keempat: Tahap pengembangan yang cepat.
• Tahap ketiga: Tahap aplikasi industri
• Tahap kedua: Tahap pengembangan peralatan.
• Tahap pertama: Tahap eksplorasi eksperimental.

Konsep waterjet abrasif:

Abrasive waterjet adalah metode pemrosesan khusus yang menggunakan air sebagai media, memperoleh energi yang luar biasa melalui perangkat penghasil tekanan tinggi, menambahkan bahan abrasif ke jet air bertekanan tinggi melalui perangkat pengumpanan dan pencampuran, dan membentuk campuran dua fase cairan dan padatan.

Alat ini mengandalkan benturan dan erosi berkecepatan tinggi dari jet air yang abrasif dan bertekanan tinggi untuk menghilangkan material.

Prinsip pemrosesan waterjet abrasif:

Pemrosesan waterjet abrasif didasarkan pada prinsip tekanan hidraulik, yang menggunakan generator bertekanan tinggi atau pompa bertekanan tinggi untuk menekan air ke tekanan sangat tinggi.

Performa mekanis motor listrik diubah menjadi energi tekanan, dan air dengan energi tekanan yang luar biasa kemudian diubah menjadi energi kinetik melalui nosel lubang kecil. Hal ini membentuk semburan air berkecepatan tinggi dan menciptakan tingkat kevakuman tertentu dalam ruang pencampuran.

Di bawah aksi perbedaan berat dan tekanannya sendiri, bahan abrasif tersedot ke dalam ruang pencampuran dan diaduk dengan keras, disebarkan, dan dicampur dengan semburan air, membentuk semburan air abrasif berkecepatan tinggi yang berdampak pada benda kerja dengan kecepatan yang sangat tinggi melalui nosel abrasif.

Setelah waterjet abrasif menabrak benda kerja, medan tegangan lokal terkonsentrasi berkecepatan tinggi dihasilkan pada material, yang berubah dengan cepat, yang menyebabkan erosi, geseran, dan akhirnya kegagalan dan pelepasan material.

Dalam proses pemrosesan waterjet abrasif, fungsi utama dilakukan oleh partikel abrasif, dan water jet bertindak sebagai pembawa untuk mempercepat partikel abrasif.

Dibandingkan dengan jet air murni, waterjet abrasif memiliki energi kinetik yang lebih besar karena massa yang lebih besar dan kekerasan partikel abrasif yang lebih tinggi, sehingga menghasilkan efek pemrosesan yang lebih kuat.

Perangkat jet air abrasif

Perangkat jet air abrasif mencakup sistem pasokan air, sistem tekanan, sistem saluran air bertekanan tinggi, sistem pasokan abrasif, perangkat kepala pemotong, perangkat penerima, mekanisme penggerak, dan sistem kontrol seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Peran sistem pasokan air adalah untuk melunakkan kualitas air, mengurangi korosi pada saluran air bertekanan tinggi yang disebabkan oleh kualitas air, dan meningkatkan masa pakai seal bolak-balik pada sistem bertekanan tinggi.

Komponen inti dari sistem tekanan adalah penguat tekanan, yang umumnya menggunakan resiprokal hidrolik.

Rasio tekanan intensifier biasanya dipilih sebagai 10:1 atau 20:1, dan tekanan air keluaran intensifier dapat disesuaikan dengan mengubah tekanan oli sistem hidraulik input, yang dapat meningkatkan tekanan air hingga 100-400MPa, dan bahkan hingga 690MPa dan 700MPa. Sistem saluran air bertekanan tinggi menghubungkan sistem bertekanan dan perangkat kepala pemotongan.

Untuk mengangkut air bertekanan tinggi dan memenuhi persyaratan pergerakan kepala pemotong yang cepat dan fleksibel, pipa air bertekanan tinggi biasanya menggunakan pipa baja tahan karat yang fleksibel dan tahan tekanan sangat tinggi, dan terdiri dari beberapa sambungan pipa yang berputar.

Sistem suplai abrasif meliputi hopper, katup aliran abrasif, dan pipa pengangkut. Yang murni pemotongan jet air kepala termasuk katup sakelar air bertekanan tinggi dan nosel permata. Kepala pemotongan jet air abrasif juga mencakup ruang pencampuran dan nosel pencampur yang mencampur jet air dengan bahan abrasif.

Nosel pencampur membutuhkan ketahanan aus yang tinggi dan umumnya terbuat dari karbida yang disemen. Perangkat penerima ditempatkan di bawah benda kerja untuk mengumpulkan sisa semburan abrasif, dan memiliki fungsi seperti penyerapan energi, pengurangan kebisingan, pencegahan percikan, dan keamanan.

Mekanisme penggerak dan sistem kontrol mengontrol perangkat kontrol lintasan gerak cutting head, dan metode kontrolnya meliputi manual, bermotor, NC, dan CNC.

Abrasif:

Secara umum dibagi menjadi tiga kategori: berbasis mineral, berbasis logam, dan buatan.

Prinsip seleksi:

(1) Efek pemotongan yang bagus;

(2) Harga murah dan pasokan yang cukup.

Bahan abrasif yang umum digunakan antara lain:

Tab.1.2 Beberapa bahan abrasif yang umum digunakan

Nosel:

Terdiri dari nosel jet air, ruang pencampuran, dan nosel jet abrasif.

Klasifikasi:

(1) Menurut jumlah semburan air: nosel jet tunggal, nosel multi-jet

(2) Menurut metode masukan abrasif: nosel umpan sisi abrasif, nosel umpan tengah abrasif, nosel umpan tangensial abrasif.

1. Nosel umpan samping abrasif jet tunggal

1. Ruang Pencampuran
2. Nosel Jet Kasar
3. Nosel Jet Air

Keuntungan: Struktur sederhana, konsentrasi dan stabilitas jet yang baik.

Kekurangan: Efek pencampuran yang buruk antara bahan abrasif dan air.

2. Nosel umpan tangensial abrasif jet tunggal

1. Nosel Jet Air
2. Nosel Jet Kasar

Jet abrasif dan air tercampur sepenuhnya, sekaligus mengurangi tabrakan timbal balik di antara abrasif, sehingga meningkatkan kemampuan pemotongan jet abrasif.

3. Nosel umpan tengah abrasif multi-jet

Sebagian besar digunakan untuk pembersihan jet abrasif atau penghilangan karat.

4. Nosel jet abrasif dengan pipa pelurus

1. Badan Nozzle
2. Saluran Masuk Kasar
3. Nosel Jet Air
4. Dasar Nozzle
5. Segel
6. Mur Pengunci
7. Meluruskan Pipa

Memiliki struktur yang sederhana dan mudah dioperasikan. Ini banyak digunakan dalam industri pemotongan jet abrasif.

Klasifikasi teknologi pemrosesan jet air abrasif:

Menurut metode pencampuran bahan abrasif dan air, bahan ini dapat diklasifikasikan ke dalam dua jenis:

• Waterjet abrasif hibrida depan.
• Waterjet abrasif hibrida belakang.

Waterjet abrasif hibrida depan:

Bahan abrasif dan air dicampur secara merata ke dalam air lumpur abrasif di dalam pipa bertekanan tinggi, dan kemudian jet yang dibentuk oleh nosel abrasif disebut jet abrasif campuran depan. Efek pencampuran ini bagus, membutuhkan tekanan rendah, tetapi perangkatnya rumit, dan noselnya sangat aus.

Waterjet abrasif hibrida belakang:

Menambahkan bahan abrasif ke waterjet setelah terbentuk, disebut waterjet abrasif campuran belakang. Efek pencampurannya sedikit lebih buruk, membutuhkan tekanan tinggi, tetapi keausan nosel lebih sedikit. Penelitian teoretis dan teknologi aplikasi waterjet abrasif campuran belakang relatif matang, dan telah digunakan secara luas di banyak sektor industri.

Klasifikasi Teknologi Pemesinan Waterjet Abrasif.

• Waterjet abrasif yang terendam.
• Waterjet abrasif yang tidak terendam.

Submerged waterjet mengacu pada jet yang berada di dalam air dari saluran keluar ke benda kerja, yang memiliki karakteristik difusi jet yang cepat, distribusi kecepatan yang seragam, dan tekanan dinamis.

Non-submerged waterjet berarti bahwa jet berada dalam kondisi alami udara dari saluran keluar ke benda kerja. Dibandingkan dengan jet terendam, jet ini memiliki jangkauan yang lebih panjang dan panjang inti yang lebih panjang, tetapi distribusi kecepatannya tidak seragam.

2. Mekanisme pemotongan dan hukum pemotongan waterjet abrasif.

Mekanisme pemotongan waterjet abrasif:

Saat memotong material target dengan waterjet abrasif pada kecepatan lintasan jet tertentu, sebagian jet air melesat ke arah material target dengan kecepatan konstan sementara bagian lainnya melemahkan gaya potongnya saat menembus lebih dalam ke dalam material.

Akibatnya, permukaan pemotongan tampak membengkok ke arah yang berlawanan dengan arah lintasan jet, seperti ditunjukkan pada Gambar a di bawah ini. Sudut antara sumbu permukaan pemotongan yang bengkok dan sumbu jet asli secara bertahap meningkat dari tempat jet memasuki material target, dan jet semakin membelok di sepanjang arah lintasan yang berlawanan.

Namun demikian, karena inersia yang besar dari partikel abrasif itu sendiri, partikel tersebut tidak membelokkan pembawa jet air, yang menyebabkan pemisahan partikel abrasif dari jet air dan erosi konsentrasi lokal partikel abrasif.

Semakin besar akselerasi partikel abrasif, semakin besar sudut yang dibiaskan pada saat pemisahan, dan semakin parah erosi konsentrasinya. Erosi konsentrasi lokal dari partikel abrasif menyebabkan peningkatan yang signifikan pada jumlah penggerindaan di sepanjang permukaan pemotongan, sehingga membentuk suatu langkah pada permukaan pemotongan.

Oleh karena itu, selama erosi yang membentuk undakan, sudut defleksi aliran air di atas undakan meningkat terus menerus, defleksi semburan air dari permukaan pemotongan meningkat, dan jumlah penggerindaan di bawah undakan menurun hingga undakan bagian atas menjadi tegak lurus dengan arah semburan semula, seperti yang ditunjukkan pada Gambar b di bawah ini.

Ketika jet melintas terus, permukaan pemotongan kembali ke pemotongan dan penggerindaan yang halus, seperti yang ditunjukkan pada Gambar c di bawah ini. Dari titik ini, siklus pemotongan dimulai lagi dengan transisi dari pemotongan dan penggerindaan yang halus ke pengikisan dan penggerindaan deformasi.

Selama proses ini, seluruh permukaan pemotongan terus berubah menjadi interval perjalanan, dan karena defleksi waterjet abrasif mendekati busur, ini membentuk penampang pemotongan dengan interval seperti gelombang di sepanjang arah lintasan jet.

• a- Permukaan pemotongan dapat menjadi bengkok karena proses pemotongan dan penggerindaan yang halus.
• b- Tahap pembentukan permukaan pemotongan terutama disebabkan oleh erosi, deformasi, dan penggerindaan.
• c- Permukaan pemotongan diubah kembali menjadi permukaan pemotongan dan penggerindaan yang halus di sepanjang arah pengumpanan.

Model matematis pemesinan waterjet abrasif:

M. Hashish, berdasarkan teori erosi partikel padat dari Finnie dan Bitter, dan serangkaian eksperimen visualisasi, mengusulkan bahwa proses penghilangan material oleh waterjet abrasif terdiri dari dua wilayah: keausan pemotongan dan keausan deformasi, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Pada daerah keausan pemotongan, yaitu sebelum kedalaman pemotongan mencapai hC, partikel abrasif menumbuk material dengan sudut yang kecil, dan material dihilangkan dalam mode pemotongan mikro. Ketika kedalaman pemotongan mencapai hC, kecepatan tumbukan partikel abrasif pada material berkurang, dan mode pemindahan material berubah.

Partikel abrasif berdampak pada material pada sudut yang besar, dan material dihilangkan dalam mode keausan deformasi.

Atas dasar ini, M. Hashish memperoleh model matematis untuk kedalaman pemotongan di daerah keausan pemotongan dan kedalaman pemotongan di daerah keausan deformasi:

di mana

• h_c adalah kedalaman pemotongan (mm) untuk mode keausan pemotongan;
• h_d adalah kedalaman pemotongan (mm) untuk mode keausan deformasi;
• C_k adalah kecepatan karakteristik (m/s);
• d_j adalah diameter jet (mm);
• m adalah laju aliran massa partikel abrasif (g/s);
• V_e adalah kecepatan kritis (m/s) dari partikel abrasif;
• V_o adalah kecepatan awal (m/s) dari partikel abrasif;
• ρ_p adalah densitas (g/cm3) dari partikel abrasif;
• u adalah kecepatan lintasan (mm/s) nosel;
• C_f adalah koefisien gesekan;  
• σ adalah tegangan geser (MPa).

Model ini mencakup hampir semua parameter yang terlibat dalam pemesinan waterjet abrasif. Namun demikian, beberapa parameter seperti Vo dan Ve perlu ditentukan secara eksperimental. Oleh karena itu, hasil yang diperoleh oleh operator yang berbeda dapat bervariasi.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja pemotongan waterjet abrasif:

Karena pemotongan waterjet abrasif adalah proses yang sangat kompleks, ada banyak parameter yang dapat memengaruhi kinerja pemotongannya.

Parameter ini termasuk parameter dinamis (diameter nosel air, tekanan air), parameter abrasif (bahan abrasif, ukuran, laju aliran), parameter nosel abrasif (diameter nosel abrasif, panjang, bahan), parameter pemotongan (kecepatan pemotongan, jarak kebuntuan, sudut tumbukan, jumlah pemotongan), parameter benda kerja (kekerasan), dan lain sebagainya. Namun demikian, parameter proses yang mudah dikontrol terutama mencakup tekanan air, parameter abrasif, kecepatan potong, dan jarak standoff.

Indikator utama untuk mengevaluasi performa pemotongan meliputi kedalaman potong, bentuk kerf (lebar bagian atas dan bawah kerf serta lancip kerf), dan kualitas permukaan (kekasaran dan gelombang).

Hukum pemotongan waterjet abrasif:

(1) Kedalaman pemotongan meningkat dengan meningkatnya tekanan air, kekerasan abrasif, dan jumlah pemotongan, sementara itu menurun dengan meningkatnya kecepatan potong. Terdapat hubungan nilai optimal antara kedalaman pemotongan, jarak standoff, suplai abrasif, dan ukuran partikel abrasif. Dengan bertambahnya kedalaman pemotongan, tinggi puncak dan sudut defleksi lurik pada bagian pemotongan secara bertahap meningkat, sementara frekuensi terjadinya lurik menurun.

(2) lebar kerf memiliki hubungan nilai optimal dengan kecepatan potong, dan kecepatan potong optimal adalah sekitar 1/5 dari kecepatan potong maksimum. Dalam satu kali pemotongan, kecepatan pemotongan ditentukan oleh sifat material, ketebalan, dan persyaratan kualitas bagian. Ketika kecepatan lintasan konstan, semakin tinggi tekanan, semakin halus permukaan pemotongan; ketika kekasaran permukaan sama, semakin tinggi tekanan, semakin tinggi kecepatan lintasannya.

(3) Dengan peningkatan tekanan jet atau penurunan kecepatan potong, kualitas bagian pemotongan meningkat secara signifikan. Dibandingkan dengan bahan yang rapuh, bagian pemotongan bahan plastik lebih halus, dan morfologinya lebih dipengaruhi oleh tekanan jet dan kecepatan potong.

(4) Kecepatan area pemotongan waterjet abrasif menurun dengan meningkatnya nilai energi fraktur material, meningkat dengan meningkatnya tekanan, dan menurun dengan meningkatnya jarak kebuntuan. Terdapat hubungan nilai optimal antara kecepatan area pemotongan dan suplai abrasif. Ketika kecepatan lintasan dan ketebalan material konstan, terdapat nilai jarak standoff optimal yang menghasilkan kedalaman pemotongan paling dalam. Ketika jarak kebuntuan meningkat, lebar alur secara bertahap meningkat. Ketika tekanan konstan, semakin kecil kecepatan lintasan, semakin dalam kedalaman pemotongan.

3. Status Penelitian Terkini dari Teknologi Pemesinan Jet Air Kasar.

Pemotongan jet air abrasif.

M. Hashish adalah salah satu peneliti paling awal yang mempelajari pemesinan jet air abrasif. Melalui eksperimen dengan pemotongan jet air abrasif, ia menemukan bahwa mesin ini dapat digunakan untuk memotong kain flanel, keramik, logam, kaca, dan komposit sinter grafit tanpa delaminasi.

Selain itu, beliau juga mencatat bahwa tidak ada tekanan termal atau tekanan deformasi di zona pemotongan. Ia juga membahas pengaruh parameter pemotongan yang berbeda terhadap performa pemrosesan material dan laju pemindahan material, dan menunjukkan bahwa mengoptimalkan parameter pemotongan akan sangat meningkatkan performa pemotongan.

Sejak saat itu, sejumlah besar penelitian dan penerapan pemesinan jet air abrasif di dalam dan luar negeri berfokus pada pemotongan. Diagram skematik pemotongan jet air abrasif dan penampang sampel setelah pemotongan ditunjukkan pada Gambar 3.

Dari perspektif mikro, esensi pemotongan jet air abrasif adalah efek kumulatif dari sejumlah besar partikel abrasif yang memotong material benda kerja secara mikro. Masalah utama yang perlu dipecahkan adalah kontrol bentuk mata potong dan kedalaman pemotongan.

Pengembangan dan peningkatan peralatan utama pemotongan jet air abrasif dan model matematis mekanisme pemotongan yang presisi memungkinkan teknologi ini untuk memotong material logam dengan ketebalan 100-200 mm dan material keras yang rapuh dengan ketebalan sekitar 50 mm.

Namun, selama proses pemotongan jet air abrasif pada komponen struktural yang tebal, pancaran jet akan menghasilkan fenomena "jentikan ekor" karena pelemahan energi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

Area pemotongan yang mulus terletak di tepi atas sayatan. Semakin dekat ke bagian bawah benda kerja, semakin jelas fenomena "jentikan ekor", yang sangat memengaruhi kekasaran permukaan, bentuk, dan akurasi posisi benda kerja yang dipotong.

Dengan mengoptimalkan proses pemotongan dan menggunakan teknologi swing cutting head dengan pengontrol toleransi, kompensasi cerdas dapat dilakukan untuk akurasi pemotongan sayatan, sehingga meningkatkan kualitas pemrosesan.

Penggilingan jet air abrasif

Metode pengendalian parameter pemesinan jet air abrasif untuk menghilangkan material permukaan benda kerja tanpa menembusnya disebut penggilingan jet air abrasif. Skema pemesinan dan produk ditunjukkan pada Gambar 5.

Meskipun teknologi ini masih dalam tahap penelitian eksperimental, namun sudah banyak peneliti yang mempelajari mekanisme dan proses teknologi pemesinan jet air abrasif yang baru ini.

Dalam hal penggilingan jet air abrasif untuk bahan plastik, M. Hashish dan yang lainnya mengusulkan kelayakan penggilingan jet air abrasif dan menemukan bahwa kecepatan lintasan nosel merupakan parameter penting yang memengaruhi keseragaman penggilingan.

Hocheng H mempelajari kelayakan penggilingan jet air abrasif plastik yang diperkuat serat. Dengan mempelajari mekanisme pembentukan serpihan dari penggilingan tunggal, penggilingan ganda, dan multi-penggilingan, mereka memperkirakan bahwa keausan deformasi adalah mekanisme pemotongan utama untuk penggilingan plastik yang diperkuat serat. Mereka juga menganalisis efek tekanan jet, jarak target, kecepatan lintasan nosel, dan laju aliran abrasif terhadap laju penghilangan material, kedalaman milling, dan lebar milling.

Fowler dan Shipway mempelajari karakteristik permukaan material yang digiling dengan abrasive water jet dan menunjukkan bahwa kecepatan gerakan nozzle yang tinggi, abrasive partikel halus, tekanan jet yang rendah, dan sudut erosi yang kecil dapat menghasilkan permukaan milling dengan gelombang yang lebih kecil. Paul dkk. mempelajari pengaruh parameter milling yang berbeda terhadap kedalaman alur dan laju penghilangan material dari abrasive water jet milling dan membuat model empiris dengan menggunakan analisis regresi.

Ada sedikit penelitian tentang penggilingan jet air abrasif pada bahan keras dan rapuh. Zeng JY mempelajari pengaruh sudut tumbukan jet pada penggilingan jet air abrasif pada keramik polikristalin, dan menemukan bahwa tingkat penghilangan material yang optimal dapat diperoleh ketika sudut jet 90 derajat selama tumbukan penggilingan. Mereka juga membuat dan memverifikasi model matematis laju erosi.

Semburan air abrasif pengeboran

Pengeboran jet air abrasif dapat dibagi menjadi dua metode pemrosesan: bushing dan pengeboran. Bushing adalah proses pemotongan material di sepanjang kurva melingkar untuk membentuk lubang berdiameter lebih besar. Proses ini berevolusi dari pemotongan kontur jet air abrasif, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut (lubang #9).

Pengeboran adalah proses pemesinan lubang berdiameter lebih kecil tanpa lubang, seperti yang ditunjukkan pada gambar sebelah kanan (lubang #3-#8). Guo Z dkk. mempelajari mekanisme pemesinan dan proses pengeboran jet air abrasif pada material keramik seperti A12 O3, Si3 N4, dan SiC, dan menyimpulkan bahwa penghilangan material terutama dicapai melalui fraktur mikro, pemotongan mikro, dan erosi.

Yong Z dkk. menetapkan hubungan antara kedalaman pengeboran jet air abrasif dan parameter proses berdasarkan fenomena kekacauan dalam proses erosi. Xing Xizhe memperkenalkan metode pemrosesan lubang yang berbeda untuk jet air abrasif dan menunjukkan banyak keuntungan dari pengeboran jet air abrasif, termasuk pengeboran lubang pada material keras dan rapuh serta material komposit laminasi yang dapat mengebor lubang dalam, lubang kecil, dan lubang tidak beraturan tanpa zona benturan termal, memperoleh akurasi dimensi yang lebih tinggi dan kekasaran permukaan yang lebih rendah, dan dengan mudah mencapai pemrosesan lubang pada permukaan miring.

Putaran jet air yang abrasif.

Pembubutan jet air abrasif mirip dengan pemotongan satu titik pada mesin bubut konvensional, menggunakan rotasi benda kerja dan gerakan linier atau lengkung dari kepala pemotongan untuk menghilangkan material dari benda kerja. Skema pemesinan dan produk ditunjukkan pada Gambar 7. Keuntungan dari pembubutan dengan water jet abrasif meliputi gaya potong yang rendah, tidak ada kerusakan termal pada benda kerja, dan chip yang halus tanpa masalah pecahnya chip.

M. Hashish pertama kali mengusulkan konsep pembubutan jet air abrasif pada tahun 1987 dan menunjukkan bahwa jet air abrasif dapat digunakan untuk membubut material khusus yang sulit dikerjakan dengan mesin seperti komposit karbon/logam, kaca, dan keramik untuk mendapatkan bentuk yang kompleks.

Ansari dkk. mendemonstrasikan bahwa pembubutan jet air abrasif lebih unggul daripada pembubutan bubut konvensional untuk material yang sulit dikerjakan, dengan kecepatan 5-10 kali lebih cepat untuk pemesinan keramik SiC. Zhang ZW mempelajari pengaruh parameter proses terhadap kualitas permukaan saat pembubutan kaca dengan water jet abrasif dan menemukan bahwa kualitas permukaan yang optimal dapat dicapai pada kecepatan lintasan nosel yang rendah. Manu dkk. mempelajari pengaruh sudut kemiringan nosel terhadap bentuk produk selama pembubutan jet air abrasif.

Semburan air abrasif dan metode pemesinan lainnya.

Selain teknologi pemesinan jet air abrasif yang dijelaskan di atas, para peneliti di dalam dan luar negeri telah melakukan beberapa penelitian dan melaporkan teknik pemesinan komposit yang menggunakan jet air abrasif.

Misalnya, pemesinan mikro laser yang dipandu jet abrasif mikro adalah teknologi pemesinan komposit jet air dan laser yang sepenuhnya memanfaatkan karakteristik teknologi jet air dan secara efektif memecahkan masalah seperti rentang pemrosesan efektif yang kecil dan efek termal dalam pemrosesan laserPemesinan jet air abrasif berbantuan ultrasound adalah metode pemrosesan material rapuh yang layak dan efisien yang menggabungkan jet air dengan gelombang ultrasonik; water jet shot peening adalah jenis metode perawatan permukaan baru untuk meningkatkan umur kelelahan komponen logam melalui proses kerja dingin, yang memiliki keunggulan seperti kekuatan peening yang tinggi, tekanan peening yang rendah, dan efek penguatan yang baik.

4. Karakteristik, Aplikasi, dan Pengembangan Teknologi Pemesinan Jet Air Kasar.

Keuntungan dari pemesinan jet air abrasif meliputi:

• Dibandingkan dengan jet air murni, jet abrasif sangat mengurangi tekanan yang diperlukan untuk memotong dengan tujuan pemotongan yang sama, sehingga menyoroti keuntungan dari segi keamanan dan keandalan.
• Kapan memotong logam dengan semburan air abrasif, percikan api umumnya tidak dihasilkan, sehingga menghindari terjadinya kecelakaan penyalaan atau ledakan gas berbahaya di dekat area pemotongan.
• Selama pemotongan, sedikit atau tidak ada panas yang dihasilkan, dan panas apa pun yang dihasilkan dapat dengan cepat dihilangkan oleh semburan air, sehingga hampir tidak ada zona yang terpengaruh oleh panas pada permukaan pemotongan.
• Gaya pemotongan pada permukaan pemotongan kecil, sehingga bahkan ketika memotong lembaran tipis menjadi bagian yang berbentuk, mata potong tidak akan rusak.
• Potongannya sempit, kehilangan materialnya kecil, permukaan potongannya halus, dan tidak ada gerinda (sejumlah kecil gerinda dapat dihasilkan jika kecepatan potongnya terlalu cepat).
• Hampir tidak ada debu selama pemotongan, dan tidak ada gas beracun yang dihasilkan, sehingga kondisi kerja relatif bersih.
• Gaya reaksi pemotongan kecil, sehingga nozzle dapat dengan mudah digerakkan oleh lengan mekanis.
• Pemotongan serba bisa dilakukan, dan pemotongan permukaan lengkung tiga dimensi pun mudah dilakukan, sehingga memungkinkan untuk memotong benda kerja dalam berbagai bentuk.
• Kondisi pemotongan mudah dikendalikan, memfasilitasi penyesuaian dan kontrol otomatis menggunakan komputer.

Kerugian pemesinan jet air abrasif meliputi:

• Peralatan ini membutuhkan daya yang tinggi.
• Nosel cepat aus.
• Ini tidak cocok untuk memproses bagian yang besar atau untuk menghilangkan gerinda yang sangat besar.
• Terdapat kekurangan perangkat lunak yang secara khusus didesain untuk pemesinan jet air.

Aplikasi teknologi jet air abrasif meliputi:

• Industri kedirgantaraan: Memotong bahan khusus seperti paduan aluminium, struktur sarang lebah, komposit serat karbon, logam berlapis, atau kaca plastik yang diperkuat, memotong bilah pesawat dengan semburan air tanpa zona yang terpengaruh panas dan pengerasan kerja, sehingga tidak memerlukan pemrosesan selanjutnya.
• Industri manufaktur dan perbaikan otomotif: Memotong berbagai macam non-logam bahan dan komponen komposit seperti dasbor, karpet, bantalan rem asbes, kusen pintu, kaca atap mobil, papan dekorasi interior, karet, tangki bensin plastik, dan komponen internal dan eksternal lainnya.
• Industri senjata: Memotong pelat baja, rel, kaca antipeluru, bodi kendaraan, menara, senjata, dan pembongkaran berbagai peluru bekas dengan aman.
• Kehutanan, pertanian, dan teknik kota: Digunakan untuk penebangan, pengupasan kulit kayu, irigasi, pemrosesan pakan, pemeliharaan jalan, kerajinan potong, dan tugas-tugas lainnya.
• Industri elektronik dan listrik: Dapat digunakan untuk membentuk dan memotong papan sirkuit cetak dan film tipis, hard disk komputer, disket, komponen elektronik, paduan amorf, inti transformator, dan kabel khusus yang sulit dipotong dengan metode konvensional.
• Industri manufaktur mesin: Menggunakan pemotongan air bertekanan tinggi sebagai pengganti proses pelubangan dan pemotongan tidak hanya dapat menghemat biaya cetakan, tetapi juga mengurangi kebisingan, getaran, dan meningkatkan pemanfaatan material. Selain itu, dapat menghilangkan alumina eksternal pada benda kerja, inti pasir pada coran, pelapis keramik, memotong gerinda, gate riser, dan bagian lainnya, dan juga dapat memotong bagian besi abu-abu yang sulit dipotong dengan metode konvensional.
• Industri lainnya: Memotong marmer, granit, ubin lantai, keramik, dll. dalam industri dekorasi bangunan, memproses gulungan kertas jadi, kertas toilet, dll. dalam industri kertas, dan memproses kayu lapis, papan kayu, dll. dalam industri kayu.

Prospek pengembangan teknologi pemesinan jet air abrasif adalah:

Meningkatkan keandalan dan masa pakai mesin water jet, terutama masa pakai komponen utama seperti pompa bertekanan tinggi, selang bertekanan tinggi, sambungan, dan nozel.

Mengoptimalkan parameter proses untuk lebih meningkatkan efisiensi, mengurangi konsumsi abrasif, dan konsumsi energi yang lebih rendah, sehingga biaya menjadi lebih kompetitif.

Mengembangkan kontrol cerdas untuk memungkinkan parameter proses disesuaikan secara adaptif selama pemrosesan, meningkatkan akurasi pemesinan, dan digunakan untuk membuat komponen dengan persyaratan presisi tertentu, sehingga mencapai efek teknis dan ekonomis yang dapat dibandingkan dengan pemesinan plasma dan laser.

Tren perkembangan Teknologi Pemesinan Jet Air Kasar:

Terus memperluas cakupan aplikasi pemesinan water jet, dari pemotongan dan deburring 2D hingga pemesinan lubang dan pemrosesan permukaan 3D.

Penelitian teoretis tentang pemesinan jet air, terutama pembentukan model untuk pemesinan jet air dan studi tentang teori aliran multifase.

Penelitian tentang pemesinan komponen presisi miniatur menggunakan teknologi jet air abrasif, serta penggunaan jet air abrasif untuk pembubutan dan penggilingan.