Leikkausparametrien vaikutus läpäisyyn ja leikkausjälkeen pehmeiden aineiden vesisuihkuleikkauksessa
Keränen, Ilkka (2010)
Keränen, Ilkka
2010
Automaatiotekniikan koulutusohjelma
Automaatio-, kone- ja materiaalitekniikan tiedekunta
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2010-07-02
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201007071257
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201007071257
Tiivistelmä
Water jet cutting is one of the newest and the least studied technologies when it comes to methods used in material cutting. Water jet cutting has potential and will likely quickly become more common as a material cutting method in the future. This is due to the simplicity of the technology it involves. In this Master of Science thesis we look into the possibilities of water jet cutting and how capable it is when it comes to cutting soft materials such as paper and cardboard. In the cutting tests we use relatively low cutting pressures and pure tap water as the cutting medium. The main objective of this Master of Science thesis is to find and prove the causes and effects between the changes made to the cutting parameters and the resulting variations measured in cut kerfs characteristics. Also, we observe how the water jet loses power as the jetting distance increases and how this affects the quality of the cut kerfs. The main literature used in this work relates to the theory involving water jet cutting enhanced with abrasive materials. The main focus is on theories that are related to the phenomenon of jet spread and to the kerf cut geometrical features. This Master of Science thesis is divided in three parts. In the first part we focus on water jet cutting technology, comprising a history of water jetting, an analysis of the stages of the cutting process, and an introduction to different types of cut kerf models. In the second part we focus on the equipment used in the cutting experiments. The second part also includes a review of the methods that were used for obtaining the necessary research data. In the third part we study the results of the soft material cutting experiments. The main focus of the analysis is on the widths and shapes of cut kerfs. Before the conclusion we discuss how jetting distance affects water jet energy density. This study indicates that water jetting is a feasible cutting method even when using relatively small cutting pressures and pure tap water as a cutting medium. In the thesis we point out how different variations to the cutting parameters (cutting distance, speed, pressure, and the diameter of the cutting head`s orifice) affect the cut kerfs. Particular attention is paid to cutting distance, as it has a significant impact on the energy density of the water jet. Vesisuihkuleikkaus on yksi uusimmista ja vähinten tutkituista materiaalien leikkausmenetelmistä. Vesisuihkuleikkaus on potentiaalinen ja todennäköisesti nopeasti tulevaisuudessa yleistyvä materiaalien leikkausmenetelmä. Tämä johtuu erityisesti leikkausmenetelmässä käytetyn teknologian yksinkertaisuudesta. Tässä työssä tutkitaan pehmeiden materiaalien kuten paperin ja aaltopahvin vesisuihkuleikkaamista käyttäen suhteellisen matalia leikkauspaineita ja vettä leikkaavana nesteenä. Työssä tarkastellaan myös vesisuihkun energiatiheyttä eli suihkun tehon muuttumista leikkausetäisyyden ja täten leikkaavan pinta-alan kasvaessa. Työn tavoitteena on selvittää ja osoittaa syy-seuraussuhteet leikkausparametrien muutoksien ja niillä aikaansaatujen leikkausurissa tapahtuvien muutosten välille. Lisäksi halutaan selvittää, miten nopeasti vesisuihkun teho vähenee leikkausetäisyyden kasvaessa ja miten tämä vaikuttaa leikkausjälkeen. Tutkimuksen taustalla on käytetty pääosin abrasiiveilla tapahtuvaan vesisuihkuleikkaukseen pohjautuvaa teoriaa. Keskeisimmässä osassa ovat olleet teoriat vesisuihkun säännöllisestä leviämisestä ja sillä aikaansaadun leikkausuran profiilin mallista. Työ jakautuu kolmeen osaan. Sen ensimmäisessä osassa keskitytään vesisuihkuleikkaustekniikkaan. Tähän kuuluu vesisuihkuleikkauksen lyhyt historia, vesisuihkulla tapahtuvan leikkausprosessin tutkiminen ja leikkausuran profiilimallien esittely. Toisessa osassa keskitytään laitteistoihin, joilla tutkimuksen edellyttämät leikkauskokeet voidaan suorittaa. Toisessa osassa käsitellään myös tutkimusmenetelmiä, joita käytettiin tarvittujen mittaustulosten aikaansaamiseksi. Kolmannessa osassa keskitytään pehmeiden materiaalien leikkaustuloksien tutkimiseen. Leikkaustuloksien analysoinnissa keskitytään erityisesti leikkausurien leveyksiin ja muotoihin. Ennen loppupäätelmiä kolmannessa osassa pohditaan myös vesisuihkun energiatiheyden muuttumista leikkausetäisyyttä kasvatettaessa. Tutkimus osoittaa, että vesisuihkuleikkaus on toimiva menetelmä käytettäessä pieniä paineita ja pelkkää vettä leikkaavana väliaineena. Työssä osoitetaan ja esitellään leikkausparametrien eli leikkausetäisyyden, -nopeuden, -paineen ja suuttimen halkaisijan muutoksien aikaansaamat vaikutukset leikattaviin materiaaleihin syntyviin leikkausuriin. Erityisesti leikkausparametreistä leikkausetäisyyden oikean valinnan oleellisuuteen kiinnitetään huomiota, sillä sen vaikutus on huomattava vesisuihkun energiatiheyteen. /Kir10