Abrasiivisen vesileikkauksen tekniikka ja optimointi

Abstract

Vesileikkaus on valmistusmenetelmä, jossa korkeapaineisen vesisuihkun kineettistä voimaa käytetään erilaisten materiaalien, kuten esimerkiksi puun, metallin ja kiven, leikkaamiseen. Vesisuihkun sekaan voidaan sekoittaa esimerkiksi granaatista valmistettuja abrasiivipartikkeleja, jotka moninkertaistavat vesileikkauksen leikkaustehon. Tätä kutsutaan abrasiiviseksi vesileikkaukseksi, jota käytetään paksujen ja kovien materiaalien leikkauksessa. Työssä tehdään kirjallisuusselvitys abrasiivisen vesileikkauksen teoriasta, laitteistosta ja leikkausparametrien optimoinnista, mutta saatuja tuloksia voidaan myös soveltaa puhtaan veden vesileikkaukseen. Työ jakautuu kahteen osaan. Ensimmäisessä osassa käsitellään vesileikkauksen teoriaa ja toimintaperiaatetta. Teoriaosuudessa selvitetään leikkauksen toiminnan periaatetta ja määritetään esimerkiksi suuttimesta purkautuvan vesisuihkun ja abrasiivipartikkelien nopeutta. Samassa osassa tutkitaan myös vesileikkauksen laitteistoa. Laitteistossa on tärkeää olla oikeanlaiset komponentit ja käyttöarvot, koska etenkin ultrakorkeisiin paineisiin mentäessä korkeapainepumppujen kulutusosat alkavat väsyä, mikä voi johtaa ylimääräisiin huoltokustannuksiin. Työn toisessa osassa käydään läpi vesileikkauksen käyttöä, eli määritetään optimaalisia leikkausparametreja, abrasiivien arvoja, sekä leikkauksen käyttöä teollisuudessa. Kuten oikeanlaisten komponenttien valinta, niin myös optimaalisten leikkausparametrien ja abrasiivien arvojen määrittäminen on tärkeää tehokkuuden sekä kustannusten kannalta. Toisen osan lopussa selvitetään vielä leikkauksen kustannuksia ja verrataan vesileikkausta suhteessa muihin kilpaileviin menetelmiin. Työssä määriteltyjä optimaalisia leikkausparametreja ja laitteiston osia käyttäen, vesileikkauksesta saadaan kilpailukykyinen muihin menetelmiin nähden. Etenkin tarkkuudeltaan ja tehokkuudeltaan vesileikkaus on yksi parhaista leikkausmenetelmistä. Kustannuksissa on kuitenkin vielä parannettavaa muihin menetelmiin nähden, koska etenkin abrasiivin käyttö leikkauksessa tuo paljon lisäkustannuksia. Kustannukset pystytään pitämään kuitenkin kohtuullisina oikeanlaisella laitteistolla ja sopivilla leikkausparametreillä.