Influence of variable radius of cutting head trajectory on quality of cutting kerf in the abrasive water jet process for soda-lime glass

The main innovation of this article is the determination of the impact of curvature of a shape cut out in a brittle material using an abrasive water jet (AWJ) process as an important factor of the machined surfaces. The curvature of a shape, resulting from the size of the radius of the cutting head trajectory, is one of the key requirements necessary for ensuring the required surface quality of materials shaped by the abrasive water jet process, but very few studies have been carried out in this regard. An important goal of the experimental studies carried out here and presented in this work was to determine its influence on the quality of the inner and outer surfaces of the cutting kerf. This goal was accomplished by cutting the shape of a spiral in soda–lime glass. For such a shape, the effect of radius of the trajectory of the cutting head on selected parameters of the surface texture of the inner surface of the cutting kerf (IS) and the outer surface of the cutting kerf (OS) was studied. The obtained results of the experimental studies confirmed that the effect of the curvature of the cut shape is important from the point of view of the efficiency of the glass-based brittle material-cutting process using AWJ. Analyses of the surface textures of the areas located in the upper part of the inner and outer surfaces separated by the use of AWJ machining showed that the OS surfaces are characterized by worse technological quality compared with IS surfaces. Differences in the total height of surface irregularities (given by St amplitude parameter), determined on the basis of the obtained results of the measurements of both surfaces of the cutting kerf, were as follows: ΔStr = 50 = 0.6 μm; ΔStr = 35 = 1 μm; ΔStr = 15 = 1.3 μm. The analysis of values measured in areas located in the more sensitive zone of influence of the AWJ outflow proved that the total height of irregularities (St) of the OS was higher. Differences in the total heights of irregularities for inner and outer surfaces of the cutting kerf were as follows: ΔStr = 50 = 2.1 μm; ΔStr = 35 = 3 μm; ΔStr = 15 = 14.1 μm, respectively. The maximum difference in the total heights of irregularities (St), existing between the surfaces considered in a special case (radius 15 mm), was almost 20%, which should be a sufficient condition for planning cutting operations, so as to ensure the workpiece is shaped mainly by internal surfaces

Quality indicators of abrasive water-jet cutting process

W niniejszym artykule scharakteryzowano proces przecinania materiałów strugą wodno-ścierną oraz opisano metody oceny jakości jego rezultatów. W pierwszej części artykułu omówiono m.in. sposób kreowania strugi wodno-ściernej, zaprezentowano przykładową powierzchnię stanowiącą wynik obróbki, określono główne parametry procesu oraz szczegółowo omówiono zakres zastosowań rozpatrywanej metody kształtowania materiałów. W kolejnej części artykułu przedstawiono trzy grupy wskaźników, którymi można się posłużyć dokonując oceny jakości technologicznej przedmiotów wyciętych strugą wodno-ścierną. Jako pierwsze scharakteryzowano wskaźniki kształtu szczeliny powstałej w wyniku rozdzielenia materiału strugą wodno-ścierną. Następnie opisano wskaźniki jakości topografii przeciętej powierzchni. Ostatnią część niniejszego artykułu poświęcono omówieniu wskaźników jakości mikrogeometrii powierzchni przecięcia.The scientific achievements of recent decades have created a foundation for rapid development of new technologies. The specific case is hydro jet technology. It uses concentrated streams of energy in the form of high-pressure jet of water, often containing granular admixture. In recent years there has been a rapid growth in development of methods for machining materials, mainly high-pressure abrasive water jet. A wide range of applications of this machining method makes it indispensable to know the right way of quality result evaluation The initial part of this paper is focused on characterising the cutting process of materials with use of abrasive water jet. There is also discussed the jet creation process and presentation of the sample surface as a result of machining. Next, there are determined the main parameters of the cutting process and application of this method to material shaping is discussed in detail In the next part of the paper there are described three groups of indicators which can be used for assessing the technological quality of workpieces cut by abrasive water jet. First, the indicators of abrasive water-jet kerf created by separation of material by abrasive water jet are characterized. Next, there is described the quality of the cut surface topography. The last part of this paper is focused on discussion of microstructure quality of the cut surface

The qualitative model of the AWJ cutting process of selected construction materials

W artykule przedstawiono wyniki badań zależności występujących między maksymalną wysokością profilu falistości Wm, a zasadniczymi parametrami procesu cięcia AWJ. Znajomość oddziaływania warunków obróbki na strukturę geometryczną przeciętych powierzchni umożliwiła opracowanie uniwersalnego modelu procesu cięcia czterech różnych materiałów konstrukcyjnych, określającego jakość otrzymywanej powierzchni, ocenianą według parametru Wm. Wyznaczona empirycznie zależność może zostać zaimplementowana w sterownikach już gotowych obrabiarek, przeznaczonych do cięcia materiałów strugą wodno-ścierną.This paper presents the research results for relations between the maximum waviness profile Wm, and the essential parameters of the AWJ cutting process (water pressure p, feed rate vf and radius of curvature of the shape cut with high-pressure water jet r). The knowledge of the impact of processing conditions on the geometric structure of a cut surface allowed developing the universal model of the cutting process for four different construction materials. The model determines the quality of the obtained surface as measured by the parameter Wm. The developed relationship can be used to predict the quality of processed surfaces for construction materials such as stainless steel 0H18N9, aluminum alloy PA4, carbon steel St41K and brass MO59. Processed materials have different mechanical properties that determine their susceptibility to water jet as an abrasive erosion tool. Considering the qualitative aspects, the developed universal model of the cutting process for each analyzed material, contains a different value of the coefficient β. The designated model can be implemented with low cost in the drivers of already existing machines designed for cutting with high-pressure abrasive-water jet

Model for cutting aluminum alloy with high-pressure abrasive water jet

W artykule przedstawiono wyniki badań zależności występujących między średnim kwadratowym odchyleniem chropowatości powierzchni Sq, a zasadniczymi parametrami procesu cięcia materiałów wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną (AWJ - Abrasive Water Jet). Znajomość oddziaływania warunków obróbki na strukturę geometryczną przeciętych powierzchni umożliwiła opracowanie statystycznego modelu procesu cięcia stopu aluminium gat. PA4. Aby sprawdzić czy wyznaczona zależność zapewnia w pełni precyzyjne sterowanie dynamiką procesu krzywoliniowego przecinania stopu aluminium przeprowadzono badania weryfikujące. Badania kontrolne udowodniły, że wyznaczony statystycznie model może być z powodzeniem wykorzystywany do sterowania procesem cięcia stopu aluminium, realizowanym na obrabiarkach przeznaczonych do przecinania materiałów strugą wodno-ścierną. Prace eksperymentalne wykonywano na centrum obróbkowym AWJ typ RCT 32 firmy Resato oraz prototypowym stanowisku badawczym zbudowanym na bazie przecinarki plazmowej typu TOPAZ-S firmy Eckert. Strukturę geometryczną przeciętych powierzchni mierzono za pomocą wielogłowicowego systemu pomiarowego Talyscan CLI 2000 firmy Taylor-Hobson Ltd. Do opracowania modelu procesu cięcia stopu aluminium wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną zastosowano moduł Estymacja Nieliniowa programu STATISTICA.The article presents the results of studies of relationships between the mean square deviation of surface roughness Sq, and the essential parameters of AWJ cutting process. The knowledge of the impact of machining conditions on the geometrical structure of the cut surface, allowed to develop a statistical model of the process of cutting aluminum alloy PA4. To test if designated relationship provides fully effective control of the curvilinear dynamic cutting process of aluminum alloy, the experimental verifications were carried out. The control tests showed that the designated statistical model can be successfully used to effectively control of the process of aluminum alloy cutting, carried out on machines designed for abrasive water jet cutting. The experimental work was carried out on the AWJ machining center, type RCT 32 (Resato International B.V, Netherlands) and prototype unit, built on the basis of plasma cutting center, type TOPAZ-S (Eckert AS Sp. z o.o., Poland). Geometrical structure of the cut surfaces was measured with the use of a high-resolution 3D Surface Profiling system – Talysurf CLI 2000 (Taylor Hobson, UK). To develop a model of the high-pressure abrasive water jet cutting process of aluminum alloy, the Nonlinear Estimation module from STATISTICA software (StatSoft, Inc., USA) was used

Jakościowy model procesu cięcia AWJ stopu aluminium gatunek PA4

The article presents the quality model of the process of high-pressure abrasive waterjet cutting of aluminum alloy, type PA4, as well as the results of research that verified the accuracy of the determined dependence. The experimental works were performed on two experimental setups: machining AWJ center type RCT 32 by Resato company, as well as the prototype workstation constructed on the basis of plasma cut-off machine type TOPAZ-S by Eckert company. The geometric structure of the cut surfaces was measured using spatial profilometer Talysurf CLI 2000 equipped with a non-contact laser sensor. Nonlinear estimation module of Statistica program was used for qualitative development of the model of high-pressure abrasive aluminum alloy waterjet cutting process. The statistically elaborated dependence can be implemented in machine tool controllers designed for abrasive waterjet cutting of materials.W pracy zaprezentowano jakościowy model procesu cięcia stopu aluminium gat. PA4 wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną oraz wyniki badań weryfikujących efektywność wyznaczonej zależności. Prace eksperymentalne wykonywano na dwóch stanowiskach badawczych: centrum obróbkowym AWJ typ RCT 32 firmy Resato oraz prototypowym stanowisku badawczym zbudowanym na bazie przecinarki plazmowej typ TOPAZ-S firmy Eckert. Strukturę geometryczną przeciętych powierzchni mierzono za pomocą profilometru przestrzennego Talysurf CLI 2000 wyposażonego w bezstykowy czujnik laserowy. Do opracowania jakościowego modelu procesu cięcia stopu aluminium wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną zastosowano moduł Estymacja Nieliniowa programu STATISTICA. Opracowaną statystycznie zależność można zaimplementować w sterownikach obrabiarek, przeznaczonych do przecinania materiałów strugą wodno-ścierną

The simulation models of transport problems solving with Arena software

W artykule przedstawiono modele symulacyjne zdefiniowane za pomocą programu Arena firmy Rockwell Automation, Inc. Każdy z opisanych w pracy modeli posiada własną strukturę i odpowiada przyjętemu algorytmowi wyboru racjonalnego przydziału trasy transportowej. Kryterium wyboru najlepszego wariantu (i tym samym najskuteczniejszego modelu) był całkowity koszt transportu zamówionego towaru z 6 różnych magazynów hurtowni budowlanej. Przeprowadzona w artykule analiza wykazała przydatność zastosowania modeli komputerowych i przeprowadzania symulacji do rozwiązywania zagadnień transportowych.The paper presents simulation models defined with Arena of Rockwell Automation, Inc. Each of the five models described in the article has its own structure and corresponds to the adopted algorithm to choose the rational allocation of transport routes. The criterion for choosing the best option (and thus the most effective model) was the total cost of transport of goods ordered from 6 different storage of wholesale building materials supplier. Carried out in the article analysis showed the usefulness of the use of computer modelling and simulation to solve transportation problems

Contemporary applications of magnetoreological fluids for finishing process

The article presents the current state of knowledge on the use of magnetorheological fluids for finishing processes. The paper descsribes the type of the materials and surfaces to be machined and the composition of the magnetorheological fluids used in this area. The most interesting applications were described in more detail, paying particular attention to the schematic diagram of the test stands, obtained results of experimental tests and the results of roughness measurements of the surfaces exposed to magnetically controlled fluids. The article also describes the directions of the newest experimental and simulation research on the application of magnetorheological fluids in the field

The influence of abrasive water-jet machining conditions on the surface geometric structure

W artykule przedstawiono wyniki badań oddziaływania warunków obróbki na ukształtowanie geometryczne powierzchni stopu aluminium gat. PA4 przecinanego wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną. Uzyskane rezultaty prac badawczych umożliwiły wyznaczenie przedziałów zmienności wybranych wskaźników chropowatości i falistości powierzchni w zależności od zmiany parametrów procesu. Zaprezentowano również wyniki badań mikrotopografii powierzchni stopu aluminium gat. PA2 po usunięciu z niego farby podkładowej wysokociśnieniową strugą wodną z dodatkiem cząstek suchego lodu CO2.On the basis of research results, obtained from testing the impact of highpressure abrasive water jet cutting process conditions on the surface geometric shape of aluminum alloy PA4, the ranges of variations of surface roughness and waviness indicators as a function of changes of process parameters were determined (Table 1). The results of experiments showed that a feed rate, which decides on the time of processing the workpiece by an abrasive water jet, has the strongest influence on the geometric structure of the cut aluminum alloy (out of three considered cutting process parameters: p, vf, r). In contrast, the trajectory radius of the cutting head is a parameter with the slightest effect on the values of the roughness and waviness indicators. The geometric structure of the aluminum alloy PA2 substrate surface, before applying a lacquer, is presented in Figure 5a. Figure 5b shows the substrate structure after removal of two prime layers by the ice-water jet with the pressure of 35 MPa and using 208 kg of dry ice per hour. It was found, that the removal of the lacquer with the use of the high-pressure ice-water jet, regardless of the pressure value or dry ice flow rate, did not cause any changes in the surface of the substrate material layer

The influence of AWJ cutting process conditions on chosen SGP indicators

Ukształtowanie geometryczne powierzchni przeciętych strugą wodno-ścierną, będące efektem interakcji strugi z materiałem obrabianym, stanowi ważny aspekt jakości procesu cięcia. W artykule opisano wpływ ciśnienia wody pw, prędkości posuwu vf i promienia trajektorii głowicy tnącej r na wartość wskaźników amplitudowych chropowatości powierzchni. Na podstawie wyników prac eksperymentalnych ustalono zależności występujące między rozpatrywanymi parametrami procesu cięcia i wskaźnikami jakościowymi. Dzięki temu określono wskaźniki SGP, charakterystyczne dla omawianego rodzaju obróbki, których wartości w znacznym stopniu zależą od zmiany zasadniczych parametrów procesu cięcia.Essential development of concentrated energy flux methods of cutting have been noticed recently, that mainly concerns high-pressure water jet including abrasive admixtures. Geometrical shaping of surface cut with high-pressure abrasive-water jet is an effect of interaction of the jet with the target material and is an important aspect of cut quality. Because of the limited literature information concerning purposeful steering of respective SGP parameters during high-pressure AWJ, it is indispensable to isolate such parameters experimentally. Their values strongly depend on water pressure change pw, feed rate vf, and on radius of the cutting head trajectory r. The paper describes the influence of cutting conditions change on the values of surface roughness amplitude parameters. Basing on experimental results one can determine dependences occurring between considered cutting parameters and quality indicators. Moreover it is possible to define SGP parameters that are characteristic for discussed AWJ cutting and their values are strongly dependent on the change of basic cutting parameters

Qualitative model of high-pressure abrasive-water jet cutting of stainless still

Przez ostatnie dwie dekady nastąpił wyraźny rozwój technologii hydrostrumieniowych, wykorzystujących skoncentrowane strumienie energii w postaci strugi wodnej, często zawierającej ziarniste domieszki. Szczególny przypadek stanowi cięcie materiałów wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną. Ostatnie lata wskazują na gwałtowną dynamikę rozwoju tego sposobu obróbki materiałów. Jest to związane z postępem technicznym, który pozwala na stosowanie wysokich ciśnień wody uwypuklających liczne zalety tej metody obróbkowej. Ze względu na brak komplementarnej wiedzy upowszechniającej wzajemne zależności czynników wejściowych i wyjściowych procesu cięcia w artykule zaprezentowano jakościowy model omawianego sposobu kształtowania materiałów, opracowany empirycznie dla stali nierdzewnej gatunku 0H18N9.High-pressure hydro-jetting technologies, utilizing concentrated energy steams in the form of water jet usually including abrasive additives have been noticeably developed during last two decades. Particular aspect of that is high-pressure abrasive-water jet AWJ cutting and one can notice rapid development of this technology in recent years. The reason for that is technical progress that let to use high pressure of water emphasizing numerous advantages of this method. Having in mind the lack of complementary knowledge that describes mutual relations of input and output factors of cut process, the paper presents qualitative model of material shaping empirically elaborated for stainless steel type 0H18N9. Elaborated dependence was successfully used for prototype research stand programming which was built on the base of plasma cut-off machine type TOPAZ-S, modified to work as a high-pressure abrasive-water jet. Control tests have proved that the model ensures effective (in respect of the quality) steering of process dynamic of stainless steel curvilinear cutting