Ventil 3 / 2024 • Letnik 30 152 NEKONVENCIONALNI PROCESI 1 Uvod Uporaba VC se je začela v Evropi v poznih 50. letih na področju rudarstva. Zasluge za izum pripisujemo ruskemu znanstveniku G. P. Čermenskiju [1]. Razi- skave so se v 70. letih prestavile v ZDA. Tehnologijo obdelave z VC je za industrijske aplikacije prvi upo- rabil O. Imanaka z Univerze v Tokiu v zgodnjih 60. letih prejšnjega stoletja [2]. Prvo industrijsko apli- kacijo je tehnologija doživela leta 1972 v podjetju Manufacturing Company McCartney. Tehnologija spada med nekonvencionalne postopke obdelave, pri kateri s pretvorbo visoke tlačne energije vode (do 600 MPa) ustvarjamo viskohitrostni VC s hi- trostmi nad 600 m/s. Zaradi čistosti postopka je VC uporabljen v številnih industrijskih panogah, njego- va uporaba pa je zaradi relativno nizke stopnje od- vzema materiala omejena na rezanje mehkejših in poroznih materialov, npr. v tekstilni in papirni indu- striji, uveljavljena pa je tudi na področjih obdelave tesnil in v industriji tiskanih vezij. Leta 1979 je dr. Mohamed Hashish, zaposlen v pod- jetju Flow Research, začel raziskavo novih načinov za povečanje rezalne moči vode z namenom reza- nja kovin in drugih materialov večje trdote. Dr. Ha- shish, poznan kot oče tehnologije obdelave z AVC, je vodnemu curku dodal mineralni abraziv [3]. Leta 1980 so se pojavili prvi stroji za obdelavo z AVC za rezanje jekla, stekla in betona. T ehnologija se je nato začela uveljavljati v številnih aplikacijah v industriji, saj AVC predstavlja orodje za rezanje, s katerim lah- ko obdelujemo skoraj vse vrste materialov (jeklo, titan, beton ipd.) brez vnosa toplotnih poškodb. Še posebej se je tehnologija izkazala pri obdelavi alu- minija in težko obdelovalnih zlitin, kot so titanove zlitine z aplikacijami v različnih industrijah, vključno z letalsko, avtomobilsko in industrijo tiskanih vezij, kjer materiali, od kovin do kompozitov in keramike, zahtevajo natančno in učinkovito obdelavo [4]. Zagotavljanje kakovosti obdelave z AVC je ključni vidik, ki pomembno vpliva na proizvodne rezultate, zato se z raziskovanjem tega področja ukvarja ve- liko raziskovalnih skupin. Področje raziskav na po- dročju kvalitete za različne materiale in procesne parametre procesa AVC je izčrpno predstavljeno v preglednih delih Natarajan et al. [4] in Sarava- dr. Marko Jerman, univ. dipl. Inž., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo; doc. dr. Andrej Lebar, univ. dipl. inž., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo, Zdravstvena fakulteta; dr. Izidor Sabotin, univ. dipl. inž., izr. prof. dr. Joško Valentinčič, univ. dipl. inž., oba Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo k aRakteRiS tike obdelave al Uminija 6061 z abRazivnim vodnim cURkom z oziRom na StandaRd Sn 214001 Marko Jerman, Andrej Lebar, Izidor Sabotin, Joško Valentinčič Izvleček: V raziskavi smo preučevali obdelavo aluminija 6061 z abrazivnim vodnim curkom in jo primerjali s stan- dardom SN 214001. Eksperimenti so bili izvedeni pri različnih vodnih tlakih in debelinah obdelovanca, pri čemer smo merili hrapavost površine (Ra), koničnost reza, napake pri vhodu in izhodu iz konture ter napake vogala. Rezultati kažejo, da trenutni algoritmi za krmiljenje stroja ne dosegajo v celoti zahtevane kakovosti po standardu SN 214001, zlasti pri večjih debelinah obdelovanca. Raziskava izpostavlja potrebo po nadaljnjih izboljšavah algoritmov in prilagoditvah procesnih parametrov za doseganje boljše skladnosti s standardom ter preveliko konservativnost pri določanju rezalne hitrosti pri doseganju nižjih kakovostnih razredov, kar zmanjšuje ekonomičnost procesa. Ključne besede: abrazivni vodni curek, aluminij 6061, koničnost, hrapavost, napaka vogala, napaka vhoda-izhoda, hitrost rezanja Ventil 3 / 2024 • Letnik 30 nan et al. [5], najnovejša dognanja pa je predstavil Wang et al. [6]. Huang et al. [7] preučuje nedavne razvojne trende v tehnologiji AVC, kot so rezanje z uporabo nagib- ne glave, z nagibnim curkom naprej, večprehodno rezanje in nadzorovano oscilacijo šobe v smeri re- zanja. Ugotovitve kažejo, da omenjeni pristopi po- zitivno vplivajo na učinkovitost obdelave zmoglji- vosti rezanja in izboljšajo tako debelino odrezanega materiala kot doseženo hrapavost površine. Selvam et al. [8] raziskuje zmogljivost obdelave z AVC na hibridnih kompozitih, poudarja pomemben vpliv hitrosti premikanja, vodnega tlaka in mase pretoka abraziva na hrapavost površine in koničnost reza. Zelenak et al [9] predstavlja rezultate numeričnega modeliranja razvoja AVC v rezalni glavi. Rezultati raziskave prikazujejo, kako kombinacije procesnih parametrov, kot so masni pretok abraziva in tlaki vode, vplivajo na izstopno hitrost AVC in posledič- no na njegovo obdelovalno sposobnost. Nivoji kakovosti so definirani v švicarskem standar- du SN 214001 [10], ki zagotavlja strukturiran pristop k razvrščanju kakovosti rezalnih površin, ki nastane- jo pri obdelani z AVC. Standard določa pet nivojev kakovosti (Q1–Q5), določenih za pet območij debe- line obdelovanca. Kakovostni razredi so določeni na podlagi hrapavosti površine Ra, koničnosti reza in dimenzijskih točnosti, kot so napaka vstopa in iz- stopa iz konture ter napaka vogala. Različni materiali obdelovancev zahtevajo različne prilagoditve procesnih parametrov in kinematike gibanja. Klichova et. al [11] v raziskavi predstavlja, kako procesni parametri vplivajo na kakovost obdelave z AVC, in preučuje vpliv obdelovalnosti materiala na kakovost površin pri rezanju aluminijevih zlitin. Ugotavlja, da poleg obdelovalnega številu tudi tr- dota materiala pomembno vpliva na kakovost po- vršine. V nadaljnji raziskavi [12] nato primerja ka- kovost rezanja aluminijeve zlitine EN AW 6060 in Inconela Alloy 600 s standardom SN 214001. Leta 1992 sta Jiyue Zeng in Thomas J. Kim [13] predstavila enačbo Zeng-Kim ali krajše Zengovo enačbo, ki se uporablja za napovedovanje in pro- gramiranje kinematike AVC-strojev. Enačba za na- poved globine reza izhaja iz povezave med makro stopnjo odstranjevanja materiala na rezalnem robu in akumulirano mikro stopnjo odstranjevanja mate- riala s posameznimi abrazivnimi delci. Makro sto- pnja odstranjevanja materiala je izračunana na pod- lagi prejšnjih študij o disipaciji energije v procesu rezanja z AVC. Za oceno mikro stopnje odstranjeva- nja materiala je uporabljen elasto-plastični model, izpeljan za krhke materiale. Na podlagi enačbe za globino reza je definiran nov empirični materialni parameter, obdelovalno število, ki predstavlja od- pornost proti eroziji. V današnjih najsodobnejših strojih za abrazivno re- zanje z vodnim curkom se uporabljajo veliko bolj so- fisticirani modeli rezanja za nadzor hitrosti rezanja ter kompenzacijo koničnosti [14]. Ti modeli upošte- vajo parametre, kot so obdelovalno število in debe- lina materiala, zahteve glede kakovosti, ukrivljenost poti orodja, vodni tlak, premer šobe, premer fokusir- ne šobe, material in granulacija ter pretok abraziva. Nekateri proizvajalci, kot sta OMAX Corporation in Flow International Corporation, ponujajo svoje raz- ličice obdelovalnosti in lastnosti abrazivnega reza- nja za širok nabor materialov. Med njima je faktor 24 razlike, pri čemer je obdelovalnost, ki jo uporablja OMAX, približno 24-krat večja od tiste, ki jo upora- blja Flow [14]. Napredki v računalniških algoritmih, uporabljenih za določanje kinematike obdelovalnih centrov, pomembno prispevajo k povečanju učinko- vitosti in kakovosti obdelave z AVC [15]. Izboljšave teh algoritmov povečujejo nadzor in predvidljivost obdelovalnega postopka, ki tako novim kot starejšim obdelovalnim strojem za rezanje z AVC omogočajo večjo obdelovalno učinkovitost tako v smislu hitro- sti odnašanja materiala kot z izboljšanjem kakovosti obdelave. Zaradi kompleksnosti procesa rezanja z AVC so potrebne dodatne raziskave delovanja teh algoritmov na različnih materialih in obdelovalnih centrih, kar obravnava ta raziskava. 2 Kakovost obdelave in hitrost rezanja Kakovost obdelave z AVC, kot je opredeljena v standardu SN 214001 [10], določa pet različnih kva- NEKONVENCIONALNI PROCESI 153 Tabela 1 : Mejne vrednosti za kvalitete pri rezanju z AVC, določene po standardu SN 214001 [10] Kvaliteta Q Hrapavost Ra [µm] Koničnost T [mm] Napaka vogala j [mm] Napaka vhoda in izhoda NVI [mm] Debelina h [mm] Q5 3,2 0,05 0,25 0,1 15 Q4 6,3 0,1 0,7 0,25 30 Q3 12,5 0,2 1,5 0,5 40 Q2 25 0,3 3 1 50 Q1 50 0,3 3 1 300 Ventil 3 / 2024 • Letnik 30 154 NEKONVENCIONALNI PROCESI litetnih stopenj (Q1 do Q5). Te stopnje temeljijo na naslednjih merilih: hrapavost površine Ra, konič- nost reza (T), napaka vogala (j) in napaka vhoda in izhoda iz konture rezanja (NVI). Mejne vredno- sti so omejene glede na debelino materiala h, ki obenem predstavlja najvišjo kvaliteto, ki jo lahko dosežemo pri tej debelini materiala. Predstavljene so v Tabeli 1. Hrapavost površine (Ra) je ključni parameter za ocenjevanje kvalitete nastale površine. Meritev poteka na spodnji strani obdelovanca, kjer je hra- pavost višja, 1 mm od spodnjega roba oziroma na spodnjih 10 % nastale površine. Hrapavost je v ve- liki meri povezana z granulacijo abraziva, nanjo pa vplivajo tudi procesni parametri, kot so hitrost vo- dnega curka, količina abraziva in hitrost rezanja. Z večanjem debeline materiala oziroma hitrosti rezanja pri enaki debelini materiala rezalna učin- kovitost curka pada in prihaja do oscilacij curka ob stiku z materialom obdelovanca, ki se na rezalnem robu odražajo v obliki vse večjih valovitosti. Koničnost reza (T) opisuje spremembo debeline reza od vhoda do izhoda, kar vpliva na natančnost dimenzionalnih meritev obdelanih delov. Koničnost se povečuje z večjo debelino materiala in hitrostjo rezanja, ker se vodni curek širi med prehodom skozi material. Če režemo s hitrostjo, ki je višja od opti- malne, odvzamemo več materiala na zgornjem delu obdelovanca. Pri hitrosti, nižji od obdelovanca, pa se koničnost oziroma divergenca curka, ki je posle- dica njegovega razpadanja, preslika v obdelovanec in dobimo širši rez na spodnji strani obdelovanca. Primeri koničnosti so prikazani na sliki 1a. Določena je kot polovica razlike med širino zgornje in spodnje strani obdelovanca, kot je prikazano na sliki 1a ozi- roma T = (b z –b s )/2, kjer je b z širina zgornjega roba in b s širina spodnjega roba. Napaka vogala (j), ki je prikazana na sliki 1b, se na- naša na odstopanje pravokotnosti notranjih voga- lov obdelanega kosa. Najmanjša napaka vogala je tako najmanjši notranji radij r E , ki ga lahko dose- žemo in je v najboljšem premeru enak ali pa večji od polmera vodnega curka. Na spodnjem robu ob- delovanca pa pride do napake zaradi odklanjanja curka med rezanjem. Odklanjanje je večje pri višjih hitrostih obdelave in povzroča spodjedanje mate- riala. Napaka vhoda in izhoda (NVI) opisuje napako na rezalnem robu, ki nastane na mestu, kjer cu- rek vstopa in izstopa iz konture, saj na tem mestu pogosto pride do spremembe strani gibanja cuka, kot prikazuje slika 1c. Na mestu spremembe sme- ri, podobno kot pri napaki vogala, lahko pride do spodjedanja materiala na spodnjem robu. Do na- pake pride tudi ob nepopolnem odvzemu materi- ala pri vhodu in izhodu, ki na površini pusti konico neodvzetega materiala. Napako določimo po for- muli NVI = t 1 /t 2 , kjer je t 1 višina napake, t 2 pa njena širina. Za določanje hitrosti rezanja stroja v za obdelavo z AVC se uporablja oblika semiempirične Zengove enačbe: 𝑣𝑣 = ( 𝑁𝑁 𝑚𝑚 ⋅ 𝑝𝑝 1 , 25 ⋅ 𝑉𝑉 ̇ 0 ,6 87 ⋅ 𝑚𝑚 ̇ 𝑎𝑎 0 , 3 43 𝐶𝐶 𝑧𝑧 ⋅ ℎ ⋅ 𝑄𝑄 ⋅ 𝑑𝑑 𝑓𝑓 0 , 618 ) 1 ,15 (1) kjer je N m empirično določeno obdelovalno števi- lo, p tlak vode pred vodno šobo v MPa, 𝑣𝑣 = ( 𝑁𝑁 𝑚𝑚 ⋅ 𝑝𝑝 1 , 25 ⋅ 𝑉𝑉 ̇ 0 ,6 87 ⋅ 𝑚𝑚 ̇ 𝑎𝑎 0 , 3 43 𝐶𝐶 𝑧𝑧 ⋅ ℎ ⋅ 𝑄𝑄 ⋅ 𝑑𝑑 𝑓𝑓 0 , 618 ) 1 ,15 volum- ski pretok vode, podan v l/min, 𝑣𝑣 = ( 𝑁𝑁 𝑚𝑚 ⋅ 𝑝𝑝 1 , 25 ⋅ 𝑉𝑉 ̇ 0 ,6 87 ⋅ 𝑚𝑚 ̇ 𝑎𝑎 0 , 3 43 𝐶𝐶 𝑧𝑧 ⋅ ℎ ⋅ 𝑄𝑄 ⋅ 𝑑𝑑 𝑓𝑓 0 , 618 ) 1 ,15 masni pretok abraziva, podan v g/s, C z brezdimenzijska konstan- ta 8800, d f premer fokusirne šobe v mm, v hitrost rezanja v mm/s in h debelina materiala, podana v mm. 3 Metodologija Za eksperimentalno delo je bil uporabljen dvoo- sni obdelovalni center za rezanje z AVC, OMAX 2652A (ZDA), opremljen z visokotlačno črpalko z ojačevalnikom BHDT Ecotron 403 (Avstrija). Eks- perimenti so bili izvedeni pri štirih tlakih vode: 240 Slika 1 : Napake pri rezanju z AVC glede na standard SN 214001 Ventil 3 / 2024 • Letnik 30 MPa, 250 MPa, 270 MPa in 300 MPa. Uporabili smo rezalno glavo, sestavljeno iz vodne šobe premera 0,3 mm in iz fokusirne šobe premera 1,02 mm, obe proizvajalca Allfi (Avstrija). Za rezanje smo upora- bili mineralni abraziv granat granulacije #80 z ma- snim pretokom 7,5 g/s. Obdelovalni center za določanje kinematike reza- nja uporablja programsko opremo Omax Make, ki poleg algoritma za določanje hitrosti in pospeškov rezanja vsebuje tudi podatke o obdelovalnem šte- vilu materiala obdelovanca. Eksperimentalno smo analizirali skladnost doseganja kvalitete rezanja obdelovancev iz aluminija 6061, ki se pogosto uporablja za konstrukcijo letalskih struktur, avto- mobilskih delov ter številnih drugih aplikacij in ima obdelovalno število 219,3. Obdelovanec, prikazan na sliki 2, je zasnovan tako, da omogoča merjenje vseh kriterijev kakovosti pri vseh 5 razredih kvali- tete in je bil izdelan v treh debelinah: 4 mm, 8 mm in 10 mm. Debeline so bile izbrane tako, da pri vseh lahko dosežemo vseh pet kvalitetnih razredov, določe- nih po standardu SN 214001. Hitrosti rezanja, do- ločene z algoritmom programske opreme Omax Make, so prikazane v tabeli 2. Pri debelinah 4 mm in 8 mm smo izvedli poskuse pri vseh štirih tlakih, medtem ko smo karakteristike rezanja pri debelini 10 mm zaradi omejenega obsega raziskave testirali le pri tlaku vode 250 MPa. 3.1 Potek meritev Hrapavost površine smo pomerili z merilnikom hrapavosti Hammel Tester T1000 LV15. Meritev smo ponovili trikrat na vsakem vzorcu. Ostale pa- rametre kvalitete smo izmerili s pomočjo digitalne analize fotografij v programskem okolju Matlab. Za zajem slike smo uporabili kamero z ločljivostjo senzorja 5 milijonov slikovnih točk in lečo FUJI- NON 1:1,6/35mm HF35HA-1B. Vpeli smo jo v stoja- lo tako, da je bila postavljena pravokotno nad me- rilni prostor, kot prikazuje slika 3a. Kalibracijo smo izvedli na podlagi kljunastega merila, ki smo ga ob zajemu fotografije postavili poleg merjenca. NEKONVENCIONALNI PROCESI 155 Slika 2 : Obdelovanec iz aluminija 6061: a) model z di- menzijami in b) izrezan preizkušanec debeline 4 mm Slika 3 : a) Zajem fotografij vzorcev za analizo kriterijev kvalitete, b) določitev koničnosti, zajem širine obdelo- vanca, kjer modra črta prikazuje izmerjeno širino, c) meritev napake vogala in d) meritev višine (t 1 ) in širine (t 2 ) napake vhoda in izhoda. Tabela 2 : Hitrosti rezanja v mm/min, ki jih za aluminij 6061 pri izbranih procesnih parametrih določa algori- tem programa Omax Make h [mm] p [MPa] Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 4 240 941 807 506 364 281 250 996 855 536 3853 298 270 1110 952 597 429 332 300 1287 1104 693 498 385 8 240 486 417 261 188 145 250 536 459 288 207 160 270 640 549 345 248 192 300 802 688 431 310 240 10 250 997 855 536 385 298 Ventil 3 / 2024 • Letnik 30 156 NEKONVENCIONALNI PROCESI Koničnost smo določili tako, da smo na nasprotnih robovih narisali črti ter izračunali povprečno razda- ljo med njima, kot prikazuje slika 3b, in enako po- novili na drugi strani preizkušanca. Iz meritev smo nato preračunali koničnost. Napako vogala smo iz- merili na spodnji strani obdelovanca tako, da smo najprej določili stranici vzorca, na sliki 3c prikazani z rdečima črtama. Presečišče črt je v pravem voga- lu vzorca, kot ga označuje modri križec. Rumeno črto smo postavili v točko, kjer je napaka vogala največja. Merili smo razdaljo med modrim križcem in rumeno črto. Napako vhoda in izhoda s konture smo merili na spodnji strani vzorca in izmerili širino in dolžino napake, kot prikazuje slika 3d. 4 Rezultati in diskusija Rezultati meritev, prikazani na sliki 4, predstavlja- jo sposobnost algoritma za doseganje karakteri- stik kvalitete, določene po standardu SN 214001, pri rezanju aluminija 6061 izražene v procentih, medtem ko je na sliki 5 odstopanje od standarda dodatno razdeljeno glede na debelino odrezane- ga materiala. Dodatno so odstopanja povprečnih vrednosti kriterijev kvalitete za posamezni razred kvalitete predstavljena v tabeli 3. Slike 6–10 prika- zujejo rezultate meritev kriterijev kvalitete za vsak razred kvalitete posebej in jih primerjajo z zahteva- mi standarda SN 214001. Iz rezultatov je razvidno, Slika 4 : Skupno odstopanje kriterijev kvalitete od standarda SN 214001 za peto kvaliteto (rdeča črtkana črta) pri rezanju aluminija 6061: a) hrapavost Ra, b) koničnost, c) napaka vogala in d) napaka vhoda in izhoda iz konture Tabela 3 : Odstopanje povprečnih vrednosti kriterijev kvalitete od standarda SN 214001 Kakovost Q Ra [%] Koničnost [%] Napaka vogala [%] Napaka vhoda izhoda [%] srednja vrednost Std srednja vrednost Std srednja vrednost Std srednja vrednost Std 1 –73,6 5,7 –22,1 19,9 –91,5 1,1 –84,4 2,1 2 –56,1 8,5 –40,7 20,3 –92,5 1,2 –84,9 3,6 3 –53,1 5,5 –28,2 27,2 –87,4 1,8 –68,9 7,3 4 –16,3 11,1 22,2 32,8 –75,5 5,4 –41,3 14,5 5 56,7 24,5 46,2 99,0 –48,2 17,4 27,9 54,0 Ventil 3 / 2024 • Letnik 30 da algoritmi za krmiljenje stroja procesa obdela- ve ne uspejo prilagoditi v taki meri, da bi rezultati obdelave v celoti zadostili kakovostnim razredom, definiranim po standardu. Pri doseganju pogoja hrapavosti površine Ra tako pri kvalitetnem razredu Q5 pri nobeni od testiranih debelin nismo dosegli definiranih vrednosti, med- tem ko so bile vrednosti za Q4 v celoti dosežene. Pri kvalitetnem razredu Q3 po drugi strani rezultati močno presegajo kriterij hrapavosti in so bliže kri- teriju za Q4 kot za Q3. Podobno lahko opazimo za kriterija, določena za Q2 in Q1. Iz rezultatov je razvi- dno, da algoritmi za krmiljenje stroja procesa obde- lave ne uspejo prilagoditi v taki meri, da bi rezultati obdelave v celoti zadostili kakovostnim razredom, definiranim po standardu. Pri doseganju pogoja hrapavosti površine Ra tako pri kvalitetnem razre- du Q5 pri nobeni od testiranih debelin nismo do- segli zahtevanih vrednosti po standardu, medtem ko so bile vrednosti za Q4 v celoti dosežene (slika 4a, tabela 3). Pri kvalitetnem razredu Q3 po drugi strani rezultati močno presegajo kriterij hrapavosti in so bliže kriteriju za Q4 kot za Q3. Podobno lahko opazimo za kriterija, določena za Q2 in Q1. Iz dosedanjih raziskav je znano, da na hrapavost poleg procesnih parametrov, kot so tlak vode, pretok vode in masni pretok abraziva, poglavitno vpliva zrnatost abraziva. Pri izbiri bolj grobih pro- cesnih parametrov, ki so z ekonomskega vidika bolj ugodni, je tako smiselno prilagoditi tudi granulacijo abraziva. Z večanjem granulacije pa tako lahko tudi dodatno povišamo hitrost odnašanja materiala pri enakih procesnih parametrih. Rezultati meritve koničnosti kažejo na to, da algo- ritem za uporabljen obdelovalni stroj za kvalitetni razred Q5 dobro prilagaja kinematiko stroja le pri najmanjši debelini, 4 mm (slika 4c in slika 5c). Pri večjih debelinah je bila po standardu dovoljena koničnost presežena. Bolj zanimivo je pri kvalite- tnem razredu Q3, kjer algoritem na stroju dosega in presega kriterij koničnosti pri debelinah 4 mm in 10 mm, medtem ko vrednost nekoliko presega pri vmesni debelini 8 mm. Pri razredih Q2 in Q1 algori- tem z nastavljeno kinematiko stroja dosega boljše rezultate od zahtevanih. Izmerjene vrednosti napake vogala pri vseh kvalite- tnih razredih presegajo mejo, določeno po standar- du. Medtem ko je to odstopanje relativno majhno (slika 4b in slika 5b), pa pri ostalih kvalitetnih ra- zredih močno presegamo mejne vrednosti. Napa- ka vogala je posledica spodjedanja vogala na spo- dnjem robu obdelovanca zaradi odklona curka. Pri višjih hitrostih rezanja je odklon curka večji, zaradi česar prihaja v tem primeru do večjega spodjeda- nja. Rezultati tako nakazujejo, da algoritem ali pre- več konzervativno določa velikost pospeška ali pa kaže na mehansko omejitev stroja. Pri izdelavi bolj zapletenih kontur lahko ravno z ustreznim krmi- ljenjem tega parametra dosežemo visoko stopnjo skrajšanja časa obdelave. NEKONVENCIONALNI PROCESI 157 Slika 5 : Skupno odstopanje kriterijev kvalitete od standarda za kvaliteto Q5 glede na debelino: a) hrapavost Ra, b) koničnost, c) napaka vogala in d) napaka vhoda in izhoda iz konture Ventil 3 / 2024 • Letnik 30 158 NEKONVENCIONALNI PROCESI Slika 6 : Doseganje kriterijev kvalitete, določene po standardu SN 214001 za prvo kvaliteto (rdeča črtkana črta) pri različnih hitrostih rezanja aluminija 6061: a) hrapavost Ra, b) koničnost, c) napaka vogala in d) napaka vho- da in izhoda iz konture Slika 7 : Doseganje kriterijev kvalitete, določene po standardu SN 214001 za drugo kvaliteto (rdeča črtkana črta) pri različnih hitrostih rezanja aluminija 6061: a) hrapavost Ra, b) koničnost, c) napaka vogala in d) napaka vhoda in izhoda iz konture Ventil 3 / 2024 • Letnik 30 Slika 8 : Doseganje kriterijev kvalitete, določene po standardu SN 214001 za tretjo kvaliteto (rdeča črtkana črta) pri različnih hitrostih rezanja aluminija 6061: a) hrapavost Ra, b) koničnost, c) napaka vogala in d) napaka vhoda in izhoda iz konture Slika 9 : Doseganje kriterijev kvalitete, določene po standardu SN 214001 za četrto kvaliteto (rdeča črtkana črta) pri različnih hitrostih rezanja aluminija 6061: a) hrapavost Ra, b) koničnost, c) napaka vogala in d) napaka vhoda in izhoda iz konture NEKONVENCIONALNI PROCESI 159 Ventil 3 / 2024 • Letnik 30 Pri meritvah napake vhoda in izhoda iz konture rezultati kažejo, da algoritem s prilagajanjem ki- nematike procesa ustrezno dosega kriterij Q5 po standardu le za debelino 4 mm (slika 4d in slika 5d), nekoliko presega pri debelini 8 mm in močno za kar 160 % presega pri debelini materiala 10 mm. Pri vseh ostalih kvalitetnih razredih algoritem za- gotovi kriterijem po standardu oziroma jih pri kva- litetnih razredih Q3, Q2 in Q1 močno presega (slika 6), kar ponovno kaže na preveliko konzervativnost algoritma v teh primerih in nakazuje na možnosti za optimizacijo procesa. 5 Zaključek Na podlagi izvedenih eksperimentov smo ugotovi- li, da trenutni algoritmi za krmiljenje stroja ne do- segajo v celoti zahtevane kakovosti po standardu SN 214001. Pri najmanjši debelini 4 mm smo dose- gli zahtevane vrednosti za kakovost Q4, vendar so bile pri večjih debelinah presežene. Pri kakovostnih razredih Q3, Q2 in Q1 so rezultati hrapavosti povr- šine presegali zahtevane vrednosti, kar nakazuje na potrebo po prilagoditvi granulacije abraziva in izboljšanju procesnih parametrov. Rezultati napake vogala in napake vhoda ter izhoda kažejo na pre- veliko konzervativnost algoritma, kar nakazuje na možnosti za optimizacijo procesa. Raziskava izpostavlja potrebo po nadaljnjih izbolj- šavah algoritmov in prilagoditvah procesnih para- metrov, da bi dosegli boljšo skladnost s standardom SN 214001 in zagotovili višjo kakovost obdelave z abrazivnim vodnim curkom. Prilagoditev granulaci- je abraziva in izboljšanje nadzora nad kinematiko stroja sta ključna dejavnika za dosego boljših rezul- tatov pri rezanju različnih debelin materiala. Viri [1] W. C. Cooley, “Advances in the technology of fluid jets: Past, present and targes for the 21st century,” in 5th Pacific Rim International Con- ference on Water Jet Technology, 1998, pp. 3–5. [2] A. W. Momber and R. Kovacevic, Principles of Abrasive Water Jet Machining. London: Springer London, 1998. [3] J. Zeng and T. J. Kim, “Parameter Prediction and Cost Analysis in Abrasive Waterjet Cut- ting Operations,” in 7th American Water Jet Conference, 1993, pp. 175–189. [4] Y. Natarajan, P. K. Murugesan, M. Mohan, and S. A. Liyakath Ali Khan, “Abrasive Water Jet Machining process: A state of art of review,” J. Manuf. Process., vol. 49, no. January 2019, pp. 271–322, Jan. 2020, doi: 10.1016/j.jma- pro.2019.11.030. Slika 10 : Doseganje kriterijev kvalitete, določene po standardu SN 214001 za peto kvaliteto (rdeča črtkana črta) pri različnih hitrostih rezanja aluminija 6061: a) hrapavost Ra, b) koničnost, c) napaka vogala in d) napaka vhoda in izhoda iz konture 160 NEKONVENCIONALNI PROCESI Ventil 3 / 2024 • Letnik 30 [5] S. Saravanan, V. Vijayan, S. T. J. Suthahar, A. V. Balan, S. Sankar, and M. Ravichandran, “A review on recent progresses in machining methods based on abrasive water jet machi- ning,” Mater. Today Proc., vol. 21, pp. 116–122, 2020, doi: 10.1016/j.matpr.2019.05.373. [6] H. Wang, R. Yuan, X. Zhang, P. Zai, and J. Deng, “Research Progress in Abrasive Water Jet Processing Technology,” Micromachines, vol. 14, no. 8, p. 1526, Jul. 2023, doi: 10.3390/ mi14081526. [7] C. Z. Huang, J. Wang, Y. X. Feng, and H. T. Zhu, “Recent Development of Abrasive Wa- ter Jet Machining Technology,” Key Eng. Mater., vol. 315–316, pp. 396–400, Jul. 2006, doi: 10.4028/www.scientific.net/KEM.315- 316.396. [8] R. Selvam, L. Karunamoorthy, and N. Arunkumar, “Investigation on performan- ce of abrasive water jet in machining hy- brid composites,” Mater. Manuf. Process., vol. 32, no. 6, pp. 700–706, Apr. 2017, doi: 10.1080/10426914.2016.1198039. [9] Z. Riha, M. Zelenak, K. Soucek, and A. Hla- vacek, “Flow Field Analysis Inside and at the Outlet of the Abrasive Head,” Materials (Basel)., vol. 14, no. 14, p. 22, Jul. 2021, doi: 10.3390/ma14143919. [10] “SN 214001: 2010-03 – Contact-free cutting – Water jet cutting – Geometrical product spe- cification and quality,” 2010. [11] D. Klichova and J. Klich, “Study of the Effect of Material Machinability on Quality of Surfa- ce Created by Abrasive Water Jet,” Procedia Eng., vol. 149, pp. 177–182, 2016, doi: 10.1016/j. proeng.2016.06.653. [12] D. Klichova and L. Gurková, “Evaluation of quality of cut surfaces created by abrasive water jet according to swiss standard SN 214001,” in Water jet 2017, 2017, pp. 81–89. [13] J. Zeng and T. J. Kim, “Development of an Abrasive Waterjet Kerf Cutting Model for Brittle Materials,” pp. 483–501, 1992, doi: 10.1007/978-94-011-2678-6_33. [14] J. Zeng, “Determination of machinability and abrasive cutting properties in AWJ cutting,” 2007, [Online]. Available: https://www.omax. com/sites/default/files/documents/deter- minationofmachinabilityandabrasivecuttin- gproperties.pdf. [15] N. Yuvaraj and M. Pradeep Kumar, “Mul- tiresponse Optimization of Abrasive Wa- ter Jet Cutting Process Parameters Using TOPSIS Approach,” Mater. Manuf. Pro- cess., vol. 30, no. 7, pp. 882–889, 2015, doi: 10.1080/10426914.2014.994763. NEKONVENCIONALNI PROCESI 161 Characteristics of machining 6061 aluminum alloy with abrasive water jet in relation to standard SN 214001 Abstract: In this study, we investigated the machining of 6061 aluminum alloy using abrasive water jet and compared it with the SN 214001 standard. Experiments were conducted at various water pressures and workpiece thick- nesses, measuring surface roughness (Ra), kerf taper, inlet and outlet errors, and corner errors. The results indicate that the current machine control algorithms do not fully meet the required quality standards of SN 214001, especially at greater workpiece thicknesses. The research highlights the need for further improve- ments in algorithms and adjustments of process parameters to achieve better compliance with the standard. Additionally, it points out the excessive conservatism in setting cutting speeds for lower quality grades, which reduces process efficiency. Keywords: abrasive water jet, aluminium 6061, kerf taper, surface roughness, corner error, inlet-outlet error, cutting speed