Postupem času má vodní paprsek, ať už s přidáním abraziva či ne, stále větší uplatnění v mnoha odvětvích průmyslu. Dnes se využívá řezání vodním paprskem především ve dvou základních metodách. Řezání čistým vodním paprskem a řezání abrazivním vodním paprskem.

TYPICKÁ ODVĚTVÍ, KTERÁ VYUŽÍVAJÍ ŘEZÁNÍ VODNÍM PAPRSKEM

• letecký průmysl 
• automotive
• přeprava 
• energetika
• zemědělství 
• ropa a plyn
• umění 
• architektura

ŘEZÁNÍ ČISTÝM VODNÍM PAPRSKEM 

Řezání čistým vodním paprskem (WJM = Water Jet Machining) je původní metodou řezání paprskem z kapaliny. K řezání se používá voda z vodovodu. Může také obsahovat rozpustné a nerozpustné minerály, takzvané usazeniny. Do systému se muže zařadit filtrace a změkčování vody pro zamezení zvýšeného opotřebení trysky a ostatních zařízení. Tato metoda používá vodní paprsek tak silný, že řez je čistý a přesný skrz celou tloušťku materiálu a nemá žádné rýhy a škrábance. Principem řezání čistým vodním paprskem je přeměna vysokého tlaku na vysokorychlostní děj za pomocí úzké trysky o vnitřním průměru 0,1 až 1,5 mm, vzniká tak paprsek tenký jako lidský vlas. Tryska je vyrobena z drahého kamene. Tlak vody může dosahovat až 6 500 barů. Pro srovnání, voda v hasičské hadici má tlak 20 až 84 barů. Tato metoda se dnes používá zejména pro nekovové materiály jako jsou plasty, papír, netkané textilie, izolace, pryž, potraviny, těsnění, vlnitá lepenka, lamináty, automobilové koberce a čalounění stropu.

ŘEZÁNÍ ABRAZIVNÍM VODNÍM PAPRSKEM

Metoda řezání abrazivním vodním paprskem (AWJ = Abrasive Jet Machining) je používaná v kombinaci vodního paprsku s abrazivem. Výstupní abrazivní tryska musí odolávat vysokým abrazivním účinkům. Vzdálenost výstupní trysky od materiálu se volí co nejmenší z důvodů minimální šířky spáry a tím i lepší dosahované přesnosti. Tato technologie eliminuje tření mezi nástrojem a obrobkem na rozdíl od konvenčních technologií. Díky tomu nedochází k tepelnému ovlivňování materiálu, které by mohlo nepříznivě měnit jeho vlastnosti. Obrušování děleného materiálu je podstatou abrazivního řezání materiálu vodním paprskem. Principem je úběr materiálu materiálu pomocí úzkého abrazivního paprsku dopadajícího na plochu vysokou rychlostí a kinetickou energií. Přísadou abraziva do paprsku se zvyšuje mechanický účinek úběru materiálu. AWJ metodou lze řezat materiál v rozmezí tloušťky od cca 1,6 mm do 305 mm. Optimalizační zkouškou se stanovuje rychlost řezání materiálu. Tento systém je vynikající pro řezání křehkých materiálů a složitých tvarů, jako je například sklo. Není zde tak vysoká míra poškození prasknutí skla nebo jeho odštípnutí. U konvenčních metod je toto prakticky nemožné zaručit. Abrazivní paprskem dokáže řezat velmi tvrdé materiály jako je kov, kámen, titan, kompozity, hliník sklo, mosaz, keramika. Podle způsobu přívodu brusných zrn do paprsku a vlastního vzniku abrazivního media lze abrazivní paprsek rozdělit na AWJ, popřípadě AWIJ – Abrasive Water Injection Jets a ASJ – Abrasive Suspension Jets popřípadě AWSJ-Abrasive Water Suspension Jets.

Při metodě AWJ je vysokotlaková voda přiváděna vysokotlakovým potrubím na vodní trysku. Vzniklý vysokorychlostní vodní paprsek pokračuje z vodní trysky do směšovací komory. Abrazivní částice ze zásobníku jsou současně přiváděné do směšovací komory, kde jsou pomocí vysokorychlostního vodního paprsku strhávány. Výsledná směs vody s abrazivem je dále urychlována přes abrazivní trysku. Tento systém používá tlak již od 7 do 400 Map s množstvím abraziva od 0,7 – 20 Kg/min. Typ abraziva může být granát, olivy, tříděný křemičitý písek, jemný oxid hlinitý nebo ocelová drť. 

Metoda ASJ (Abrasiv Suspension Jet).  Je to systém s přímým vstřikováním. Ve vysokotlaké nádobě je smíšená vysokotlaká voda s abrazivem. Tato stlačená suspenze je přiváděna do trysky o speciální konstrukci. Tento systém využívá tlaků do 100 Mpa s množstvím abraziva 20 kg/min. Při vývoji metody ASJ byly vynalezeny a používány tři různé typy mísení abrazivních částic a vody. Metoda přímého vstřikování, metoda nepřímého vstřikování a metoda bočního mísení abraziva. 

Nejprve si popíšeme metodu přímého vstřikování (v angličtině Direct pumping). Pomocí atmosférického tlaku se abrazivo mísí s vodou a dále je takto předmíchaná suspenze dopravována čerpadlem do řezné hlavice. Průchodem tryskou se suspense změní z vysokotlakého na vysokorychlostní paprsek. Paprsek následně dopadá na materiál. Jednoduchá metoda, ale prakticky nepoužívaná, protože dochází k velkému opotřebení čerpadla abrazivem.

Druhá metoda je nepřímé vstřikování (v angličtině indirect pumping). U této metody je princip dvou okruhů čerpaných médií.  V prvním okruhu je voda dopravována čerpadlem. Musí být pod stanoveným tlakem. Je přiváděna do tlakové nádoby, kde svým tlakem řídí polohu pístu. Předmíchaná suspenze je tlačena pístem pod vysokým tlakem pryč z tlakové nádoby. Za účelem stabilizace suspenze se používá vysoce koncentrovaný roztok polymeru, s viskozitou přibližně o čtyři řady vyšší než má voda. Používá se tedy jako kapalná složka řezného média. Limitovaný čas řezu je omezením této metody. Ten nám omezuje objem tlakové nádoby zásobníku abraziva. Nežádoucí je také velké opotřebení pístu a ventilů tlakového systému.

Poslední je metoda bočního mísení abraziva (v angličtině bypass principle). Tato metoda je složena ze dvou okruhů. Tlaková voda je dopravována v hlavním okruhu. Část vody je vedena bočním neboli takzvaným bypasovým okruhem o vysokém tlaku do mísící nádoby naplněné abrazivním materiálem. Zde dochází k mísení abrazivního materiálu s tlakovou vodou. Abrazivní suspense je dále odváděna z mísící nádoby a dochází ke sloučení s hlavním okruhem v směšovací komoře. Vytváří se zde konečná řezací suspenze, která se průchodem tryskou urychlí a dopadá na řezaný materiál. Tato metoda je také charakteristická omezenou dobou řezu jako předchozí metoda, avšak brusný zásobník může být zcela naplněn díky tomu je tento čas daleko delší než u předcházející metody. Další výhodou je, že v tomto případě nepotřebujeme píst nebo armatury k vytlačování abraziva, a tak eliminujeme množství opotřebení otěrem brusných částic.

FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ KVALITU ŘEZU

• rychlostí proudění kapaliny
• takem trysky 
• výtokovým průměrem trysky 
• úhlem sklonu vodního paprsku
• u abrazivního paprsků navíc druhem ambraziva
• vzdálenosti ústí trysky od oblouku

VÝHODY

Řezání vodním paprskem má nepočet výhod: 

• materiál je ohřívaný vodou maximálně na teplotu 40 – 50 C, není tepelně nebo mechanicky namáhán.
• minimální řezná spára umožňující dokonalé detaily
• úspora materiálu, snížení množství materiálu
• zvýšená produktivita, rychlé řezání a vysoce kvalitní díly
• voda i abarazivo lze recyklovat
• jednoprůchodové řezání (v závislosti na tloušťce materiálu)
• čistý nebo téměř čistý řez, malá nebo žádná potřeba ručního začištění
• řezání v mnoha směrech 
• řezání čistou vodou 
• snadné přizpůsobení změnám produktů
• jeden řezný nástroj umožňuje řezání i vrtání
• nevytváří na řezaném materiálu tvrdou, těžce obrobitelnou vrstvu
• řezný proces je bezpečný
• probíhá v bezprašném prostředí bez vzniku par a plynů
• úběr materiálu je jen minimálně závislý na mechanických vlastnostech řezaného materiálu

NEVÝHODY

• provoz doprovází značný hluk
• U nasákavých materiálů dlouhá doba vysoušení
• nevyhnutelný kontakt s vodou a většinou i s abrazivním materiálem
• kuželovitý tvar paprsku
• rádius vnitřních rohů je závislý na průměru vodního paprsku
• cena abraziva ovlivňuje celkovou cenu