Snijwaarden draad CNC schuimsnijder

Was niet zo bedoeld, meer van pff, waar haal ik dat vandaan. Ik vermijd Wikipedia wijsheid zoveel mogelijk, maar af en toe kan het makkelijk zijn.

De glastransitie van PS ligt inderdaad rond de 95 °C. Maar boven de die temperatuur is een kunststof nog steeds een (rubberachtige) vaste stof. Je zal dus zeker hoger moeten gaan, maar wellicht niet helemaal tot de smelttemperatuur (240 °C) omdat PS daarvoor al in ontbinding gaat. Het mechanisme en de temperatuur waarbij dat gebeurt weet ik niet, maar ligt volgens mij wel boven de 200 °C. Ik heb wel eens plaatjes opgewarmd om dingen te dieptrekken tot 180 °C, en daarbij was van degradatie nog geen sprake. Ik heb wel gezocht naar meer informatie, maar mijn materiaalkunde boeken geven geen info, en google levert vrijwel alleen wetenschappelijke publicaties op waar ik tegenwoordig geen toegang meer toe heb zonder echt naar de bibliotheek te gaan.

Het blijft voor mij nog een raadsel. Dit zijn temperaturen waarbij straling nog niet echt veel zoden aan de dijk zet, maar toch zie ik geen andere vorm van contactloze warmteoverdracht. Nog maar eens over piekeren:razz:.

Groet,

Ad

 

Even terug naar mijn 'probleem', de niet goed regelbare voeding. Ik heb een theorie;

Dirk, jij stelt dat jouw voeding van 30V geschakeld wordt op hoge frequentie, en door dat schakelen wordt het afgegeven vermogen geregeld. Dus 0% niet schakelen maar constant uit, 100% is niet schakelen maar constant aan, en alles daartussen is x keer per seconde schakelen, met een bepaalde pulstijd. Hoe langer de puls, hoe hoger het afgegeven aantal watts. De draadtemperatuur reageert uiteraard veel langzamer dan al die pulsen, en is dus constant. Het voordeel van deze methode is de doseerbaarheid. Er is echter geen terugkoppeling, er wordt niks geregeld als de weerstand van de draad door externe factoren zoals luchtstroming of varierende lengte van de draad in het werkstuk verandert. Toch?

En als ik die doseerbaarheid kan behalen op een andere manier, is toch het resultaat gelijk. Ik ga mijn analoge paneelmeter eens vervangen door een digitale met 3 cijfers achter de komma. En de potmeter waarmee ik doseer (ik gebruik dit ding: Conrad Vermogensregelaar 230 V/AC Module in de Conrad online shop) vervangen door een meerslags trimpot. Ik heb geen idee hoe precies ik dan kan regelen, maar dit geintje kan ik voor een paar kwartjes voor elkaar krijgen. En dan kan ik op de paneel meter kijken hoe constant de stroom is, als ik snij en ondertussen van de trimpot afblijf.

Hugo

 

Ja!

Ja.
Toch is er wel een terugkoppeling naar de software, maar die komt vanuit de 'hoog'frequente schakeling. Hoe dat technisch gesproken exact is uitgevoerd weet ik niet.

Ja. (het wordt saai ;-))

Ik vind dat onderzoekje boeiend. Gewoon doen.
Over de bruikbaarheid heb ik mijn twijfels ...
De enige echt relevante parameter is de warmte van de draad. Ik weet dat er 1 of 2 jaar geleden een Amerikaan is geweest die heeft geprobeerd dat te meten. Met een infrarood thermometer, gemonteerd aan de draadbevestiging. Maar de draadtemperatuur binnen en buiten het schuim is erg verschillend. Het is hem uiteindelijk niet gelukt die temperatuur binnen goed te meten.

Er blijft dus enkel de stroom over als betrouwbare variabele.

Overigens moet je ook niet al te zeer aan die stroomsterkte hangen, mits je maar goed herhaalbaar dezelfde waarde kunt instellen. Die Amerikaan (Anker Berg-Sonne) heeft nl. ook keihard aangetoond dat de kerf geen lineaire grootheid is in relatie tot temp/stroomsterkte c.q. snijsnelheid. Wil je het dan goed doen dan moet je met een tabel gaan werken: 3 dimensies: stroom, snelheid, kerf. Voor elke stroom-snelheid-combinatie moet je de kerf bepalen.

Men adviseert meestal om de kerf te bepalen door een blok schuim te nemen, de hoogte op te meten (met schuifmaat), dan een aantal horizontale sneden te maken (stel 10). Dan de hoogte van alle blokjes op elkaar te meten (eerst de randjes afschuren, want daar ontstaat een smeltbraam). Het verschil gedeeld door (in dit voorbeeld) 10 is de kerf.

Ik meet de kerf anders. Ik snij een profiel (koorde 150 mm of zo, 10% dik, en een behoorlijk dunne eindlijst) zonder aftrek van beplanking. Schuim is dus het exacte profiel. Ik meet de gerealiseerde koorde, en het dikste punt (houd rekening met wat er in de volgende alinea staat!!!). Vervolgens pas ik de kerf aan, aan het gemeten resultaat. Daarbij moet je geen denkfouten maken. Als b.v. koorde en dikte te klein blijken, is de kerf in de software te klein gedefinieerd (de draad wordt dan te dicht bij het profiel gehouden).

Tot slot: de draad buiten het schuim is heter dan de draad binnen het schuim. Dat komt omdat daar warmte wordt verbruikt om schuim te smelten. Dat betekent dat de draad in het schuim maar minder dan 10 mm van de zijkant toch heter is (de draad geleidt die warmte naar binnen). De kerf is daar groter. Daarom snijd ik tegenwoordig panels tenminste 1 cm groter (spanwijdte) aan elke kant. En na afloop snijd ik die tippen eraf.
Je ziet die grotere kerf het beste aan de eindlijst. Die eindigt afgerond naar de tippen toe.

Dirk.

 

@Hugo,
Als ik het goed begrijp wordt de temperatuur door de spanning bepaald. Als de spanning nauwkeurig geregeld kan worden en de voeding stroom kan leveren blijft de temperatuur gelijk. Als bijv. de draad afkoelt gaat de weerstand omlaag dus stroom gaat vanzelf omhoog tot de evenwicht hersteld is.

Terugkomend op de verschillen tussen wolfraam en NiCr, wolfraam heeft 20 keer lagere weerstand dan NiCr.
Dat betekent dat voor wolfraam lagere spanning en veel stroom nodig zal zijn. Daardoor moet de spanningsregeling nauwkeuriger (nog meer slagen op de trimpot?). En, door de hogere stroom zal de temperatuur van wolfraam draad stabieler zijn. (Een elektro-vriend die ik geraadpleegd heeft deed dappere pogingen gedaan om mij uit te leggen hoe dat werkt. Ik snap het nog niet helemaal maar ik geloof hem wel)

Deze relatief hogere temperatuurstabiliteit van wolfraam zou wel eens het verschil in snijkwaliteit kunnen verklaren. Als de lokale temperatuur van NiCr draad makkelijker schommelt door de externe factoren (zoals het verdampen van schuimspettertjes) zullen de snijresultaten waarschijnlijk minder worden.

 

Over de stroom en spanning; was dat maar zo, dan was het heel eenvoudig. De boel is niet lineair. Dus als de draad van temperatuur verandert, verandert de weerstand, daarmee de stroom die er loopt. Je wilt een constant aantal Watt per meter op de draad die in het werkstuk steekt. Wat er buiten steekt maakt weinig uit, maar heeft wel veel invloed om de weerstand van de totale draad. Immers, als je buiten zou snijden wordt dat deel van de draad door de wind gekoeld, even overdreven gesteld. Leuk wordt het bij het snijden van tapse vleugels waar de draadlengte in het werkstuk niet constant is.

Een constant wattage is erg moeilijk te bewerkstelligen. Dus proberen we wat variabelen constant te houden. Stel dat de draadtemperatuur constant is, dan is de weerstand het ook. Dus kan je een constante stroom aanhouden als sturing.

Om beide bovenstaande zaken is mijn snijmachine in breedte verstelbaar, en steekt er altijd een minimale hoeveelheid snijdraad buiten het werkstuk.

Ik wil inderdaad met wolfraam gaan snijden, en ik zet een dikke vermogensweerstand in serie met de draad. Deze weerstand in combinatie met de spanning bepaalt feitelijk de stroom die er loopt, de wolfraam draad weerstand is maar een erg klein deel van de totale weerstand. Zo is kan de spanning in relatief grote stappen geregeld worden, da's makkelijker te doen, terwijl de stroom dan in kleine stappen mee verandert.

 

Niet helemaal.
Het afgegeven vermogen (P) is gelijk aan het kwadraat van de stroom (I^2) vermenigvuldigd met de weerstand (R) ==> P = I^2 x R
Uiteraard is de stroom weer een resultante van de toegepaste spanning en de weerstand.

Daarnaast speelt idd. dat de electrische weerstand van een metaal toeneemt bij hogere temperaturen, en de stroom dus afneemt (bij gelijkblijvend voltage). Maar ik zou niet durven te stellen dat die veranderingen zodanig met elkaar in vehouding zijn dat als de draad door iets (luchtstroming) extra wordt afgekoeld, de resulterende weerstandsafname zo groot is dat de draad weer precies op dezelfde temperatuur uitkomt ... dat zou wel erg mooi zijn.

Zoals ik net heb aangetoond (beter: beweerd) met P=I^2.R verhoudt de afgegeven hoeveelheid warmte zich kwadratisch met de stroom, en lineair met de weerstand. Omdat Wolfram een veel lagere weerstand heeft dan bv. NiCr is de benodigde stroom (warmte) dus makkelijker (=met minder volts) te realiseren. Maar in theorie zou dat ook met een koperdraad kunnen (weerstand nog lager).

Daarnaast spelen de mechanische eigenschappen van het materiaal een grote rol. Wolfram is zeer temperatuurbestendig: smeltpunt 3695 gr C. Voor Koper is ddat 'maar' 1357 gr C. Zoals we weteen van de aloude gloeilamp blijft wolfram bij zeer hoge temperaturen (± 2500 gr C) nog redelijk stevig. Een koperspiraal was dan allang het peertje uitgestroomd.

 

Het blijft toch fascineren, hoewel dit misschien meer op het wetenschapsforum thuis zou horen.

In die richting zal je het wellicht moeten zoeken denk ik.

Daarvoor zijn als stofeigenschappen verder van belang de specifieke warmte (NiCr 450 Wolfraam 130 J/kg.K) en de geleidbaarheid (NiCr 11,3 Wolfraam 173 W/m.K).

Dat houd dus in dat Wolfram minder energie nodig heeft voor een bepaalde temperatuurstijging, en dat warmtetransport onder invloed van temperatuursverschillen (tussen draadkern en oppervlak, maar ook over de lengte van de draad) aanzienlijk groter is. Die combinatie zal inderdaad leiden tot een hogere temperatuurstabiliteit.

Groet,

Ad

 

Dat hangt van de constructie-/bevestigingswijze van de snijdraad af.
Dit is precies de reden waarom vele CNC schuimsnijders nog steeds een beugel gebruiken. De draad steunt op twee steuntjes van beide XY-systemen. Die steumpunten hebben idd. een veranderlijke afstand tot elkaar, maar de draadlengte van de snijbeugel is (elektrisch gezien) constant. Alleen de ondersteuningspunten verplaatsen.

Ik kon bij mijn snijmachine geen beugel kwijt die erboven staat, of onder de tafel door hangt. Dus heb gebruik ik de zwaartekracht voor de draadspanning. De snijdraad is aan één kant mechanisch en elektrisch verbonden met de XY-toren. Aan de andere kant loopt de draad over een katrolletje, en hangt dan met een gewicht naar beneden. Aan dat einde van de draad bevindt zich ook de andere elektrische aansluiting.
De draadlengte is in beide gevallen constant, ongeacht of deze wel/niet diagonaal loopt.

Dirk.

 

Eh, nee hoor. Als je een tapse vleugel snijdt, is de draadlengte in het werkstuk niet constant. Ongeacht hoe je je draad bevestigd / spant / voedt. En die variatie is van invloed op de koeling van de draad, daarmee de weerstand, etc.

Hugo

 

Oké. daarin heb je gelijk.

Alleen denk ik dat dat een klein probleem is. Het effect van het verschil in snijsnelheid is erg veel groter! Stel je snijdt een panel met wortelkoorde 200 mm en tipkoorde 120 mm. Tip-wortel verhouding dus 60%. Dan is de kerf aan de tip minimaal 2x zo groot als aan de wortel. Een verhouding van 50% is voor mij al onwerkbaar. De hoeveelheid warmte aan de tip is dan al zo groot dat er niets van dat tipprofiel overblijft. Een geruïneerde profielneus, welving verminderd/omgekeerd (doordat de onderkant als laatste is gesneden), ....
60% verhouding wil ik nog wel proberen, maar daaronder splits ik het panel in tweeën, daarmee halveer ik de wortel-tip verhouding.

 

Klopt helemaal.

Inmiddels ben ik wat verder met de nieuwe voedingsplannen. Het lijkt haas goedkoper te worden hoe langer ik er mee speel. Ik heb nu iets op basis van een US$ 9,- laptopvoedin uit China (e-bay) en een LM338 als current regulator. Wellicht laat ik de huidige voeding in tact voor de hand beugel (of voor verkoop aan iemand die een handbeugel met voeding zoekt). Als de voeding inderdaad werkt, post ik het hier wel even.

Hugo

 

Ben benieuwd ...

 

Ik ook! Ik heb de onderdelen nog niet binnen, alles komt van e-bay uit China.

Wel is de 0,15mm wolfraam snijdraad binnen. Net even gesneden, wat een vooruitgang! De kerf is meteen terug van 2 naar 1 mm. Da's best een verbetering! Ik zit nu ergens tussen de 1,5 en 1,6 Ampère bij 150mm/min, en daar loop ik dus tegen de beperking van de huidige voeding aan. Preciezer krijg ik het niet. Deze voeding is spanningsgestuurd, en doordat de weerstand van de draad kennelijk varieert krijg ik de stroom niet constant. De nieuwe voeding wordt stroomgestuurd, dus als de weerstand van de draad varieert past hij de spanning over de draad aan.

Hugo

 

Mooi, stap 1 is gezet en heeft positief resultaat gehad.
Nu wachten op stap-2, dan wordt de wereld nog meer roze ...:schrik:

 

Dat is inderdaad nog een variabele (alsof er al niet genoeg waren): de temperatuur coëfficiënt voor de weerstand, α, in:

R = R₀ [ 1 + α(T - T₀)]

Met R₀ is de weerstand bij een referentietemperatuur T₀ (meestal 0 of 20 °C) verschilt nogal per materiaal. Voor wolfraam is α 0,0044 en voor NiCr 0,00017. Bij een temperatuursverhoging tot 200 °C neemt de weerstand van een wolfraam draad tov 20 °C toe met zo'n 80%, terwijl die van NiCr maar met 3% toeneemt.
Ik vind het moeilijk te beoordelen hoe dit doorwerkt in de regeling.

Groet,

Ad

 

Je hebt in zoverre gelijk (denk ik) dat dat effect bestaat. Maar ik denk dat er twee redenen zijn waardoor dat effect niet of minder van invloed is:

1. I.g.v. Hugo: hij gaat snijden met een constante stroombron. Zolang de weerstandstoename niet vraagt om een hoger voltage als die voeding kan leveren, blijft de stroom constant. Hierdoor neemt het aantal afgegeven Watt's wel toe (lineair met de toename van de weerstand) maar niet kwadratisch met de stroom.
2. De ingestelde waarden zijn natuurlijk wel afgestemd op (geijkt) de omstandigheden tijdens het snijden, als de draad zich in het schuim bevind. Binnen het schuim varieert er niet zoveel, alleen de draad buiten het schuim ondervindt (mogelijk) variabele omstandigheden (luchtstroom). Als er net zoveel draad in als buiten het schuim is, halveert dat het effect.

Gr. Dirk.

 

Sorry voor de slechte kwaliteit film. Ik weet dat het nog niet perfect is, maar het feit dat ik een mooi gat rond 6 kan snijden en dat het kerntje daaruit heel blijft, is een heel grote vooruitgang.

Hugo

 

Inderdaad, he is een hele vooruitgang.
Het rondje ziet er aardig uit, maar het is lastig goed te beoordelen.


Ik zie nog wel 2 signalen van een nog niet volledig goede temperatuur/snijsnelheid:

• op 3:57 min zie je ribbels in het schuim. Die duiden op te koud/te snel snijden. Dat is overigens in overeenstemming met mijn gevoel. Je hebt toen geschreven dat je op een kerf van 1 mm zat, dat is naar mijn gevoel erg weinig
• op 4:05 zie ik een voor(?)lijst die in het midden sterk omhoog komt. Daar blijft de draad hangen. Je snijdt dus nog steeds met contact.

Succes,
Dirk.

 

Contact weet ik niet, maar ik snij nu al net weer iets warmer / hogere stroom. Finetunen, de meest recente vleugel is al wel gesheet en dat ging best!

Hugo

 

Gladde ondergrond, dun stuk piepschuim, ook niet te groot, geen gewichten erop, snijden maar. Als het beweegt snij je met contact.

Checken tijdens het snijden met de loep. Als je bijna goed zit, beweegt het nauwelijks meer, soms een tikje van 0,1mm ....

Dirk