O corte por chorro de auga pode ser un método de procesamento máis sinxelo, pero está equipado cun potente punzón e require que o operador sexa consciente do desgaste e da precisión de varias pezas.
O proceso de corte por chorro de auga máis sinxelo é o de cortar materiais con chorros de auga a alta presión. Esta tecnoloxía adoita ser complementaria a outras tecnoloxías de procesamento, como o fresado, o láser, a electroerosión e o plasma. No proceso de chorro de auga, non se forman substancias nocivas nin vapor, e non se forma ningunha zona afectada pola calor nin tensión mecánica. Os chorros de auga poden cortar detalles ultrafinos en pedra, vidro e metal; perforar rapidamente buratos en titanio; cortar alimentos; e mesmo matar patóxenos en bebidas e salsas.
Todas as máquinas de chorro de auga teñen unha bomba que pode presurizar a auga para a súa subministración ao cabezal de corte, onde se converte nun fluxo supersónico. Hai dous tipos principais de bombas: as bombas baseadas en accionamento directo e as bombas baseadas en sobrepresión.
A función da bomba de accionamento directo é similar á dunha limpadora de alta presión, e a bomba de tres cilindros acciona tres pistóns directamente desde o motor eléctrico. A presión máxima de traballo continua é entre un 10 % e un 25 % inferior á das bombas de reforzo similares, pero isto aínda as mantén entre 20 000 e 50 000 psi.
As bombas baseadas en intensificadores constitúen a maioría das bombas de presión ultraalta (é dicir, bombas de máis de 30.000 psi). Estas bombas conteñen dous circuítos de fluído, un para a auga e outro para a hidráulica. O filtro de entrada de auga pasa primeiro por un filtro de cartucho de 1 micra e despois por un filtro de 0,45 micra para aspirar auga da billa común. Esta auga entra na bomba de sobrepresión. Antes de entrar na bomba de sobrepresión, a presión da bomba de sobrepresión mantense a uns 90 psi. Aquí, a presión aumenta a 60.000 psi. Antes de que a auga finalmente saia do conxunto da bomba e chegue ao cabezal de corte a través da tubaxe, a auga pasa a través do amortecedor. O dispositivo pode suprimir as flutuacións de presión para mellorar a consistencia e eliminar os pulsos que deixan marcas na peza de traballo.
No circuíto hidráulico, o motor eléctrico entre os motores eléctricos extrae aceite do depósito de aceite e o presuriza. O aceite presurizado flúe cara ao colector e a válvula do colector inxecta alternativamente aceite hidráulico a ambos os dous lados do conxunto da galleta e do émbolo para xerar a acción de carreira do servomotor. Dado que a superficie do émbolo é máis pequena que a da galleta, a presión do aceite "mellora" a presión da auga.
O sobrealimentador é unha bomba alternativa, o que significa que o conxunto de biscoito e émbolo subministra auga a alta presión desde un lado do sobrealimentador, mentres que a auga a baixa presión enche o outro lado. A recirculación tamén permite que o aceite hidráulico arrefríe cando regresa ao tanque. A válvula de retención garante que a auga a baixa e alta presión só poida fluír nunha dirección. Os cilindros de alta presión e as tapas que encapsulan os compoñentes do émbolo e do biscoito deben cumprir requisitos especiais para soportar as forzas do proceso e os ciclos de presión constantes. Todo o sistema está deseñado para fallar gradualmente e as fugas fluirán a "orificios de drenaxe" especiais, que o operador pode monitorizar para programar mellor o mantemento regular.
Un tubo especial de alta presión transporta a auga ata o cabezal de corte. O tubo tamén pode proporcionar liberdade de movemento para o cabezal de corte, dependendo do tamaño do tubo. O aceiro inoxidable é o material escollido para estes tubos, e hai tres tamaños comúns. Os tubos de aceiro cun diámetro de 1/4 de polgada son o suficientemente flexibles como para conectar a equipos deportivos, pero non se recomendan para o transporte de auga a alta presión a longa distancia. Dado que este tubo é fácil de dobrar, mesmo nun rolo, unha lonxitude de 10 a 20 pés pode lograr movementos X, Y e Z. Os tubos máis grandes de 3/8 de polgada adoitan transportar auga desde a bomba ata a parte inferior do equipo en movemento. Aínda que se poden dobrar, xeralmente non son axeitados para equipos de movemento de tubaxes. O tubo máis grande, que mide 9/16 de polgadas, é o mellor para transportar auga a alta presión a longas distancias. Un diámetro maior axuda a reducir a perda de presión. Os tubos deste tamaño son moi compatibles con bombas grandes, porque unha gran cantidade de auga a alta presión tamén ten un maior risco de posible perda de presión. Non obstante, as tubaxes deste tamaño non se poden dobrar e é necesario instalar accesorios nas esquinas.
A máquina de corte por chorro de auga pura é a máquina de corte por chorro de auga máis antiga, e a súa historia remóntase a principios da década de 1970. En comparación co contacto ou a inhalación de materiais, producen menos auga nos materiais, polo que son axeitadas para a produción de produtos como interiores de automóbiles e cueiros desbotables. O fluído é moi fino (de 0,004 polgadas a 0,010 polgadas de diámetro) e proporciona xeometrías extremadamente detalladas con moi pouca perda de material. A forza de corte é extremadamente baixa e a fixación adoita ser sinxela. Estas máquinas son máis axeitadas para un funcionamento de 24 horas.
Ao considerar un cabezal de corte para unha máquina de chorro de auga pura, é importante lembrar que a velocidade do fluxo son os fragmentos ou partículas microscópicas do material de rasgado, non a presión. Para lograr esta alta velocidade, a auga a presión flúe a través dun pequeno burato nunha xema (xeralmente un zafiro, rubí ou diamante) fixado no extremo da boquilla. O corte típico usa un diámetro de orificio de 0,004 polgadas a 0,010 polgadas, mentres que as aplicacións especiais (como o formigón proxectado) poden usar tamaños de ata 0,10 polgadas. A 40.000 psi, o fluxo do orificio viaxa a unha velocidade de aproximadamente Mach 2 e, a 60.000 psi, o fluxo supera Mach 3.
Diferentes xoias teñen diferente experiencia no corte por chorro de auga. O zafiro é o material de uso xeral máis común. Duran aproximadamente de 50 a 100 horas de tempo de corte, aínda que a aplicación de chorro de auga abrasivo reduce á metade estes tempos. Os rubís non son axeitados para o corte por chorro de auga puro, pero o fluxo de auga que producen é moi axeitado para o corte abrasivo. No proceso de corte abrasivo, o tempo de corte para os rubís é de aproximadamente 50 a 100 horas. Os diamantes son moito máis caros que os zafiros e os rubís, pero o tempo de corte está entre 800 e 2.000 horas. Isto fai que o diamante sexa especialmente axeitado para un funcionamento de 24 horas. Nalgúns casos, o orificio do diamante tamén se pode limpar e reutilizar por ultrasóns.
Na máquina de corte por chorro de auga abrasivo, o mecanismo de eliminación de material non é o fluxo de auga en si. Pola contra, o fluxo acelera as partículas abrasivas para corroer o material. Estas máquinas son miles de veces máis potentes que as máquinas de corte por chorro de auga puro e poden cortar materiais duros como metal, pedra, materiais compostos e cerámica.
O chorro abrasivo é maior que o chorro de auga pura, cun diámetro entre 0,020 polgadas e 0,050 polgadas. Poden cortar pilas e materiais de ata 10 polgadas de grosor sen crear zonas afectadas pola calor nin tensión mecánica. Aínda que a súa resistencia aumentou, a forza de corte do chorro abrasivo segue sendo inferior a unha libra. Case todas as operacións de chorro abrasivo empregan un dispositivo de chorro e poden cambiar facilmente do uso dun só cabezal ao uso de varios cabezales, e mesmo o chorro de auga abrasivo pódese converter nun chorro de auga pura.
O abrasivo é area dura, especialmente seleccionada e granulada, normalmente granate. Diferentes tamaños de malla son axeitados para diferentes traballos. Pódese obter unha superficie lisa con abrasivos de malla 120, mentres que os abrasivos de malla 80 demostraron ser máis axeitados para aplicacións xerais. A velocidade de corte con abrasivo de malla 50 é máis rápida, pero a superficie é lixeiramente máis rugosa.
Aínda que os chorros de auga son máis fáciles de operar que moitas outras máquinas, o tubo de mestura require a atención do operador. O potencial de aceleración deste tubo é como o dun canón de rifle, con diferentes tamaños e diferentes vidas útiles de substitución. O tubo de mestura de longa duración é unha innovación revolucionaria no corte por chorro de auga abrasivo, pero o tubo segue sendo moi fráxil: se o cabezal de corte entra en contacto cun accesorio, un obxecto pesado ou o material obxectivo, o tubo pode romperse. As tubaxes danadas non se poden reparar, polo que manter os custos baixos require minimizar a substitución. As máquinas modernas adoitan ter unha función automática de detección de colisións para evitar colisións co tubo de mestura.
A distancia de separación entre o tubo de mestura e o material obxectivo adoita ser de 0,010 polgadas a 0,200 polgadas, pero o operador debe ter en conta que unha separación superior a 0,080 polgadas provocará a formación de xeado na parte superior do bordo cortado da peza. O corte baixo a auga e outras técnicas poden reducir ou eliminar esta formación de xeado.
Inicialmente, o tubo de mestura estaba feito de carburo de volframio e só tiña unha vida útil de catro a seis horas de corte. Os tubos compostos de baixo custo actuais poden alcanzar unha vida útil de corte de 35 a 60 horas e recoméndanse para cortes en bruto ou para a formación de novos operadores. O tubo composto de carburo cementado amplía a súa vida útil a 80 a 90 horas de corte. O tubo composto de carburo cementado de alta calidade ten unha vida útil de corte de 100 a 150 horas, é axeitado para traballos de precisión e diarios e presenta o desgaste concéntrico máis predicible.
Ademais de proporcionar movemento, as máquinas-ferramenta de chorro de auga tamén deben incluír un método para fixar a peza de traballo e un sistema para recoller e recoller auga e residuos das operacións de mecanizado.
As máquinas estacionarias e unidimensionais son os chorros de auga máis sinxelos. Os chorros de auga estacionarios úsanse habitualmente na industria aeroespacial para recortar materiais compostos. O operador introduce o material no regato como unha serra de cinta, mentres que o colector recolle o regato e os restos. A maioría dos chorros de auga estacionarios son chorros de auga puros, pero non todos. A máquina de corte longitudinal é unha variante da máquina estacionaria, na que produtos como o papel se alimentan a través da máquina e o chorro de auga corta o produto a un ancho específico. Unha máquina de corte transversal é unha máquina que se move ao longo dun eixe. A miúdo funcionan con máquinas de corte longitudinal para crear patróns en forma de cuadrícula en produtos como máquinas expendedoras como os brownies. A máquina de corte longitudinal corta o produto a un ancho específico, mentres que a máquina de corte transversal corta transversalmente o produto alimentado debaixo dela.
Os operadores non deben usar manualmente este tipo de chorro de auga abrasivo. É difícil mover o obxecto cortado a unha velocidade específica e constante, e é extremadamente perigoso. Moitos fabricantes nin sequera cotizan máquinas para estes axustes.
A mesa XY, tamén chamada máquina de corte de cama plana, é a máquina de corte por chorro de auga bidimensional máis común. Os chorros de auga pura cortan xuntas, plásticos, goma e escuma, mentres que os modelos abrasivos cortan metais, materiais compostos, vidro, pedra e cerámica. A mesa de traballo pode ser tan pequena como de 2 × 4 pés ou tan grande como de 30 × 100 pés. Normalmente, o control destas máquinas-ferramenta realízase mediante CNC ou PC. Os servomotores, xeralmente con retroalimentación de bucle pechado, garanten a integridade da posición e a velocidade. A unidade básica inclúe guías lineais, carcasas de rolamentos e accionamentos de parafuso de bólas, mentres que a unidade de ponte tamén inclúe estas tecnoloxías, e o tanque de recollida inclúe soporte de material.
As mesas de traballo XY adoitan vir en dous estilos: a mesa de traballo de pórtico con carril central inclúe dous carrís guía de base e unha ponte, mentres que a mesa de traballo en voladizo usa unha base e unha ponte ríxida. Ambos os tipos de máquina inclúen algún tipo de axuste da altura da cabeza. Este axuste do eixe Z pode adoptar a forma dunha manivela manual, un parafuso eléctrico ou un parafuso servo totalmente programable.
O sumidoiro da mesa de traballo XY adoita ser un tanque de auga cheo de auga, equipado con grellas ou listóns para soportar a peza de traballo. O proceso de corte consome estes soportes lentamente. A trampa pódese limpar automaticamente, os residuos almacénanse no colector ou pode ser manual e o operador palea o bote regularmente.
A medida que aumenta a proporción de elementos case sen superficies planas, as capacidades de cinco eixes (ou máis) son esenciais para o corte por chorro de auga moderno. Afortunadamente, o cabezal de corte lixeiro e a baixa forza de retroceso durante o proceso de corte proporcionan aos enxeñeiros de deseño unha liberdade que o fresado con alta carga non ten. O corte por chorro de auga de cinco eixes utilizaba inicialmente un sistema de plantilla, pero os usuarios pronto recorreron aos cinco eixes programables para desfacerse do custo da plantilla.
Non obstante, mesmo con software dedicado, o corte en 3D é máis complicado que o corte en 2D. A parte traseira composta do Boeing 777 é un exemplo extremo. Primeiro, o operador carga o programa e programa o vara flexible "pogostick". A grúa transporta o material das pezas e a barra de resorte desenroscase a unha altura axeitada e as pezas quedan fixadas. O eixe Z especial sen corte usa unha sonda de contacto para posicionar con precisión a peza no espazo e tomar puntos de mostra para obter a elevación e a dirección correctas da peza. Despois diso, o programa rediríxese á posición real da peza; a sonda retráese para deixar espazo para o eixe Z do cabezal de corte; o programa execútase para controlar os cinco eixes para manter o cabezal de corte perpendicular á superficie a cortar e para funcionar segundo sexa necesario. Desprázase a unha velocidade precisa.
Para cortar materiais compostos ou calquera metal de máis de 0,05 polgadas necesítanse abrasivos, o que significa que se debe evitar que o expulsor corte a barra de resorte e a base de ferramentas despois do corte. A captura de puntos especial é a mellor maneira de conseguir o corte por chorro de auga de cinco eixes. As probas demostraron que esta tecnoloxía pode deter un avión a reacción de 50 cabalos de potencia por debaixo das 6 polgadas. O marco en forma de C conecta o receptor ao pulso do eixe Z para atrapar correctamente a bóla cando o cabezal recorta toda a circunferencia da peza. O receptor de puntos tamén detén a abrasión e consome bólas de aceiro a unha velocidade de aproximadamente 0,5 a 1 libra por hora. Neste sistema, o chorro detense pola dispersión da enerxía cinética: despois de que o chorro entre na trampa, atopa a bóla de aceiro contida e a bóla de aceiro xira para consumir a enerxía do chorro. Mesmo cando está horizontal e (nalgúns casos) boca abaixo, o receptor de puntos pode funcionar.
Non todas as pezas de cinco eixes son igual de complexas. A medida que aumenta o tamaño da peza, o axuste do programa e a verificación da posición da peza e a precisión do corte fanse máis complicados. Moitos talleres empregan máquinas 3D para cortes 2D sinxelos e cortes 3D complexos todos os días.
Os operadores deben ser conscientes de que existe unha gran diferenza entre a precisión dunha peza e a precisión do movemento da máquina. Mesmo unha máquina con precisión case perfecta, movemento dinámico, control de velocidade e excelente repetibilidade pode non ser capaz de producir pezas "perfectas". A precisión da peza acabada é unha combinación de erro de proceso, erro da máquina (rendemento XY) e estabilidade da peza (fixación, planitude e estabilidade da temperatura).
Ao cortar materiais cun grosor inferior a 1 polgada, a precisión do chorro de auga adoita estar entre ±0,003 e 0,015 polgadas (0,07 e 0,4 mm). A precisión dos materiais de máis de 1 polgada de grosor está entre ±0,005 e 0,100 polgadas (0,12 e 2,5 mm). A mesa XY de alto rendemento está deseñada para unha precisión de posicionamento lineal de 0,005 polgadas ou superior.
Entre os posibles erros que afectan á precisión inclúense erros de compensación de ferramentas, erros de programación e movemento da máquina. A compensación de ferramentas é o valor introducido no sistema de control para ter en conta o ancho de corte do chorro, é dicir, a cantidade de traxectoria de corte que se debe expandir para que a peza final obteña o tamaño correcto. Para evitar posibles erros en traballos de alta precisión, os operadores deben realizar cortes de proba e comprender que a compensación de ferramentas debe axustarse para que coincida coa frecuencia de desgaste do tubo de mestura.
Os erros de programación prodúcense con maior frecuencia porque algúns controis XY non mostran as dimensións no programa da peza, o que dificulta a detección da falta de coincidencia dimensional entre o programa da peza e o debuxo CAD. Os aspectos importantes do movemento da máquina que poden introducir erros son a separación e a repetibilidade na unidade mecánica. O axuste do servo tamén é importante, porque un axuste incorrecto do servo pode causar erros nas separacións, na repetibilidade, na verticalidade e nas vibracións. As pezas pequenas cunha lonxitude e anchura inferiores a 12 polgadas non requiren tantas mesas XY como as pezas grandes, polo que a posibilidade de erros de movemento da máquina é menor.
Os abrasivos representan dous terzos dos custos operativos dos sistemas de chorro de auga. Outros inclúen enerxía, auga, aire, selos, válvulas de retención, orificios, tubos de mestura, filtros de entrada de auga e pezas de reposto para bombas hidráulicas e cilindros de alta presión.
O funcionamento a plena potencia parecía máis caro ao principio, pero o aumento da produtividade superou o custo. A medida que aumenta o caudal de abrasivo, a velocidade de corte aumentará e o custo por polgada diminuirá ata alcanzar o punto óptimo. Para unha produtividade máxima, o operador debe facer funcionar o cabezal de corte á velocidade de corte máis rápida e á potencia máxima para un uso óptimo. Se un sistema de 100 cabalos de potencia só pode facer funcionar un cabezal de 50 cabalos de potencia, entón o funcionamento de dous cabezales no sistema pode lograr esta eficiencia.
A optimización do corte por chorro de auga abrasivo require atención á situación específica en cuestión, pero pode proporcionar excelentes aumentos da produtividade.
Non é aconsellable cortar un oco de aire maior de 0,020 polgadas porque o chorro ábrese no oco e corta bruscamente os niveis inferiores. Apilar as follas de material xuntas pode evitar isto.
Mida a produtividade en termos de custo por polgada (é dicir, o número de pezas fabricadas polo sistema), non de custo por hora. De feito, a produción rápida é necesaria para amortizar os custos indirectos.
Os chorros de auga que adoitan perforar materiais compostos, vidro e pedras deberían estar equipados cun controlador que poida reducir e aumentar a presión da auga. A asistencia ao baleiro e outras tecnoloxías aumentan a probabilidade de perforar con éxito materiais fráxiles ou laminados sen danar o material obxectivo.
A automatización da manipulación de materiais só ten sentido cando a manipulación de materiais representa unha gran parte do custo de produción das pezas. As máquinas de chorro de auga abrasivas adoitan empregar a descarga manual, mentres que o corte de placas emprega principalmente a automatización.
A maioría dos sistemas de chorro de auga empregan auga da billa común e o 90 % dos operadores de chorro de auga non fan ningún outro preparativo que abrandar a auga antes de enviala ao filtro de entrada. O uso de osmose inversa e desionizadores para purificar a auga pode ser tentador, pero a eliminación de ións facilita que a auga absorba os ións dos metais nas bombas e nas tubaxes de alta presión. Pode prolongar a vida útil do orificio, pero o custo de substituír o cilindro de alta presión, a válvula de retención e a tapa do extremo é moito maior.
O corte baixo a auga reduce a formación de xeado superficial (tamén coñecido como "empañamento") no bordo superior do corte con chorro de auga abrasivo, ao tempo que reduce considerablemente o ruído do chorro e o caos no lugar de traballo. Non obstante, isto reduce a visibilidade do chorro, polo que se recomenda usar a monitorización electrónica do rendemento para detectar desviacións das condicións máximas e deter o sistema antes de que se produzan danos nos compoñentes.
Para sistemas que empregan diferentes tamaños de criba abrasiva para diferentes traballos, use almacenamento e dosificación adicionais para tamaños comúns. O transporte a granel pequeno (100 lb) ou grande (500 a 2.000 lb) e as válvulas dosificadoras relacionadas permiten un cambio rápido entre os tamaños de malla da criba, o que reduce o tempo de inactividade e as molestias, ao tempo que aumenta a produtividade.
O separador pode cortar eficazmente materiais cun grosor inferior a 0,3 polgadas. Aínda que estas lengüetas adoitan garantir un segundo afilado do macho, poden conseguir unha manipulación de materiais máis rápida. Os materiais máis duros terán etiquetas máis pequenas.
Máquina con chorro de auga abrasiva e control da profundidade de corte. Para as pezas correctas, este proceso incipiente pode proporcionar unha alternativa atractiva.
Sunlight-Tech Inc. empregou os centros de micromecanizado e microfresado láser Microlution de GF Machining Solutions para producir pezas con tolerancias inferiores a 1 micra.
O corte por chorro de auga ocupa un lugar no campo da fabricación de materiais. Este artigo analiza como funcionan os chorros de auga para a túa tenda e analiza o proceso.
Data de publicación: 04-09-2021