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 manteña a conciencia do desgaste e da precisión de varias pezas.
O corte por chorro de auga máis sinxelo é o proceso de cortar chorros de auga a alta presión en materiais. Esta tecnoloxía adoita ser complementaria a outras tecnoloxías de procesado, como fresado, láser, EDM e 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 incluso matar os patóxenos en bebidas e salsas.
Todas as máquinas de chorro de auga teñen unha bomba que pode presurizar a auga para entregala ao cabezal de corte, onde se converte nun fluxo supersónico. Hai dous tipos principais de bombas: bombas baseadas en accionamento directo e bombas baseadas en booster.
O papel da bomba de accionamento directo é semellante ao dunha limpeza de alta presión, e a bomba de tres cilindros acciona tres émbolos directamente desde o motor eléctrico. A presión de traballo continua máxima é un 10 % a un 25 % inferior á das bombas de refuerzo similares, pero aínda así as mantén entre 20.000 e 50.000 psi.
As bombas baseadas en intensificadores constitúen a maioría das bombas de ultra alta presión (é dicir, as bombas de máis de 30.000 psi). Estas bombas conteñen dous circuítos de fluídos, un para auga e outro para hidráulico. O filtro de entrada de auga pasa primeiro por un filtro de cartucho de 1 micra e despois por un filtro de 0,45 micras para aspirar a auga común da billa. Esta auga entra na bomba de refuerzo. Antes de que entre na bomba de refuerzo, a presión da bomba de refuerzo mantense nuns 90 psi. Aquí, a presión aumenta a 60.000 psi. Antes de que a auga finalmente abandone o conxunto da bomba e chegue ao cabezal de corte a través da canalización, a auga pasa polo 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 presionao. O aceite a presión flúe ao colector e a válvula do colector inxecta alternativamente aceite hidráulico a ambos os dous lados do conxunto de biscoito e émbolo para xerar a acción do impulsor. Dado que a superficie do émbolo é máis pequena que a do biscoito, a presión do aceite "mejora" a presión da auga.
O booster é unha bomba de vaivén, o que significa que o conxunto de galletas e émbolo entrega auga a alta presión desde un lado do booster, mentres que a auga a baixa presión enche o outro lado. A recirculación tamén permite que o aceite hidráulico se arrefríe cando volve ao depósito. A válvula de retención garante que a auga de baixa e alta presión só poida fluír nunha dirección. Os cilindros de alta presión e as tapas dos extremos que encapsulan os compoñentes do émbolo e do biscoito deben cumprir requisitos especiais para soportar as forzas do proceso e os ciclos de presión constante. Todo o sistema está deseñado para fallar gradualmente e as fugas fluirán cara a "buratos de drenaxe" especiais, que o operador pode supervisar 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 de elección 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 conectarse a equipos deportivos, pero non se recomendan para o transporte a longa distancia de auga a alta presión. Dado que este tubo é fácil de dobrar, mesmo nun rolo, unha lonxitude de 10 a 20 pés pode lograr o movemento X, Y e Z. Os tubos máis grandes de 3/8 de polgada e 3/8 de polgada normalmente levan auga desde a bomba ata o fondo do equipo en movemento. Aínda que se pode dobrar, xeralmente non é axeitado para equipos de movemento de canalizacións. O tubo máis grande, que mide 9/16 polgadas, é o mellor para transportar auga a alta presión a longas distancias. Un diámetro maior axuda a reducir a perda de presión. As tubaxes deste tamaño son moi compatibles con bombas grandes, porque unha gran cantidade de auga a alta presión tamén ten un maior risco de potencial perda de presión. Non obstante, os tubos deste tamaño non se poden dobrar e hai que instalar accesorios nas esquinas.
A máquina de corte por chorro de auga pura é a primeira máquina de corte por chorro de auga e a súa historia remóntase a principios dos anos 70. En comparación co contacto ou a inhalación de materiais, producen menos auga sobre os materiais, polo que son axeitados para a produción de produtos como interiores de automóbiles e cueiros desbotables. O fluído é moi delgado (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 moi baixa e a fixación adoita ser sinxela. Estas máquinas son as máis adecuadas para funcionar as 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 conseguir esta alta velocidade, a auga a presión flúe por un pequeno burato nunha xema (xeralmente un zafiro, rubí ou diamante) fixado ao final 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 pulverizado) 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 diferentes coñecementos no corte por chorro de auga. O zafiro é o material de uso xeral máis común. Duran aproximadamente entre 50 e 100 horas de tempo de corte, aínda que a aplicación de chorro de auga abrasivo reduce estes tempos á metade. Os rubíes 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 dos rubíes é dunhas 50 a 100 horas. Os diamantes son moito máis caros que os zafiros e os rubíes, pero o tempo de corte é de entre 800 e 2.000 horas. Isto fai que o diamante sexa especialmente axeitado para o funcionamento de 24 horas. Nalgúns casos, o orificio de diamante tamén se pode limpar por ultrasóns e reutilizarse.
Na máquina de chorro de auga abrasivo, o mecanismo de eliminación do material non é o propio fluxo de auga. 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 pura e poden cortar materiais duros como metal, pedra, materiais compostos e cerámica.
A corrente abrasiva é maior que a corrente en chorro de auga pura, cun diámetro entre 0,020 polgadas e 0,050 polgadas. Poden cortar pilas e materiais de ata 10 polgadas de espesor sen crear zonas afectadas pola calor ou tensión mecánica. Aínda que a súa forza aumentou, a forza de corte da corrente abrasiva aínda é inferior a unha libra. Case todas as operacións de inxección de abrasivos usan un dispositivo de inxección, podendo cambiar facilmente do uso dun só cabezal ao uso de varias cabezas, e mesmo o chorro de auga abrasiva pódese converter nun chorro de auga pura.
O abrasivo é duro, especialmente seleccionado e dimensionado de area, normalmente granate. Os diferentes tamaños de reixa 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 de propósito xeral. A velocidade de corte abrasivo de 50 mallas é máis rápida, pero a superficie é un pouco máis rugosa.
Aínda que os chorros de auga son máis fáciles de manexar que moitas outras máquinas, o tubo de mestura require a atención do operador. O potencial de aceleración deste tubo é como un canón de rifle, con diferentes tamaños e vida de substitución diferente. O tubo de mestura de longa duración é unha innovación revolucionaria no corte por chorro de auga abrasivo, pero o tubo aínda é moi fráxil: se o cabezal de corte entra en contacto cun accesorio, un obxecto pesado ou o material obxectivo, o tubo pode frear. As tubaxes danadas non se poden reparar, polo que manter os custos baixos require minimizar a substitución. As máquinas modernas adoitan ter unha función de detección automática 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 xeadas na parte superior do bordo cortado da peza. O corte subacuático e outras técnicas poden reducir ou eliminar esta xeada.
Inicialmente, o tubo de mestura estaba feito de carburo de tungsteno 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 son recomendados para o corte desbastado ou a formación de novos operadores. O tubo de carburo cementado composto estende a súa vida útil de 80 a 90 horas de corte. O tubo de carburo cementado composto de alta calidade ten unha vida útil de corte de 100 a 150 horas, é axeitado para a precisión e o traballo diario e presenta o desgaste concéntrico máis previsible.
Ademais de proporcionar movemento, as máquinas ferramenta de chorro de auga tamén deben incluír un método de suxeición da peza e un sistema para recoller e recoller auga e restos das operacións de mecanizado.
As máquinas estacionarias e unidimensionales son os chorros de auga máis sinxelos. Os chorros de auga estacionarios úsanse habitualmente no sector 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 é unha variante da máquina estacionaria, na que produtos como o papel pasan pola máquina e o chorro de auga corta o produto nun ancho específico. Unha máquina de corte transversal é unha máquina que se move ao longo dun eixe. Adoitan traballar con máquinas de corte para facer patróns de reixa en produtos como máquinas expendedoras como brownies. A máquina de corte corta o produto nun ancho específico, mentres que a máquina de corte transversal corta o produto alimentado por 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 citarán máquinas para esta configuración.
A mesa XY, tamén chamada máquina de corte plana, é a máquina de corte por chorro de auga bidimensional máis común. Os chorros de auga pura cortan xuntas, plásticos, caucho e escuma, mentres que os modelos abrasivos cortan metais, compostos, vidro, pedra e cerámica. O banco de traballo pode ser tan pequeno como 2 × 4 pés ou tan grande como 30 × 100 pés. Normalmente, o control destas máquinas ferramenta realízase mediante CNC ou PC. Os servomotores, xeralmente con retroalimentación en bucle pechado, garanten a integridade da posición e da velocidade. A unidade básica inclúe guías lineais, carcasas de rodamentos e unidades de parafuso de bolas, mentres que a unidade ponte tamén inclúe estas tecnoloxías e o depósito de recollida inclúe soporte de material.
Os bancos de traballo XY adoitan vir en dous estilos: o banco de traballo de pórtico de carril medio inclúe dous carrís de guía base e unha ponte, mentres que o banco de traballo en voladizo usa unha base e unha ponte ríxida. Ambos tipos de máquina inclúen algún tipo de axuste de altura da cabeza. Esta capacidade de axuste do eixe Z pode tomar a forma dunha manivela manual, un parafuso eléctrico ou un servoparafuso totalmente programable.
O sumidoiro do banco de traballo XY adoita ser un depósito de auga cheo de auga, que está equipado con reixas ou lamas para soportar a peza de traballo. O proceso de corte consome estes soportes lentamente. A trampa pódese limpar automaticamente, os residuos almacénanse no recipiente ou pode ser manual, e o operador pásalle regularmente a lata.
A medida que aumenta a proporción de elementos case sen superficies planas, as capacidades de cinco eixes (ou máis) son esenciais para o corte con 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 a liberdade que non ten o fresado de alta carga. O corte por chorro de auga de cinco eixes utilizou inicialmente un sistema de modelo, pero os usuarios pronto pasaron ao programa de cinco eixes para desfacerse do custo do modelo.
Non obstante, mesmo cun software dedicado, o corte en 3D é máis complicado que o en 2D. A parte de cola composta do Boeing 777 é un exemplo extremo. En primeiro lugar, o operador carga o programa e programa o persoal flexible "pogostick". O puente grúa transporta o material das pezas, a barra de resorte desaparafusa ata unha altura adecuada e as pezas fíxanse. O eixe Z especial non cortante usa unha sonda de contacto para posicionar con precisión a peza no espazo e puntos de mostra para obter a elevación e dirección correctas da peza. Despois diso, o programa é redirixido á posición real da peza; a sonda retrae para facer 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 operar segundo sexa necesario.
Os abrasivos son necesarios para cortar materiais compostos ou calquera metal de máis de 0,05 polgadas, o que significa que hai que evitar que o expulsor corte a barra de resorte e a cama da ferramenta despois do corte. A captura de puntos especiais é a mellor forma 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 de 6 polgadas. O marco en forma de C conecta o receptor co pulso do eixe Z para atrapar correctamente a pelota cando a cabeza recorta toda a circunferencia da peza. O capturador de puntos tamén detén a abrasión e consume bolas de aceiro a un ritmo de aproximadamente 0,5 a 1 libra por hora. Neste sistema, o chorro deténse pola dispersión da enerxía cinética: despois de que o chorro entra na trampa, atopa a bola de aceiro contida e a bola de aceiro xira para consumir a enerxía do chorro. Aínda que sexa horizontal e (nalgúns casos) boca abaixo, o capturador 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 da precisión de corte faise máis complicado. Moitas tendas usan máquinas 3D para o corte 2D sinxelo e o corte 3D complexo todos os días.
Os operadores deben ser conscientes de que hai unha gran diferenza entre a precisión da peza e a precisión do movemento da máquina. Incluso unha máquina cunha 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).
Cando se cortan materiais cun espesor inferior a 1 polgada, a precisión do chorro de auga adoita estar entre ±0,003 e 0,015 polgadas (0,07 a 0,4 mm). A precisión dos materiais de máis de 1 polgada de espesor está dentro de ±0,005 a 0,100 polgadas (0,12 a 2,5 mm). A mesa XY de alto rendemento está deseñada para unha precisión de posicionamento lineal de 0,005 polgadas ou superior.
Os posibles erros que afectan á precisión inclúen os erros de compensación da ferramenta, os erros de programación e o movemento da máquina. A compensación da ferramenta é o valor introducido no sistema de control para ter en conta a anchura de corte do chorro, é dicir, a cantidade de camiño de corte que debe ampliarse para que a peza final teña o tamaño correcto. Para evitar posibles erros no traballo de alta precisión, os operadores deben realizar cortes de proba e comprender que a compensación da ferramenta debe axustarse para que coincida coa frecuencia de desgaste do tubo de mestura.
Os erros de programación prodúcense a maioría das veces porque algúns controis XY non mostran as dimensións no programa de pezas, polo que é difícil detectar a falta de coincidencia dimensional entre o programa de pezas e o debuxo CAD. Aspectos importantes do movemento da máquina que poden introducir erros son a brecha e a repetibilidade na unidade mecánica. O axuste do servo tamén é importante, porque un axuste incorrecto do servo pode causar erros nos espazos, repetibilidade, verticalidade e vibración. As pezas pequenas cunha lonxitude e ancho de menos de 12 polgadas non requiren tantas táboas XY como 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 recambio 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 chegar ao punto óptimo. Para obter a máxima produtividade, o operador debe executar o cabezal de corte á velocidade de corte máis rápida e á máxima potencia para un uso óptimo. Se un sistema de 100 cabalos de potencia só pode executar un cabezal de 50 cabalos, entón executar dúas cabezas no sistema pode acadar esta eficiencia.
A optimización do corte por chorro de auga abrasivo require atención á situación específica, pero pode proporcionar excelentes aumentos de produtividade.
Non é prudente cortar un espazo de aire superior a 0,020 polgadas porque o chorro ábrese no espazo e corta aproximadamente os niveis máis baixos. Empilando as follas de material moi preto pode evitar isto.
Mide a produtividade en termos de custo por polgada (é dicir, o número de pezas fabricadas polo sistema), non de custo por hora. De feito, é necesaria unha produción rápida para amortizar os custos indirectos.
Os chorros de auga que adoitan perforar materiais compostos, vidro e pedras deben 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 utilizar a descarga manual, mentres que o corte de placas utiliza principalmente a automatización.
A maioría dos sistemas de chorro de auga usan auga común da billa, e o 90% dos operadores de chorro de auga non realizan outros preparativos que non sexan suavizar a auga antes de enviar a auga ao filtro de entrada. Usar 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 as 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 final é moito maior.
O corte subacuático reduce a xeada superficial (tamén coñecida como "néboamento") no bordo superior do corte abrasivo por chorro de auga, á vez que reduce moito o ruído do chorro e o caos no lugar de traballo. Non obstante, isto reduce a visibilidade do chorro, polo que recoméndase utilizar a vixilancia electrónica do rendemento para detectar as desviacións das condicións máximas e deter o sistema antes de que se produzan danos nos compoñentes.
Para sistemas que usan diferentes tamaños de pantalla abrasiva para diferentes traballos, use almacenamento e medición adicionais para tamaños comúns. As válvulas de transporte a granel pequenas (100 lb) ou grandes (500 a 2.000 lb) e as válvulas de medición relacionadas permiten cambiar rapidamente entre os tamaños de malla de pantalla, reducindo o tempo de inactividade e os problemas, ao tempo que aumentan a produtividade.
O separador pode cortar eficazmente materiais cun espesor inferior a 0,3 polgadas. Aínda que estas lengüetas adoitan asegurar unha segunda moenda da billa, poden conseguir un manexo máis rápido do material. Os materiais máis duros terán etiquetas máis pequenas.
Máquina con chorro de auga abrasivo e controla a profundidade de corte. Para as partes correctas, este proceso incipiente pode proporcionar unha alternativa convincente.
Sunlight-Tech Inc. utilizou os centros de micromecanizado e microfresado con 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 na túa tenda e analiza o proceso.
Hora de publicación: 04-09-2021