O corte por jato de água pode ser um método de processamento mais simples, mas é equipado com um punção poderoso e exige que o operador esteja atento ao desgaste e à precisão de múltiplas peças.
O corte por jato de água mais simples é o processo de corte de materiais com jatos de água de alta pressão. Essa tecnologia geralmente é complementar a outras tecnologias de processamento, como fresagem, laser, EDM e plasma. No processo de jato de água, nenhuma substância nociva ou vapor é formada, e nenhuma zona afetada pelo calor ou estresse mecânico é formada. Os jatos de água podem cortar detalhes ultrafinos em pedra, vidro e metal; faça furos rapidamente em titânio; cortar alimentos; e até matar patógenos em bebidas e molhos.
Todas as máquinas a jato de água possuem uma bomba que pode pressurizar a água para entrega ao cabeçote de corte, onde é convertida em fluxo supersônico. Existem dois tipos principais de bombas: bombas baseadas em acionamento direto e bombas baseadas em reforço.
A função da bomba de acionamento direto é semelhante à de uma lavadora de alta pressão, e a bomba de três cilindros aciona três êmbolos diretamente do motor elétrico. A pressão máxima de trabalho contínuo é 10% a 25% menor do que bombas de reforço semelhantes, mas ainda as mantém entre 20.000 e 50.000 psi.
As bombas baseadas em intensificadores constituem a maioria das bombas de ultra-alta pressão (ou seja, bombas acima de 30.000 psi). Estas bombas contêm dois circuitos de fluido, um para água e outro para sistema hidráulico. O filtro de entrada de água passa primeiro por um filtro de cartucho de 1 mícron e depois por um filtro de 0,45 mícron para sugar a água da torneira comum. Essa água entra na bomba auxiliar. Antes de entrar na bomba auxiliar, a pressão da bomba auxiliar é mantida em cerca de 90 psi. Aqui, a pressão é aumentada para 60.000 psi. Antes que a água finalmente saia do conjunto bomba e chegue à cabeça de corte através da tubulação, a água passa pelo amortecedor. O dispositivo pode suprimir flutuações de pressão para melhorar a consistência e eliminar pulsos que deixam marcas na peça de trabalho.
No circuito hidráulico, o motor elétrico entre os motores elétricos retira o óleo do tanque de óleo e o pressuriza. O óleo pressurizado flui para o coletor, e a válvula do coletor injeta alternadamente óleo hidráulico em ambos os lados do conjunto do biscoito e do êmbolo para gerar a ação de curso do impulsionador. Como a superfície do êmbolo é menor que a do biscoito, a pressão do óleo “aumenta” a pressão da água.
O booster é uma bomba alternativa, o que significa que o conjunto do biscoito e do êmbolo fornece água de alta pressão de um lado do booster, enquanto a água de baixa pressão enche o outro lado. A recirculação também permite que o óleo hidráulico esfrie ao retornar ao tanque. A válvula de retenção garante que a água de baixa e alta pressão só possa fluir em uma direção. Os cilindros de alta pressão e as tampas que encapsulam os componentes do êmbolo e do biscoito devem atender a requisitos especiais para suportar as forças do processo e os ciclos de pressão constante. Todo o sistema foi projetado para falhar gradualmente e o vazamento fluirá para “orifícios de drenagem” especiais, que podem ser monitorados pelo operador para melhor programar a manutenção regular.
Um tubo especial de alta pressão transporta a água para a cabeça de corte. O tubo também pode proporcionar liberdade de movimento para a cabeça de corte, dependendo do tamanho do tubo. O aço inoxidável é o material preferido para esses tubos e existem três tamanhos comuns. Tubos de aço com diâmetro de 1/4 de polegada são flexíveis o suficiente para serem conectados a equipamentos esportivos, mas não são recomendados para transporte de água em alta pressão em longas distâncias. Como este tubo é fácil de dobrar, mesmo em um rolo, um comprimento de 10 a 20 pés pode atingir movimentos X, Y e Z. Tubos maiores de 3/8 de polegada geralmente transportam água da bomba para a parte inferior do equipamento móvel. Embora possa ser dobrado, geralmente não é adequado para equipamentos de movimentação de dutos. O tubo maior, medindo 9/16 polegadas, é melhor para transportar água em alta pressão por longas distâncias. Um diâmetro maior ajuda a reduzir a perda de pressão. Tubos deste tamanho são muito compatíveis com bombas grandes, porque uma grande quantidade de água em alta pressão também apresenta um risco maior de perda potencial de pressão. No entanto, tubos deste tamanho não podem ser dobrados e é necessário instalar acessórios nos cantos.
A máquina de corte a jato de água pura é a primeira máquina de corte a jato de água e sua história remonta ao início dos anos 1970. Comparados ao contato ou inalação de materiais, produzem menos água nos materiais, por isso são adequados para a produção de produtos como interiores automotivos e fraldas descartáveis. O fluido é muito fino - 0,004 polegadas a 0,010 polegadas de diâmetro - e fornece geometrias extremamente detalhadas com muito pouca perda de material. A força de corte é extremamente baixa e a fixação costuma ser simples. Essas máquinas são mais adequadas para operação 24 horas por dia.
Ao considerar um cabeçote de corte para uma máquina de jato de água puro, é importante lembrar que a velocidade do fluxo são os fragmentos microscópicos ou partículas do material rasgado, e não a pressão. Para atingir essa alta velocidade, a água pressurizada flui através de um pequeno orifício em uma gema (geralmente uma safira, rubi ou diamante) fixada na extremidade do bico. O corte típico usa um diâmetro de orifício de 0,004 polegadas a 0,010 polegadas, enquanto aplicações especiais (como concreto pulverizado) podem usar tamanhos de até 0,10 polegadas. A 40.000 psi, o fluxo do orifício viaja a uma velocidade de aproximadamente Mach 2, e a 60.000 psi, o fluxo excede Mach 3.
Diferentes joias têm diferentes conhecimentos em corte por jato de água. A safira é o material de uso geral mais comum. Eles duram aproximadamente 50 a 100 horas de corte, embora a aplicação do jato de água abrasivo reduza pela metade esses tempos. Os rubis não são adequados para corte por jato de água puro, mas o fluxo de água que produzem é muito adequado para corte abrasivo. No processo de corte abrasivo, o tempo de corte dos rubis é de cerca de 50 a 100 horas. Os diamantes são muito mais caros que safiras e rubis, mas o tempo de corte varia entre 800 e 2.000 horas. Isto torna o diamante particularmente adequado para operação 24 horas por dia. Em alguns casos, o orifício do diamante também pode ser limpo e reutilizado ultrassonicamente.
Na máquina abrasiva com jato de água, o mecanismo de remoção do material não é o fluxo de água em si. Por outro lado, o fluxo acelera as partículas abrasivas para corroer o material. Essas máquinas são milhares de vezes mais potentes do que as máquinas de corte por jato de água puro e podem cortar materiais duros como metal, pedra, materiais compósitos e cerâmica.
O jato abrasivo é maior que o jato de água pura, com diâmetro entre 0,020 polegadas e 0,050 polegadas. Eles podem cortar pilhas e materiais de até 25 centímetros de espessura sem criar zonas afetadas pelo calor ou estresse mecânico. Embora a sua resistência tenha aumentado, a força de corte do fluxo abrasivo ainda é inferior a meio quilo. Quase todas as operações de jateamento abrasivo usam um dispositivo de jateamento e podem facilmente mudar do uso de cabeçote único para uso de cabeçote múltiplo, e até mesmo o jato de água abrasivo pode ser convertido em um jato de água pura.
O abrasivo é duro, especialmente selecionado e dimensionado como areia - geralmente granada. Diferentes tamanhos de grade são adequados para diferentes trabalhos. Uma superfície lisa pode ser obtida com abrasivos de malha 120, enquanto os abrasivos de malha 80 provaram ser mais adequados para aplicações de uso geral. A velocidade de corte abrasivo de malha 50 é mais rápida, mas a superfície é um pouco mais áspera.
Embora os jatos de água sejam mais fáceis de operar do que muitas outras máquinas, o tubo de mistura requer atenção do operador. O potencial de aceleração deste tubo é como o de um cano de rifle, com diferentes tamanhos e diferentes vidas de reposição. O tubo de mistura de longa duração é uma inovação revolucionária no corte abrasivo com jato de água, mas o tubo ainda é muito frágil - se a cabeça de corte entrar em contato com um acessório, um objeto pesado ou o material alvo, o tubo poderá quebrar. Tubos danificados não podem ser reparados, portanto, manter os custos baixos exige minimizar a substituição. As máquinas modernas geralmente possuem uma função automática de detecção de colisão para evitar colisões com o tubo de mistura.
A distância de separação entre o tubo de mistura e o material alvo é geralmente de 0,010 polegadas a 0,200 polegadas, mas o operador deve ter em mente que uma separação maior que 0,080 polegadas causará congelamento na parte superior da borda cortada da peça. O corte subaquático e outras técnicas podem reduzir ou eliminar esse congelamento.
Inicialmente, o tubo de mistura era feito de carboneto de tungstênio e tinha vida útil de apenas quatro a seis horas de corte. Os tubos compostos de baixo custo atuais podem atingir uma vida útil de corte de 35 a 60 horas e são recomendados para corte bruto ou treinamento de novos operadores. O tubo composto de metal duro estende sua vida útil para 80 a 90 horas de corte. O tubo composto de metal duro de alta qualidade tem uma vida útil de corte de 100 a 150 horas, é adequado para precisão e trabalho diário e apresenta o desgaste concêntrico mais previsível.
Além de fornecer movimento, as máquinas-ferramentas a jato de água também devem incluir um método de fixação da peça de trabalho e um sistema para coletar e coletar água e detritos das operações de usinagem.
Máquinas estacionárias e unidimensionais são os jatos de água mais simples. Jatos de água estacionários são comumente usados na indústria aeroespacial para aparar materiais compósitos. O operador alimenta o riacho com o material como uma serra de fita, enquanto o coletor coleta o riacho e os detritos. A maioria dos jatos de água estacionários são jatos de água puros, mas não todos. A máquina de corte longitudinal é uma variante da máquina estacionária, na qual produtos como papel passam pela máquina e o jato de água corta o produto em uma largura específica. Uma máquina de corte transversal é uma máquina que se move ao longo de um eixo. Eles costumam trabalhar com máquinas de corte para criar padrões semelhantes a grades em produtos como máquinas de venda automática, como brownies. A máquina de corte corta o produto em uma largura específica, enquanto a máquina de corte transversal corta o produto alimentado abaixo dela.
Os operadores não devem usar manualmente este tipo de jato de água abrasivo. É difícil mover o objeto cortado a uma velocidade específica e consistente e é extremamente perigoso. Muitos fabricantes nem sequer citam máquinas para essas configurações.
A mesa XY, também chamada de máquina de corte plana, é a máquina de corte bidimensional por jato de água mais comum. Os jatos de água pura cortam juntas, plásticos, borracha e espuma, enquanto os modelos abrasivos cortam metais, compósitos, vidro, pedra e cerâmica. A bancada de trabalho pode ser tão pequena quanto 2 × 4 pés ou tão grande quanto 30 × 100 pés. Normalmente, o controle dessas máquinas-ferramentas é feito por CNC ou PC. Servomotores, geralmente com feedback de malha fechada, garantem a integridade da posição e da velocidade. A unidade básica inclui guias lineares, caixas de rolamentos e fusos de esferas, enquanto a unidade ponte também inclui essas tecnologias, e o tanque de coleta inclui suporte de material.
As bancadas de trabalho XY geralmente vêm em dois estilos: a bancada de pórtico de trilho intermediário inclui dois trilhos-guia de base e uma ponte, enquanto a bancada cantilever usa uma base e uma ponte rígida. Ambos os tipos de máquinas incluem alguma forma de ajuste de altura do cabeçote. Este ajuste do eixo Z pode assumir a forma de uma manivela manual, um parafuso elétrico ou um servo parafuso totalmente programável.
O reservatório da bancada XY geralmente é um tanque cheio de água, que é equipado com grades ou ripas para apoiar a peça. O processo de corte consome esses suportes lentamente. A armadilha pode ser limpa automaticamente, os resíduos são armazenados no contêiner, ou pode ser manual, e o operador limpa a lata regularmente.
À medida que aumenta a proporção de itens quase sem superfícies planas, os recursos de cinco eixos (ou mais) são essenciais para o corte por jato de água moderno. Felizmente, a cabeça de corte leve e a baixa força de recuo durante o processo de corte proporcionam aos engenheiros de projeto uma liberdade que o fresamento de alta carga não oferece. O corte por jato de água de cinco eixos inicialmente usava um sistema de modelo, mas os usuários logo passaram para o sistema de cinco eixos programável para se livrar do custo do modelo.
No entanto, mesmo com software dedicado, o corte 3D é mais complicado do que o corte 2D. A cauda composta do Boeing 777 é um exemplo extremo. Primeiro, o operador carrega o programa e programa a equipe flexível do “pogostick”. A ponte rolante transporta o material das peças, e a barra de mola é desparafusada até uma altura adequada e as peças são fixadas. O eixo Z especial sem corte usa uma sonda de contato para posicionar com precisão a peça no espaço e amostrar pontos para obter a elevação e direção corretas da peça. Depois disso, o programa é redirecionado para a posição real da peça; a sonda retrai-se para dar espaço ao eixo Z da cabeça de corte; o programa é executado para controlar todos os cinco eixos para manter a cabeça de corte perpendicular à superfície a ser cortada e para operar conforme necessário. Desloque-se a uma velocidade precisa.
Os abrasivos são necessários para cortar materiais compósitos ou qualquer metal maior que 0,05 polegadas, o que significa que o ejetor precisa ser impedido de cortar a barra de mola e a base da ferramenta após o corte. A captura de pontos especiais é a melhor maneira de obter corte com jato de água de cinco eixos. Testes mostraram que esta tecnologia pode parar um avião a jato de 50 cavalos abaixo de 6 polegadas. A estrutura em forma de C conecta o receptor ao pulso do eixo Z para capturar corretamente a bola quando a cabeça corta toda a circunferência da peça. O coletor de pontas também interrompe a abrasão e consome bolas de aço a uma taxa de cerca de 0,5 a 1 libra por hora. Neste sistema, o jato é interrompido pela dispersão da energia cinética: após o jato entrar na armadilha, ele encontra a bola de aço contida, e a bola de aço gira para consumir a energia do jato. Mesmo quando horizontalmente e (em alguns casos) de cabeça para baixo, o coletor de manchas pode funcionar.
Nem todas as peças de cinco eixos são igualmente complexas. À medida que o tamanho da peça aumenta, o ajuste do programa e a verificação da posição da peça e da precisão do corte tornam-se mais complicados. Muitas lojas usam máquinas 3D para cortes 2D simples e cortes 3D complexos todos os dias.
Os operadores devem estar cientes de que existe uma grande diferença entre a precisão da peça e a precisão do movimento da máquina. Mesmo uma máquina com precisão quase perfeita, movimento dinâmico, controle de velocidade e excelente repetibilidade pode não ser capaz de produzir peças “perfeitas”. A precisão da peça acabada é uma combinação de erro de processo, erro de máquina (desempenho XY) e estabilidade da peça (fixação, planicidade e estabilidade de temperatura).
Ao cortar materiais com espessura inferior a 1 polegada, a precisão do jato de água geralmente fica entre ±0,003 a 0,015 polegadas (0,07 a 0,4 mm). A precisão de materiais com mais de 1 polegada de espessura está entre ±0,005 a 0,100 polegadas (0,12 a 2,5 mm). A mesa XY de alto desempenho foi projetada para precisão de posicionamento linear de 0,005 polegadas ou superior.
Erros potenciais que afetam a precisão incluem erros de compensação de ferramenta, erros de programação e movimento da máquina. A compensação da ferramenta é o valor inserido no sistema de controle para levar em conta a largura de corte do jato, ou seja, a quantidade de caminho de corte que deve ser expandido para que a peça final obtenha o tamanho correto. Para evitar possíveis erros em trabalhos de alta precisão, os operadores devem realizar cortes de teste e compreender que a compensação da ferramenta deve ser ajustada para corresponder à frequência de desgaste do tubo de mistura.
Os erros de programação ocorrem com mais frequência porque alguns controles XY não exibem as dimensões no programa de peça, dificultando a detecção da falta de correspondência dimensional entre o programa de peça e o desenho CAD. Aspectos importantes do movimento da máquina que podem introduzir erros são a folga e a repetibilidade na unidade mecânica. O ajuste do servo também é importante, porque o ajuste inadequado do servo pode causar erros em lacunas, repetibilidade, verticalidade e trepidação. Peças pequenas com comprimento e largura inferiores a 12 polegadas não requerem tantas mesas XY quanto peças grandes, portanto a possibilidade de erros de movimento da máquina é menor.
Os abrasivos representam dois terços dos custos operacionais dos sistemas de jato de água. Outros incluem energia, água, ar, vedações, válvulas de retenção, orifícios, tubos de mistura, filtros de entrada de água e peças sobressalentes para bombas hidráulicas e cilindros de alta pressão.
A operação com potência total parecia mais cara no início, mas o aumento na produtividade superou o custo. À medida que a vazão do abrasivo aumenta, a velocidade de corte aumentará e o custo por polegada diminuirá até atingir o ponto ideal. Para produtividade máxima, o operador deve operar o cabeçote de corte na velocidade de corte mais rápida e na potência máxima para uso ideal. Se um sistema de 100 cavalos de potência só pode operar um cabeçote de 50 cavalos, então operar dois cabeçotes no sistema pode atingir essa eficiência.
A otimização do corte com jato de água abrasivo requer atenção à situação específica em questão, mas pode proporcionar excelentes aumentos de produtividade.
Não é aconselhável cortar um espaço de ar maior que 0,020 polegadas porque o jato se abre no espaço e corta aproximadamente os níveis mais baixos. Empilhar as folhas de material juntas pode evitar isso.
Meça a produtividade em termos de custo por polegada (ou seja, o número de peças fabricadas pelo sistema), e não de custo por hora. Na verdade, a produção rápida é necessária para amortizar os custos indiretos.
Os jatos de água que frequentemente perfuram materiais compósitos, vidro e pedras devem ser equipados com um controlador que possa reduzir e aumentar a pressão da água. A assistência a vácuo e outras tecnologias aumentam a probabilidade de perfurar com sucesso materiais frágeis ou laminados sem danificar o material alvo.
A automação do manuseio de materiais só faz sentido quando o manuseio de materiais representa uma grande parte do custo de produção das peças. As máquinas abrasivas a jato de água geralmente usam descarga manual, enquanto o corte de chapas usa principalmente automação.
A maioria dos sistemas de jato de água usa água da torneira comum e 90% dos operadores de jato de água não fazem nenhum preparo além de amaciar a água antes de enviá-la para o filtro de entrada. Usar osmose reversa e deionizadores para purificar a água pode ser tentador, mas a remoção de íons torna mais fácil para a água absorver íons de metais em bombas e tubulações de alta pressão. Pode prolongar a vida útil do orifício, mas o custo de substituição do cilindro de alta pressão, da válvula de retenção e da tampa final é muito mais alto.
O corte subaquático reduz o congelamento da superfície (também conhecido como “embaçamento”) na borda superior do corte abrasivo com jato de água, ao mesmo tempo que reduz bastante o ruído do jato e o caos no local de trabalho. No entanto, isso reduz a visibilidade do jato, por isso é recomendado usar o monitoramento eletrônico de desempenho para detectar desvios das condições de pico e parar o sistema antes de qualquer dano aos componentes.
Para sistemas que utilizam diferentes tamanhos de tela abrasiva para diferentes trabalhos, utilize armazenamento e medição adicionais para tamanhos comuns. O transporte a granel pequeno (100 lb) ou grande (500 a 2.000 lb) e as válvulas de medição relacionadas permitem a troca rápida entre tamanhos de malha de peneira, reduzindo o tempo de inatividade e complicações, ao mesmo tempo que aumenta a produtividade.
O separador pode cortar com eficácia materiais com espessura inferior a 0,3 polegadas. Embora essas saliências geralmente possam garantir uma segunda retificação do macho, elas podem proporcionar um manuseio mais rápido do material. Materiais mais duros terão rótulos menores.
Usine com jato de água abrasivo e controle a profundidade de corte. Para as peças certas, este processo nascente pode fornecer uma alternativa atraente.
usou centros de microusinagem e microfresamento a laser Microlution da GF Machining Solutions para produzir peças com tolerâncias inferiores a 1 mícron.
O corte por jato de água ocupa um lugar na área de fabricação de materiais. Este artigo analisa como os jatos de água funcionam em sua loja e analisa o processo.
Horário da postagem: 04/09/2021