O corte a jato de água pode ser um método de processamento mais simples, mas está equipado com um soco poderoso e exige que o operador mantenha a conscientização sobre o desgaste e a precisão de várias partes.
O corte mais simples de jato de água é o processo de cortar jatos de água de alta pressão em materiais. Essa tecnologia geralmente é complementar a outras tecnologias de processamento, como moagem, laser, EDM e plasma. No processo de jato de água, não são formadas substâncias nocivas ou vapor e nenhuma zona afetada pelo calor ou tensão mecânica é formada. Os jatos de água podem cortar detalhes ultrafinos sobre pedra, vidro e metal; perfure rapidamente os orifícios em titânio; cortar comida; e até matar patógenos em bebidas e mergulhos.
Todas as máquinas de jato de água têm uma bomba que pode pressurizar a água para entrega na cabeça de corte, onde é convertida em um fluxo supersônico. Existem dois tipos principais de bombas: bombas baseadas em acionamento direto e bombas baseadas em reforço.
O papel da bomba de acionamento direto é semelhante ao de um limpador de alta pressão, e a bomba de três cilindros aciona três pisadores diretamente do motor elétrico. A pressão de trabalho contínua máxima é de 10% a 25% menor que as bombas de reforço semelhantes, mas isso ainda as mantém entre 20.000 e 50.000 psi.
As bombas à base de intensificadores compõem a maioria das bombas de pressão ultra-alta (ou seja, bombas mais de 30.000 psi). Essas bombas contêm dois circuitos de fluido, um para água e outro para hidráulica. O filtro de entrada de água passa primeiro por um filtro de cartucho de 1 mícrons e depois um filtro de 0,45 mícrons para sugar na água da torneira comum. Esta água entra na bomba de reforço. Antes de entrar na bomba de reforço, a pressão da bomba de reforço é mantida a cerca de 90 psi. Aqui, a pressão é aumentada para 60.000 psi. Antes que a água finalmente sai da bomba e atinge a cabeça de corte na 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 extrai óleo do tanque de óleo e o pressuriza. O óleo pressurizado flui para o coletor, e a válvula do coletor injeta alternadamente o óleo hidráulico em ambos os lados do conjunto de biscoitos e êmbolo para gerar a ação do AVC do reforço. Como a superfície do êmbolo é menor que a do biscoito, a pressão do óleo "aumenta" a pressão da água.
O reforço é uma bomba alternativa, o que significa que o conjunto de biscoitos e êmbolo fornece água de alta pressão de um lado do reforço, enquanto a água de baixa pressão enche o outro lado. A recirculação também permite que o óleo hidráulico esfrie quando retornar ao tanque. A válvula de retenção garante que a água de baixa pressão e alta pressão possa fluir apenas em uma direção. Os cilindros de alta pressão e as tampas finais que encapsulam os componentes do êmbolo e do biscoito devem atender aos requisitos especiais para suportar as forças do processo e os ciclos de pressão constantes. Todo o sistema foi projetado para falhar gradualmente e o vazamento fluirá para "orifícios de drenagem" especiais, que podem ser monitorados pelo operador para agendar melhor a manutenção regular.
Um tubo especial de alta pressão transporta a água para a cabeça de corte. O tubo também pode fornecer liberdade de movimento para a cabeça de corte, dependendo do tamanho do tubo. O aço inoxidável é o material de escolha para esses tubos e existem três tamanhos comuns. Os tubos de aço com um diâmetro de 1/4 de polegada são flexíveis o suficiente para se conectar aos equipamentos esportivos, mas não são recomendados para o transporte de longa distância de água de alta pressão. Como esse tubo é fácil de dobrar, mesmo em um rolo, um comprimento de 10 a 20 pés pode atingir o movimento x, y e z. Tubos maiores de 3/8 de polegada 3/8 de polegada geralmente transportam água da bomba para o fundo do equipamento em movimento. Embora possa ser dobrado, geralmente não é adequado para equipamentos de movimento do pipeline. O maior tubo, medindo 9/16 polegadas, é melhor para transportar água de alta pressão a longas distâncias. Um diâmetro maior ajuda a reduzir a perda de pressão. Os tubos desse tamanho são muito compatíveis com bombas grandes, porque uma grande quantidade de água de alta pressão também tem um risco maior de perda de pressão potencial. No entanto, os tubos desse tamanho não podem ser dobrados, e os acessórios precisam ser instalados nos cantos.
A máquina de corte de jato de água pura é a primeira máquina de corte a jato de água, e sua história pode ser rastreada até o início dos anos 70. Comparados com o contato ou a inalação de materiais, eles produzem menos água nos materiais e 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 geralmente é simples. Essas máquinas são mais adequadas para operação de 24 horas.
Ao considerar uma cabeça de corte para uma máquina de jato de água pura, é importante lembrar que a velocidade do fluxo são os fragmentos ou partículas microscópicas do material rasgo, não a pressão. Para atingir essa alta velocidade, a água pressurizada flui através de um pequeno orifício em uma jóia (geralmente uma safira, rubi ou diamante) fixada no final 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 o Mach 3.
Jóias diferentes têm conhecimentos diferentes no corte de jato de água. A safira é o material de uso geral mais comum. Eles duram aproximadamente 50 a 100 horas de tempo de corte, embora o aplicativo abrasivo da WaterJet metades esses tempos. Os rubis não são adequados para o corte de jato de água puro, mas o fluxo de água que eles produzem é muito adequado para o corte abrasivo. No processo de corte abrasivo, o tempo de corte para rubis é de cerca de 50 a 100 horas. Os diamantes são muito mais caros que as safiras e rubis, mas o tempo de corte é entre 800 e 2.000 horas. Isso torna o diamante particularmente adequado para operação de 24 horas. Em alguns casos, o orifício de diamante também pode ser limpo e reutilizado ultrassonicamente.
Na máquina abrasiva de jato de água, o mecanismo de remoção do material não é o próprio fluxo de água. Por outro lado, o fluxo acelera partículas abrasivas para corroer o material. Essas máquinas são milhares de vezes mais poderosas que as máquinas de corte de jato de água pura e podem cortar materiais duros, como metal, pedra, materiais compostos e cerâmica.
O fluxo abrasivo é maior que a corrente de jato de água pura, com um diâmetro entre 0,020 polegadas e 0,050 polegadas. Eles podem cortar pilhas e materiais de até 10 polegadas de espessura sem criar zonas afetadas pelo calor ou tensão mecânica. Embora sua força tenha aumentado, a força de corte do riacho abrasivo ainda é inferior a uma libra. Quase todas as operações de jato abrasivo usam um dispositivo de jato e podem alternar facilmente do uso de cabeça única para uso de várias cabeças, e até o jato de água abrasivo pode ser convertido em um jato de água puro.
O abrasivo é difícil, especialmente selecionado e tamanho de areia. Diferentes tamanhos de grade são adequados para diferentes trabalhos. Uma superfície lisa pode ser obtida com 120 abrasivos de malha, enquanto 80 abrasivos de malha provaram ser mais adequados para aplicações de uso geral. A velocidade de corte abrasiva de 50 malha 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 um barril de espingarda, com tamanhos diferentes e vida de reposição diferente. O tubo de mistura duradoura é uma inovação revolucionária no corte de jato de água abrasivo, 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 pode frear. Os tubos danificados não podem ser reparados; portanto, manter os custos baixos requer minimizar a substituição. As máquinas modernas geralmente têm 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 superior a 0,080 polegadas causará cobertura na parte superior da borda cortada da peça. O corte subaquático e outras técnicas podem reduzir ou eliminar essa glacê.
Inicialmente, o tubo de mistura era feito de carboneto de tungstênio e só tinha uma vida útil de quatro a seis horas de corte. Os tubos compostos de baixo custo podem atingir uma vida útil de 35 a 60 horas e são recomendados para cortar ou treinar novos operadores. O tubo de carboneto cimentado composto estende sua vida útil para 80 a 90 horas de corte. O tubo de carboneto cimentado composto de alta qualidade tem uma vida útil de 100 a 150 horas, é adequada para precisão e trabalho diário e exibe o desgaste concêntrico mais previsível.
Além de fornecer movimento, a WaterJet Machine Tools também deve incluir um método de proteger a peça de trabalho e um sistema para coletar e coletar água e detritos das operações de usinagem.
As máquinas estacionárias e unidimensionais são os jatos de água mais simples. Os jatos de água estacionária são comumente usados no aeroespacial para aparar materiais compósitos. O operador alimenta o material no riacho como uma serra de banda, enquanto o apanhador recolhe o riacho e os detritos. A maioria dos jatos de água estacionários são jatos de água pura, mas não todos. A máquina de cortar é uma variante da máquina estacionária, na qual produtos como papel são alimentados através da 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 geralmente trabalham com máquinas de corte para fazer padrões de grade em produtos como máquinas de venda automática, como brownies. A máquina de cortar corta o produto em uma largura específica, enquanto a máquina de corte cruzado corta o produto alimentado abaixo dele.
Os operadores não devem usar manualmente esse 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 uma máquina de corte de mesa, é a máquina de corte de jato de água bidimensional mais comum. Jatos de água pura cortam juntas, plásticos, borracha e espuma, enquanto modelos abrasivos cortam metais, compósitos, vidro, pedra e cerâmica. A bancada pode ser tão pequena quanto 2 × 4 pés ou tão grande quanto 30 × 100 pés. Geralmente, o controle dessas máquinas -ferramentas é tratado pelo CNC ou PC. Servo Motors, geralmente com feedback de circuito fechado, garante a integridade da posição e da velocidade. A unidade básica inclui guias lineares, caixas de rolamento e unidades de parafuso de bola, enquanto a unidade de ponte também inclui essas tecnologias, e o tanque de coleta inclui suporte de material.
As bancas de trabalho XY geralmente vêm em dois estilos: a bancada de pórtico do meio do trilho inclui dois trilhos de guia base e uma ponte, enquanto a bancada de trabalho do cantilever usa uma base e uma ponte rígida. Ambos os tipos de máquina incluem alguma forma de ajuste de altura da cabeça. Esse ajuste do eixo z pode assumir a forma de uma manivela manual, um parafuso elétrico ou um parafuso servo totalmente programável.
O cárter na bancada XY geralmente é um tanque de água cheio de água, equipado com grades ou ripas para apoiar a peça de trabalho. O processo de corte consome esses suportes lentamente. A armadilha pode ser limpa automaticamente, o resíduo é armazenado no recipiente, ou pode ser manual, e o operador empurra regularmente a lata.
À medida que a proporção de itens com quase nenhuma superfície plana aumenta, os recursos de cinco eixos (ou mais) são essenciais para o corte moderno de jato de água. Felizmente, a cabeça do cortador leve e a força de recuo baixa durante o processo de corte fornecem aos engenheiros de design liberdade que a moagem de alta carga não possui. O corte de jato aquático de cinco eixos usou inicialmente um sistema de modelo, mas os usuários logo se voltaram para cinco eixos programáveis para se livrar do custo do modelo.
No entanto, mesmo com software dedicado, o corte 3D é mais complicado que o corte 2D. A parte da cauda composta do Boeing 777 é um exemplo extremo. Primeiro, o operador envia o programa e programa a equipe flexível de "Pogostick". O guindaste aéreo transporta o material das peças e a barra de mola está desaparafusada para uma altura apropriada e as peças são fixas. O eixo z especial não cortado usa uma sonda de contato para posicionar com precisão a peça no espaço e os pontos de amostra para obter a elevação e direção da peça correta. Depois disso, o programa é redirecionado para a posição real da peça; A sonda retrai para abrir espaço para o 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 a viagem necessária em velocidade precisa.
Os abrasivos são obrigados a cortar materiais compostos ou qualquer metal maior que 0,05 polegadas, o que significa que o ejetor precisa ser impedido de cortar a barra de mola e o leito da ferramenta após o corte. A captura de pontos especiais é a melhor maneira de obter corte de jato aquático de cinco eixos. Os testes mostraram que essa tecnologia pode interromper uma aeronave a jato de 50 cavalos de potência abaixo de 15 cm. O quadro em forma de C conecta o apanhador ao pulso do eixo z para pegar a bola corretamente quando a cabeça aparar toda a circunferência da peça. O apanhador de pontos também interrompe a abrasão e consome bolas de aço a uma taxa de cerca de 0,5 a 1 libra por hora. Nesse sistema, o jato é interrompido pela dispersão da energia cinética: depois que o jato entra na armadilha, 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 apanhador de pontos 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 a precisão do corte se tornam mais complicados. Muitas lojas usam máquinas 3D para corte 2D simples e corte 3D complexo todos os dias.
Os operadores devem estar cientes de que há 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 partes "perfeitas". A precisão da parte final é uma combinação de erro de processo, erro da máquina (desempenho XY) e estabilidade da peça de trabalho (acessório, planicidade e estabilidade da temperatura).
Ao cortar materiais com uma espessura inferior a 1 polegada, a precisão do jato de água é geralmente entre ± 0,003 a 0,015 polegadas (0,07 a 0,4 mm). A precisão dos materiais com mais de 1 polegada de espessura está dentro de ± 0,005 a 0,100 polegadas (0,12 a 2,5 mm). A tabela XY de alto desempenho foi projetada para precisão de posicionamento linear de 0,005 polegadas ou superior.
Os erros potenciais que afetam a precisão incluem erros de compensação da ferramenta, erros de programação e movimento da máquina. A compensação da ferramenta é a entrada de valor no sistema de controle para levar em consideração a largura de corte do jato isto é, a quantidade de caminho de corte que deve ser expandida para que a parte final obtenha o tamanho correto. Para evitar erros em potencial no trabalho de alta precisão, os operadores devem executar cortes de teste e entender que a compensação da ferramenta deve ser ajustada para corresponder à frequência do desgaste do tubo de mistura.
Os erros de programação geralmente ocorrem porque alguns controles XY não exibem as dimensões no programa de peças, dificultando a detecção da falta de correspondência dimensional entre o programa de peças e o desenho CAD. Aspectos importantes do movimento da máquina que podem introduzir erros são a lacuna 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 conversas. Pequenas peças com comprimento e largura inferior a 12 polegadas não requerem tantas tabelas 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 WaterJet. Outros incluem energia, água, ar, vedações, válvulas de verificação, orifícios, tubos de mistura, filtros de entrada de água e peças de reposição para bombas hidráulicas e cilindros de alta pressão.
A operação total de energia parecia mais cara no início, mas o aumento da produtividade excedeu o custo. À medida que a taxa de fluxo abrasiva aumenta, a velocidade de corte aumentará e o custo por polegada diminuirá até atingir o ponto ideal. Para obter a máxima produtividade, o operador deve executar a cabeça de corte na velocidade de corte mais rápida e na potência máxima para uso ideal. Se um sistema de 100 cavalos de potência puder executar apenas uma cabeça de 50 cavalos de potência, executar duas cabeças no sistema poderá atingir essa eficiência.
A otimizar o corte abrasivo a jato de água requer atenção à situação específica em questão, mas pode fornecer aumentos de excelente produtividade.
Não se deve cortar um espaço de ar maior que 0,020 polegadas, porque o jato se abre no espaço e reduz aproximadamente os níveis mais baixos. O empilhamento das folhas de materiais juntos pode impedir isso.
Meça a produtividade em termos de custo por polegada (ou seja, o número de peças fabricadas pelo sistema), não o custo por hora. De fato, a produção rápida é necessária para amortizar os custos indiretos.
Os jatos de água que geralmente perfuram materiais compósitos, vidro e pedras devem estar equipados com um controlador que pode 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 de manuseio de materiais faz sentido apenas quando o manuseio de materiais é responsável por grande parte do custo de produção das peças. As máquinas abrasivas de jato de água geralmente usam descarregamento manual, enquanto o corte de placas usa principalmente a automação.
A maioria dos sistemas de jato de água usa água da torneira comum e 90% dos operadores de jato aquático não fazem nenhum preparo que não seja amolecida a água antes de enviar a água para o filtro de entrada. O uso de osmose reversa e desionizantes para purificar a água pode ser tentadora, mas a remoção de íons facilita a absorção de íons de água de metais em bombas e tubos de alta pressão. Ele pode prolongar a vida útil do orifício, mas o custo de substituir o cilindro de alta pressão, a válvula de retenção e a tampa final é muito maior.
O corte subaquático reduz a cobertura da superfície (também conhecida como "neblina") na borda superior do corte abrasivo de jato de água, além de reduzir bastante o ruído do jato e o caos do local de trabalho. No entanto, isso reduz a visibilidade do jato, por isso é recomendável usar o monitoramento de desempenho eletrônico para detectar desvios das condições de pico e interromper o sistema antes de qualquer dano do componente.
Para sistemas que usam diferentes tamanhos de tela abrasiva para diferentes trabalhos, use armazenamento e medição adicionais para tamanhos comuns. Pequenos (100 lb) ou grandes (500 a 2.000 lb) de transmissão a granel e válvulas de medição relacionadas permitem alternar rápida entre tamanhos de malha de tela, reduzindo o tempo de inatividade e o aborrecimento, aumentando a produtividade.
O separador pode efetivamente cortar materiais com uma espessura inferior a 0,3 polegadas. Embora esses terminais geralmente possam garantir uma segunda moagem da torneira, eles podem obter um manuseio de material mais rápido. Materiais mais difíceis terão rótulos menores.
Máquina com jato de água abrasivo e controlar a profundidade de corte. Para as partes certas, esse processo nascente pode fornecer uma alternativa atraente.
A Sunlight-Tech Inc. usou os centros de micro-micronsionamento e micro-micro-matriz da GF Solutions para produzir peças com tolerâncias inferiores a 1 mícrons.
O corte de jato aquático ocupa um local no campo da fabricação de materiais. Este artigo analisa como o WaterJets funciona para sua loja e analisa o processo.
Hora de postagem: set-04-2021