El corte de chorro de agua puede ser un método de procesamiento más simple, pero está equipado con un poderoso golpe y requiere que el operador mantenga la conciencia del desgaste y la precisión de múltiples partes.
El corte de chorro de agua más simple es el proceso de cortar chorros de agua de alta presión en materiales. Esta tecnología suele ser complementaria a otras tecnologías de procesamiento, como fresado, láser, EDM y plasma. En el proceso de chorro de agua, no se forman sustancias o vapor dañino, y no se forman zona o tensión mecánica afectada por el calor. Los chorros de agua pueden cortar detalles ultra delgados sobre piedra, vidrio y metal; perforar rápidamente agujeros en titanio; cortar comida; e incluso matar a los patógenos en bebidas y salsas.
Todas las máquinas de chorro de agua tienen una bomba que puede presurizar el agua para su entrega a la cabeza de corte, donde se convierte en un flujo supersónico. Hay dos tipos principales de bombas: bombas basadas en la unidad directa y bombas basadas en refuerzo.
El papel de la bomba de accionamiento directo es similar al de un limpiador de alta presión, y la bomba de tres cilindros impulsa tres cables directamente del motor eléctrico. La presión de trabajo continua máxima es de 10% a 25% menor que las bombas de refuerzo similares, pero esto todavía los mantiene entre 20,000 y 50,000 psi.
Las bombas basadas en intensificadores constituyen la mayoría de las bombas de presión ultra altas (es decir, bombas de más de 30,000 psi). Estas bombas contienen dos circuitos de fluido, uno para agua y el otro para la hidráulica. El filtro de entrada de agua primero pasa a través de un filtro de cartucho de 1 micras y luego un filtro de 0.45 micras para absorber el agua del grifo ordinario. Esta agua ingresa a la bomba de refuerzo. Antes de ingresar a la bomba de refuerzo, la presión de la bomba de refuerzo se mantiene a aproximadamente 90 psi. Aquí, la presión aumenta a 60,000 psi. Antes de que el agua finalmente salga de la bomba y llega a la cabeza de corte a través de la tubería, el agua pasa a través del amortiguador. El dispositivo puede suprimir las fluctuaciones de presión para mejorar la consistencia y eliminar pulsos que dejan marcas en la pieza de trabajo.
En el circuito hidráulico, el motor eléctrico entre los motores eléctricos extrae aceite del tanque de aceite y lo presuriza. El aceite presurizado fluye al colector, y la válvula del colector inyecta alternativamente el aceite hidráulico en ambos lados de la galleta y el ensamblaje del émbolo para generar la acción de carrera del refuerzo. Dado que la superficie del émbolo es más pequeña que la de la galleta, la presión del aceite "mejora" la presión del agua.
El refuerzo es una bomba recíproca, lo que significa que el conjunto de galletas y émbolo ofrece agua de alta presión desde un lado del refuerzo, mientras que el agua de baja presión llena el otro lado. La recirculación también permite que el aceite hidráulico se enfríe cuando regresa al tanque. La válvula de retención garantiza que el agua de baja presión y alta presión solo pueda fluir en una dirección. Los cilindros de alta presión y las tapas finales que encapsulan los componentes del émbolo y la galleta deben cumplir con requisitos especiales para resistir las fuerzas del proceso y los ciclos de presión constantes. Todo el sistema está diseñado para fallar gradualmente, y la fuga fluirá a "agujeros de drenaje" especiales, que el operador puede monitorear para programar mejor el mantenimiento regular.
Una tubería especial de alta presión transporta el agua a la cabeza de corte. La tubería también puede proporcionar libertad de movimiento para la cabeza de corte, dependiendo del tamaño de la tubería. El acero inoxidable es el material de elección para estas tuberías, y hay tres tamaños comunes. Las tuberías de acero con un diámetro de 1/4 de pulgada son lo suficientemente flexibles como para conectarse a equipos deportivos, pero no se recomiendan para el transporte a larga distancia de agua de alta presión. Dado que este tubo es fácil de doblar, incluso en un rollo, una longitud de 10 a 20 pies puede lograr el movimiento X, Y y Z. Las tuberías más grandes de 3/8 de pulgadas de 3/8 pulgadas generalmente transportan agua desde la bomba hasta la parte inferior del equipo en movimiento. Aunque puede doblarse, generalmente no es adecuado para equipos de movimiento de tuberías. La tubería más grande, que mide 9/16 pulgadas, es la mejor para transportar agua de alta presión a largas distancias. Un diámetro mayor ayuda a reducir la pérdida de presión. Las tuberías de este tamaño son muy compatibles con las bombas grandes, porque una gran cantidad de agua de alta presión también tiene un mayor riesgo de pérdida potencial de presión. Sin embargo, las tuberías de este tamaño no pueden doblarse, y los accesorios deben instalarse en las esquinas.
La máquina de corte de chorro de agua pura es la primera máquina de corte de chorro de agua, y su historial se remonta a principios de la década de 1970. En comparación con el contacto o la inhalación de materiales, producen menos agua en los materiales, por lo que son adecuados para la producción de productos como interiores automotrices y pañales desechables. El fluido es muy delgado-0.004 pulgadas a 0.010 pulgadas de diámetro, y proporciona geometrías extremadamente detalladas con muy poca pérdida de material. La fuerza de corte es extremadamente baja, y la fijación suele ser simple. Estas máquinas son más adecuadas para la operación de 24 horas.
Al considerar una cabeza de corte para una máquina de chorro de agua pura, es importante recordar que la velocidad del flujo son los fragmentos microscópicos o las partículas del material de desgarro, no la presión. Para lograr esta alta velocidad, el agua presurizada fluye a través de un pequeño orificio en una gema (generalmente un zafiro, rubí o diamante) fijado en el extremo de la boquilla. El corte típico utiliza un diámetro de orificio de 0.004 pulgadas a 0.010 pulgadas, mientras que las aplicaciones especiales (como el concreto rociado) pueden usar tamaños de hasta 0.10 pulgadas. A 40,000 psi, el flujo del orificio viaja a una velocidad de aproximadamente Mach 2, y a 60,000 psi, el flujo excede a Mach 3.
Diferentes joyas tienen diferentes experiencia en el corte de chorro de agua. El zafiro es el material de uso general más común. Duran aproximadamente 50 a 100 horas de tiempo de corte, aunque la aplicación abrasiva de chorro de agua se reduce a la mitad de estos tiempos. Los rubíes no son adecuados para el corte de chorro de agua puro, pero el flujo de agua que producen es muy adecuado para el corte abrasivo. En el proceso de corte abrasivo, el tiempo de corte para los rubíes es de aproximadamente 50 a 100 horas. Los diamantes son mucho más caros que los zafiros y los rubíes, pero el tiempo de corte es de entre 800 y 2,000 horas. Esto hace que el diamante sea particularmente adecuado para la operación de 24 horas. En algunos casos, el orificio de diamantes también se puede limpiar y reutilizar ultrasónicamente.
En la máquina de chorro de agua abrasiva, el mecanismo de eliminación de materiales no es el flujo de agua en sí. Por el contrario, el flujo acelera partículas abrasivas para corroer el material. Estas máquinas son miles de veces más potentes que las máquinas de corte de chorro de agua puro, y pueden cortar materiales duros como metal, piedra, materiales compuestos y cerámica.
La corriente abrasiva es más grande que la corriente de chorro de agua pura, con un diámetro entre 0.020 pulgadas y 0.050 pulgadas. Pueden cortar pilas y materiales de hasta 10 pulgadas de espesor sin crear zonas afectadas por el calor o estrés mecánico. Aunque su fuerza ha aumentado, la fuerza de corte de la corriente abrasiva es aún menos de una libra. Casi todas las operaciones abrasivas de jetting usan un dispositivo jetting y pueden cambiar fácilmente del uso de una sola cabeza al uso de múltiples cabezas, e incluso el chorro de agua abrasivo se puede convertir en un chorro de agua puro.
El abrasivo es duro, especialmente seleccionado y de gran granate, de tamaño, de gran granate. Diferentes tamaños de cuadrícula son adecuados para diferentes trabajos. Se puede obtener una superficie lisa con 120 abrasivos de malla, mientras que 80 abrasivos de malla han demostrado ser más adecuados para aplicaciones de uso general. 50 La velocidad de corte abrasiva de malla es más rápida, pero la superficie es ligeramente más dura.
Aunque los chorros de agua son más fáciles de operar que muchas otras máquinas, el tubo de mezcla requiere atención del operador. El potencial de aceleración de este tubo es como un barril de fusil, con diferentes tamaños y diferentes vida útil de reemplazo. El tubo de mezcla de larga duración es una innovación revolucionaria en el corte de chorro de agua abrasivo, pero el tubo todavía es muy frágil, si el cabezal de corte entra en contacto con un accesorio, un objeto pesado o el material objetivo, el tubo puede frenar. Las tuberías dañadas no se pueden reparar, por lo que mantener bajos los costos requiere minimizar el reemplazo. Las máquinas modernas generalmente tienen una función de detección automática de colisiones para evitar colisiones con el tubo de mezcla.
La distancia de separación entre el tubo de mezcla y el material objetivo generalmente es de 0.010 pulgadas a 0.200 pulgadas, pero el operador debe tener en cuenta que una separación superior a 0.080 pulgadas causará glaseado en la parte superior del borde de corte de la pieza. El corte submarino y otras técnicas pueden reducir o eliminar este glaseado.
Inicialmente, el tubo de mezcla estaba hecho de carburo de tungsteno y solo tenía una vida útil de cuatro a seis horas de corte. Las tuberías compuestas de bajo costo de hoy en día pueden alcanzar una vida útil de 35 a 60 horas y se recomiendan para cortar o capacitar nuevos operadores. El tubo de carburo cementado compuesto extiende su vida útil a 80 a 90 horas de corte. El tubo de carburo cementado compuesto de alta calidad tiene una vida de corte de 100 a 150 horas, es adecuado para la precisión y el trabajo diario, y exhibe el desgaste concéntrico más predecible.
Además de proporcionar movimiento, las máquinas de agua de agua también deben incluir un método para asegurar la pieza de trabajo y un sistema para recolectar y recolectar agua y escombros de las operaciones de mecanizado.
Las máquinas estacionarias y unidimensionales son los chorros de agua más simples. Los chorros de agua estacionarios se usan comúnmente en materiales compuestos aeroespaciales a recortes. El operador alimenta el material en el arroyo como vio una banda, mientras que el receptor recoge el arroyo y los escombros. La mayoría de los chalecos acuáticos estacionarios son chorro de agua puro, pero no todos. La máquina de cortar es una variante de la máquina estacionaria, en la que los productos como el papel se alimentan a través de la máquina, y el chorro de agua corta el producto en un ancho específico. Una máquina cruzada es una máquina que se mueve a lo largo de un eje. A menudo trabajan con máquinas de corte para hacer patrones de red en productos como máquinas expendedoras como brownies. La máquina de cortar corta el producto en un ancho específico, mientras que la máquina transversal se transmite el producto alimentado debajo de él.
Los operadores no deben usar manualmente este tipo de chorro de agua abrasivo. Es difícil mover el objeto de corte a una velocidad específica y consistente, y es extremadamente peligroso. Muchos fabricantes ni siquiera citarán máquinas para estos configuraciones.
La mesa XY, también llamada máquina de corte de plataforma, es la máquina de corte de chorro de agua bidimensional más común. Los chorros de agua puros cortan juntas, plásticos, goma y espuma, mientras que los modelos abrasivos cortan metales, compuestos, vidrio, piedra y cerámica. El banco de trabajo puede ser tan pequeño como 2 × 4 pies o tan grande como 30 × 100 pies. Por lo general, el control de estas máquinas herramientas es manejado por CNC o PC. Los servomotores, generalmente con retroalimentación de circuito cerrado, aseguran la integridad de la posición y la velocidad. La unidad básica incluye guías lineales, carcasas de rodamientos y unidades de tornillo de bola, mientras que la unidad del puente también incluye estas tecnologías, y el tanque de recolección incluye soporte de material.
Los bancos de trabajo XY generalmente vienen en dos estilos: el banco de trabajo de pórtico de riel de riel incluye dos rieles guía base y un puente, mientras que el banco de trabajo en voladizo usa una base y un puente rígido. Ambos tipos de máquina incluyen alguna forma de ajuste de altura de la cabeza. Esta capacidad de ajuste del eje Z puede tomar la forma de una manivela manual, un tornillo eléctrico o un servo tornillo totalmente programable.
El sumidero en el banco de trabajo XY suele ser un tanque de agua lleno de agua, que está equipado con rejillas o listones para soportar la pieza de trabajo. El proceso de corte consume estos soportes lentamente. La trampa se puede limpiar automáticamente, los desechos se almacenan en el contenedor, o puede ser manual, y el operador pala regularmente la lata.
A medida que aumenta la proporción de artículos casi sin superficies planas, las capacidades de cinco ejes (o más) son esenciales para el corte moderno de chorro de agua. Afortunadamente, la cabeza cortadora liviana y la baja fuerza de retroceso durante el proceso de corte proporcionan a los ingenieros de diseño libertad que la fresado de alta carga no tiene. El corte de chorro de agua de cinco ejes inicialmente utilizó un sistema de plantilla, pero los usuarios pronto recurrieron a los cinco ejes programables para deshacerse del costo de la plantilla.
Sin embargo, incluso con el software dedicado, el corte 3D es más complicado que el corte 2D. La parte de cola compuesta del Boeing 777 es un ejemplo extremo. Primero, el operador carga el programa y programa el personal flexible de "Pogostick". La grúa superior transporta el material de las piezas, y la barra de resorte se desenrosca a una altura apropiada y las piezas son fijas. El eje Z no de corte especial utiliza una sonda de contacto para colocar con precisión la pieza en el espacio, y los puntos de muestra para obtener la elevación y la dirección de la parte correctas. Después de eso, el programa se redirige a la posición real de la pieza; La sonda se retrae para dejar espacio para el eje z del cabezal de corte; El programa funciona para controlar los cinco ejes para mantener el cabezal de corte perpendicular a la superficie a cortar, y para operar según lo requerido de viaje a una velocidad precisa.
Se requieren abrasivos para cortar materiales compuestos o cualquier metal de más de 0.05 pulgadas, lo que significa que el eyector debe evitar que corte la barra de primavera y el lecho de herramientas después del corte. La captura de punto especial es la mejor manera de lograr el corte de chorro de agua de cinco ejes. Las pruebas han demostrado que esta tecnología puede detener un avión a reacción de 50 caballos de fuerza por debajo de 6 pulgadas. El marco en forma de C conecta el receptor a la muñeca del eje Z para atrapar correctamente la pelota cuando la cabeza recorta toda la circunferencia de la pieza. El Catcher Point también detiene la abrasión y consume bolas de acero a una velocidad de aproximadamente 0.5 a 1 libra por hora. En este sistema, el chorro se detiene por la dispersión de la energía cinética: después de que el chorro ingresa a la trampa, se encuentra con la bola de acero contenida, y la bola de acero gira para consumir la energía del chorro. Incluso cuando horizontalmente y (en algunos casos) al revés, el receptor spot puede funcionar.
No todas las piezas de cinco ejes son igualmente complejas. A medida que aumenta el tamaño de la pieza, el ajuste del programa y la verificación de la posición de la pieza y la precisión de corte se vuelven más complicados. Muchas tiendas usan máquinas 3D para un corte 2D simple y un corte 3D complejo todos los días.
Los operadores deben ser conscientes de que existe una gran diferencia entre la precisión de la pieza y la precisión del movimiento de la máquina. Incluso una máquina con precisión casi perfecta, movimiento dinámico, control de velocidad y excelente repetibilidad puede no ser capaz de producir piezas "perfectas". La precisión de la parte terminada es una combinación de error de proceso, error de máquina (rendimiento XY) y estabilidad de la pieza de trabajo (accesorio, planitud y estabilidad de temperatura).
Al cortar materiales con un grosor de menos de 1 pulgada, la precisión del chorro de agua suele ser entre ± 0.003 a 0.015 pulgadas (0.07 a 0.4 mm). La precisión de los materiales de más de 1 pulgada de espesor está dentro de ± 0.005 a 0.100 pulgadas (0.12 a 2.5 mm). La tabla XY de alto rendimiento está diseñada para una precisión de posicionamiento lineal de 0.005 pulgadas o más.
Los posibles errores que afectan la precisión incluyen errores de compensación de herramientas, errores de programación y movimiento de la máquina. La compensación de la herramienta es la entrada de valor en el sistema de control para tener en cuenta el ancho de corte del chorro, es decir, la cantidad de ruta de corte que debe ampliarse para que la parte final obtenga el tamaño correcto. Para evitar posibles errores en el trabajo de alta precisión, los operadores deben realizar cortes de prueba y comprender que la compensación de la herramienta debe ajustarse para que coincida con la frecuencia del desgaste del tubo de mezcla.
Los errores de programación se producen con mayor frecuencia porque algunos controles XY no muestran las dimensiones en el programa Part, lo que dificulta la detección de la falta de coincidencia dimensional entre el programa PIE y el dibujo CAD. Los aspectos importantes del movimiento de la máquina que pueden introducir errores son la brecha y la repetibilidad en la unidad mecánica. El ajuste del servo también es importante, porque el ajuste de servo inadecuado puede causar errores en las brechas, repetibilidad, verticalidad y charla. Las piezas pequeñas con una longitud y un ancho de menos de 12 pulgadas no requieren tantas tablas XY como grandes partes, por lo que la posibilidad de errores de movimiento de la máquina es menor.
Los abrasivos representan dos tercios de los costos operativos de los sistemas de chorro de agua. Otros incluyen energía, agua, aire, sellos, válvulas de retención, orificios, tuberías de mezcla, filtros de entrada de agua y repuestos para bombas hidráulicas y cilindros de alta presión.
La operación de energía total parecía más costosa al principio, pero el aumento de la productividad excedió el costo. A medida que aumenta la velocidad de flujo abrasivo, la velocidad de corte aumentará y el costo por pulgada disminuirá hasta que alcance el punto óptimo. Para la máxima productividad, el operador debe ejecutar el cabezal de corte a la velocidad de corte más rápida y la potencia máxima para un uso óptimo. Si un sistema de 100 caballos de fuerza solo puede ejecutar un cabezal de 50 caballos de fuerza, entonces ejecutar dos cabezas en el sistema puede lograr esta eficiencia.
Optimizar el corte de chorro de agua abrasivo requiere atención a la situación específica en cuestión, pero puede proporcionar excelentes aumentos de productividad.
Es imprudente cortar un espacio de aire mayor de 0.020 pulgadas porque el chorro se abre en el espacio y corta aproximadamente los niveles más bajos. Apilar las hojas de material de cerca puede evitar esto.
Mida la productividad en términos de costo por pulgada (es decir, el número de piezas fabricadas por el sistema), no costo por hora. De hecho, la producción rápida es necesaria para amortizar los costos indirectos.
Los chorro de agua que a menudo perforan materiales compuestos, vidrio y piedras deben equiparse con un controlador que pueda reducir y aumentar la presión del agua. La asistencia al vacío y otras tecnologías aumentan la probabilidad de perforar con éxito materiales frágiles o laminados sin dañar el material objetivo.
La automatización del manejo de materiales tiene sentido solo cuando el manejo de materiales explica una gran parte del costo de producción de las piezas. Las máquinas abrasivas de chorro de agua generalmente usan descarga manual, mientras que el corte de placas utiliza principalmente automatización.
La mayoría de los sistemas de chorro de agua usan agua del grifo ordinaria, y el 90% de los operadores de chorro de agua no hacen otras preparaciones que no sean suavizar el agua antes de enviar el agua al filtro de entrada. El uso de ósmosis inversa y deionizadores para purificar el agua puede ser tentador, pero eliminar los iones facilita que el agua absorba los iones de metales en bombas y tuberías de alta presión. Puede extender la vida útil del orificio, pero el costo de reemplazar el cilindro de alta presión, la válvula de retención y la cubierta final es mucho mayor.
El corte submarino reduce el glaseado de la superficie (también conocido como "nebulización") en el borde superior del corte de chorro de agua abrasivo, al tiempo que reduce en gran medida el ruido del chorro y el caos en el lugar de trabajo. Sin embargo, esto reduce la visibilidad del chorro, por lo que se recomienda utilizar el monitoreo electrónico del rendimiento para detectar desviaciones de las condiciones máximas y detener el sistema antes de cualquier daño por componente.
Para los sistemas que utilizan diferentes tamaños de pantalla abrasiva para diferentes trabajos, utilice almacenamiento y medición adicionales para tamaños comunes. La transmisión a granel pequeña (100 lb) o grande (500 a 2,000 lb) y las válvulas de medición relacionadas permiten un cambio rápido entre los tamaños de malla de pantalla, reduciendo el tiempo de inactividad y la molestia, al tiempo que aumentan la productividad.
El separador puede cortar efectivamente los materiales con un grosor de menos de 0.3 pulgadas. Aunque estas orejetas generalmente pueden garantizar una segunda molienda del grifo, pueden lograr un manejo de material más rápido. Los materiales más duros tendrán etiquetas más pequeñas.
Máquina con chorro de agua abrasivo y controle la profundidad de corte. Para las partes correctas, este proceso naciente puede proporcionar una alternativa convincente.
Sunlight-Tech Inc. ha utilizado los centros de micromachina y micromiling de microlution láser de GF Micolution Solutions para producir piezas con tolerancias de menos de 1 micras.
El corte de chorro de agua ocupa un lugar en el campo de la fabricación de materiales. Este artículo analiza cómo funcionan los chorros de agua para su tienda y miran el proceso.
Tiempo de publicación: sep-04-2021