El tall per raig d'aigua pot ser un mètode de processament més senzill, però està equipat amb un punxó potent i requereix que l'operador mantingui consciència del desgast i la precisió de múltiples peces.
El tall per raig d'aigua més senzill és el procés de tall de raigs d'aigua a alta pressió en materials. Aquesta tecnologia sol ser complementària a altres tecnologies de processament, com ara el fresat, làser, electroerosió i plasma. En el procés de raig d'aigua, no es formen substàncies nocives ni vapor, i no es forma cap zona afectada per la calor ni tensió mecànica. Els raigs d'aigua poden tallar detalls ultra prims en pedra, vidre i metall; perforar ràpidament forats en titani; tallar els aliments; i fins i tot matar els patògens en begudes i salses.
Totes les màquines de raig d'aigua tenen una bomba que pot pressionar l'aigua per lliurar-la al capçal de tall, on es converteix en un flux supersònic. Hi ha dos tipus principals de bombes: bombes basades en accionament directe i bombes basades en booster.
El paper de la bomba d'accionament directe és similar al d'una netejadora d'alta pressió, i la bomba de tres cilindres acciona tres èmbols directament des del motor elèctric. La pressió de treball contínua màxima és d'un 10% a un 25% més baixa que les bombes de reforç similars, però això encara les manté entre 20.000 i 50.000 psi.
Les bombes basades en intensificadors constitueixen la majoria de bombes d'ultra-alta pressió (és a dir, bombes de més de 30.000 psi). Aquestes bombes contenen dos circuits de fluids, un per a l'aigua i l'altre per a la hidràulica. El filtre d'entrada d'aigua passa primer per un filtre de cartutx d'1 micra i després un filtre de 0,45 micres per xuclar l'aigua de l'aixeta normal. Aquesta aigua entra a la bomba de reforç. Abans d'entrar a la bomba de reforç, la pressió de la bomba de reforç es manté a uns 90 psi. Aquí, la pressió augmenta fins a 60.000 psi. Abans que l'aigua finalment surti de la bomba i arribi al capçal de tall a través de la canonada, l'aigua passa a través de l'amortidor. El dispositiu pot suprimir les fluctuacions de pressió per millorar la consistència i eliminar els polsos que deixen marques a la peça de treball.
En el circuit hidràulic, el motor elèctric entre els motors elèctrics extreu oli del dipòsit d'oli i el pressuritza. L'oli a pressió flueix al col·lector i la vàlvula del col·lector injecta alternativament oli hidràulic a banda i banda del conjunt de la galeta i el pistó per generar l'acció de carrera del reforç. Com que la superfície de l'èmbol és més petita que la de la galeta, la pressió de l'oli "millora" la pressió de l'aigua.
El booster és una bomba alterna, el que significa que el conjunt de galetes i pistons ofereix aigua a alta pressió des d'un costat del booster, mentre que l'aigua a baixa pressió omple l'altre costat. La recirculació també permet que l'oli hidràulic es refredi quan torna al dipòsit. La vàlvula de retenció garanteix que l'aigua a baixa i alta pressió només pugui fluir en una direcció. Els cilindres d'alta pressió i les tapes d'extrem que encapsulen els components de l'èmbol i les galetes han de complir uns requisits especials per suportar les forces del procés i els cicles de pressió constant. Tot el sistema està dissenyat per fallar gradualment i les fuites fluiran cap a "forats de drenatge" especials, que l'operador pot controlar per programar millor el manteniment regular.
Un tub especial d'alta pressió transporta l'aigua fins al capçal de tall. La canonada també pot proporcionar llibertat de moviment per al capçal de tall, depenent de la mida de la canonada. L'acer inoxidable és el material escollit per a aquestes canonades i hi ha tres mides comunes. Les canonades d'acer amb un diàmetre d'1/4 de polzada són prou flexibles per connectar-se a equips esportius, però no es recomanen per al transport a llarga distància d'aigua a alta pressió. Com que aquest tub és fàcil de doblegar, fins i tot en un rotlle, una longitud de 10 a 20 peus pot aconseguir el moviment X, Y i Z. Les canonades més grans de 3/8 de polzada de 3/8 de polzada solen portar aigua des de la bomba fins a la part inferior de l'equip en moviment. Tot i que es pot doblegar, generalment no és adequat per a equips de moviment de canonades. La canonada més gran, que mesura 9/16 polzades, és la millor per transportar aigua a alta pressió a llargues distàncies. Un diàmetre més gran ajuda a reduir la pèrdua de pressió. Les canonades d'aquesta mida són molt compatibles amb bombes grans, perquè una gran quantitat d'aigua a alta pressió també té un major risc de pèrdua potencial de pressió. Tanmateix, les canonades d'aquesta mida no es poden doblegar i cal instal·lar accessoris a les cantonades.
La màquina de tall per raig d'aigua pura és la primera màquina de tall per raig d'aigua i la seva història es remunta a principis dels anys setanta. En comparació amb el contacte o la inhalació de materials, produeixen menys aigua sobre els materials, per la qual cosa són aptes per a la producció de productes com interiors d'automòbils i bolquers d'un sol ús. El fluid és molt prim, de 0,004 polzades a 0,010 polzades de diàmetre, i proporciona geometries extremadament detallades amb molt poca pèrdua de material. La força de tall és extremadament baixa i la fixació sol ser senzilla. Aquestes màquines són les més adequades per al funcionament de 24 hores.
Quan es considera un capçal de tall per a una màquina de raig d'aigua pura, és important recordar que la velocitat del flux són els fragments o partícules microscòpiques del material de llàgrima, no la pressió. Per aconseguir aquesta gran velocitat, l'aigua a pressió flueix a través d'un petit forat d'una gema (normalment un safir, robí o diamant) fixat a l'extrem del broquet. El tall típic utilitza un diàmetre de l'orifici de 0,004 polzades a 0,010 polzades, mentre que les aplicacions especials (com el formigó polvoritzat) poden utilitzar mides de fins a 0,10 polzades. A 40.000 psi, el flux de l'orifici viatja a una velocitat d'aproximadament Mach 2, i a 60.000 psi, el flux supera Mach 3.
Diferents joies tenen diferents coneixements en el tall per raig d'aigua. El safir és el material d'ús general més comú. Duren aproximadament entre 50 i 100 hores de temps de tall, encara que l'aplicació de raig d'aigua abrasiu redueix a la meitat aquests temps. Els rubí no són adequats per al tall per raig d'aigua pur, però el flux d'aigua que produeixen és molt adequat per al tall abrasiu. En el procés de tall abrasiu, el temps de tall dels robins és d'unes 50 a 100 hores. Els diamants són molt més cars que els safirs i els robins, però el temps de tall és d'entre 800 i 2.000 hores. Això fa que el diamant sigui especialment adequat per al funcionament de 24 hores. En alguns casos, l'orifici de diamant també es pot netejar i reutilitzar per ultrasons.
A la màquina de raig d'aigua abrasiva, el mecanisme d'eliminació de material no és el propi flux d'aigua. Per contra, el flux accelera les partícules abrasives per corroir el material. Aquestes màquines són milers de vegades més potents que les màquines de tall per raig d'aigua pura i poden tallar materials durs com ara metall, pedra, materials compostos i ceràmica.
El corrent abrasiu és més gran que el raig d'aigua pura, amb un diàmetre entre 0,020 polzades i 0,050 polzades. Poden tallar piles i materials de fins a 10 polzades de gruix sense crear zones afectades per la calor o tensió mecànica. Tot i que la seva força ha augmentat, la força de tall del corrent abrasiu encara és inferior a una lliura. Gairebé totes les operacions de jet abrasiu utilitzen un dispositiu de jet, i poden canviar fàcilment de l'ús d'un sol cap a l'ús de diversos capçals, i fins i tot el raig d'aigua abrasiu es pot convertir en un raig d'aigua pura.
L'abrasiu és dur, especialment seleccionat i de mida sorra, normalment granat. Les diferents mides de graella són adequades per a diferents treballs. Es pot obtenir una superfície llisa amb abrasius de 120 malles, mentre que els abrasius de 80 malles han demostrat ser més adequats per a aplicacions d'ús general. La velocitat de tall abrasiu de 50 malles és més ràpida, però la superfície és una mica més rugosa.
Tot i que els dolls d'aigua són més fàcils d'utilitzar que moltes altres màquines, el tub de mescla requereix l'atenció de l'operador. El potencial d'acceleració d'aquest tub és com un canó de rifle, amb diferents mides i vida de substitució diferent. El tub de mescla de llarga durada és una innovació revolucionària en el tall per raig d'aigua abrasiu, però el tub encara és molt fràgil: si el capçal de tall entra en contacte amb un accessori, un objecte pesat o el material objectiu, el tub pot frenar. Les canonades danyades no es poden reparar, de manera que mantenir els costos baixos requereix minimitzar la substitució. Les màquines modernes solen tenir una funció de detecció automàtica de col·lisions per evitar col·lisions amb el tub de mescla.
La distància de separació entre el tub de mescla i el material objectiu sol ser de 0,010 polzades a 0,200 polzades, però l'operador ha de tenir en compte que una separació superior a 0,080 polzades provocarà gelades a la part superior de la vora tallada de la peça. El tall sota l'aigua i altres tècniques poden reduir o eliminar aquest gelat.
Inicialment, el tub de mescla estava fet de carbur de tungstè i només tenia una vida útil de quatre a sis hores de tall. Les canonades compostes de baix cost d'avui poden assolir una vida útil de tall de 35 a 60 hores i es recomanen per tallar en brut o entrenar nous operadors. El tub de carbur cimentat compost allarga la seva vida útil de 80 a 90 hores de tall. El tub de carbur cimentat compost d'alta qualitat té una vida de tall de 100 a 150 hores, és adequat per a la precisió i el treball diari i presenta el desgast concèntric més previsible.
A més de proporcionar moviment, les màquines-eina de raig d'aigua també han d'incloure un mètode per assegurar la peça de treball i un sistema per recollir i recollir aigua i residus de les operacions de mecanitzat.
Les màquines estacionàries i unidimensionals són els raigs d'aigua més senzills. Els dolls d'aigua estacionaris s'utilitzen habitualment en l'aeronautica per retallar materials compostos. L'operador introdueix el material al rierol com una serra de cinta, mentre que el receptor recull el rierol i les deixalles. La majoria dels raigs d'aigua estacionaris són raigs d'aigua purs, però no tots. La màquina de tallar és una variant de la màquina estacionària, en què productes com el paper s'alimenten a través de la màquina i el raig d'aigua talla el producte en una amplada específica. Una màquina de tall transversal és una màquina que es mou al llarg d'un eix. Sovint treballen amb màquines de tallar per fer patrons semblants a quadrícula en productes com ara màquines expenedores com ara brownies. La màquina talladora talla el producte en una amplada específica, mentre que la màquina de tall transversal talla el producte alimentat per sota.
Els operadors no haurien d'utilitzar manualment aquest tipus de raig d'aigua abrasiu. És difícil moure l'objecte tallat a una velocitat específica i constant, i és extremadament perillós. Molts fabricants ni tan sols citaran màquines per a aquestes configuracions.
La taula XY, també anomenada màquina de tall plana, és la màquina de tall per raig d'aigua bidimensional més comuna. Els dolls d'aigua pura tallen juntes, plàstics, cautxú i escuma, mentre que els models abrasius tallen metalls, compostos, vidre, pedra i ceràmica. El banc de treball pot ser tan petit com 2 × 4 peus o tan gran com 30 × 100 peus. Normalment, el control d'aquestes màquines-eina es realitza mitjançant CNC o PC. Els servomotors, normalment amb retroalimentació de llaç tancat, asseguren la integritat de la posició i la velocitat. La unitat bàsica inclou guies lineals, carcasses de coixinets i accionaments de cargol de boles, mentre que la unitat de pont també inclou aquestes tecnologies, i el dipòsit de recollida inclou suport de material.
Els bancs de treball XY solen tenir dos estils: el banc de treball del pòrtic de rail mitjà inclou dues guies de base i un pont, mentre que el banc de treball en voladís utilitza una base i un pont rígid. Els dos tipus de màquines inclouen algun tipus d'ajust d'alçada del capçal. Aquesta capacitat d'ajust de l'eix Z pot prendre la forma d'una manivela manual, un cargol elèctric o un servocargol totalment programable.
El dipòsit del banc de treball XY sol ser un dipòsit d'aigua ple d'aigua, que està equipat amb reixes o llistons per suportar la peça de treball. El procés de tall consumeix aquests suports lentament. La trampa es pot netejar automàticament, els residus s'emmagatzemen al contenidor o pot ser manual i l'operador treu la llauna regularment.
A mesura que augmenta la proporció d'articles sense superfícies planes, les capacitats de cinc eixos (o més) són essencials per al tall modern per raig d'aigua. Afortunadament, el capçal de tall lleuger i la baixa força de retrocés durant el procés de tall ofereixen als enginyers de disseny la llibertat que no té el fresat d'alta càrrega. El tall per raig d'aigua de cinc eixos va utilitzar inicialment un sistema de plantilles, però els usuaris aviat van passar a programar cinc eixos per desfer-se del cost de la plantilla.
Tanmateix, fins i tot amb un programari dedicat, el tall en 3D és més complicat que el tall en 2D. La part de cua composta del Boeing 777 és un exemple extrem. Primer, l'operador carrega el programa i programa el personal flexible "pogostick". La grua transporta el material de les peces i la barra de molla es desenrosca a una alçada adequada i les peces es fixen. L'eix Z especial sense tall utilitza una sonda de contacte per posicionar la peça amb precisió a l'espai i punts de mostra per obtenir l'elevació i la direcció correctes de la peça. Després d'això, el programa es redirigeix a la posició real de la peça; la sonda es retrau per deixar espai per a l'eix Z del capçal de tall; el programa s'executa per controlar els cinc eixos per mantenir el capçal de tall perpendicular a la superfície a tallar i per funcionar segons sigui necessari. Desplaçament a velocitat precisa.
Es requereixen abrasius per tallar materials compostos o qualsevol metall de més de 0,05 polzades, la qual cosa significa que s'ha d'evitar que l'expulsor talli la barra de molla i el llit d'eines després del tall. La captura de punts especials és la millor manera d'aconseguir un tall per raig d'aigua de cinc eixos. Les proves han demostrat que aquesta tecnologia pot aturar un avió a reacció de 50 cavalls de potència per sota de 6 polzades. El marc en forma de C connecta el receptor amb el canell de l'eix Z per agafar correctament la pilota quan el cap retalla tota la circumferència de la peça. El punter també atura l'abrasió i consumeix boles d'acer a una velocitat d'entre 0,5 i 1 lliura per hora. En aquest sistema, el doll s'atura per la dispersió de l'energia cinètica: després que el doll entra a la trampa, es troba amb la bola d'acer continguda i la bola d'acer gira per consumir l'energia del raig. Fins i tot quan està horitzontalment i (en alguns casos) cap per avall, el capturador de punts pot funcionar.
No totes les peces de cinc eixos són igualment complexes. A mesura que augmenta la mida de la peça, l'ajust del programa i la verificació de la posició de la peça i la precisió de tall es fan més complicats. Moltes botigues utilitzen màquines 3D per tall 2D senzill i tall 3D complex cada dia.
Els operadors han de ser conscients que hi ha una gran diferència entre la precisió de les peces i la precisió del moviment de la màquina. Fins i tot una màquina amb una precisió gairebé perfecta, un moviment dinàmic, un control de velocitat i una repetibilitat excel·lent pot no ser capaç de produir peces "perfectes". La precisió de la peça acabada és una combinació d'error de procés, error de màquina (rendiment XY) i estabilitat de la peça (fixació, planitud i estabilitat de temperatura).
Quan es tallen materials amb un gruix inferior a 1 polzada, la precisió del raig d'aigua sol ser d'entre ±0,003 i 0,015 polzades (0,07 a 0,4 mm). La precisió dels materials de més d'1 polzada de gruix està entre ±0,005 i 0,100 polzades (0,12 a 2,5 mm). La taula XY d'alt rendiment està dissenyada per a una precisió de posicionament lineal de 0,005 polzades o més.
Els errors potencials que afecten la precisió inclouen errors de compensació d'eines, errors de programació i moviment de la màquina. La compensació de l'eina és el valor introduït al sistema de control per tenir en compte l'amplada de tall del doll, és a dir, la quantitat de recorregut de tall que s'ha d'ampliar perquè la peça final tingui la mida correcta. Per evitar possibles errors en el treball d'alta precisió, els operadors han de realitzar talls de prova i entendre que la compensació de l'eina s'ha d'ajustar per adaptar-se a la freqüència de desgast del tub de mescla.
Els errors de programació es produeixen més sovint perquè alguns controls XY no mostren les dimensions al programa de peces, cosa que dificulta detectar la manca de concordança dimensional entre el programa de peces i el dibuix CAD. Aspectes importants del moviment de la màquina que poden introduir errors són el buit i la repetibilitat en la unitat mecànica. L'ajust del servo també és important, perquè un ajust del servo inadequat pot provocar errors en els buits, la repetibilitat, la verticalitat i el xafardeig. Les peces petites amb una longitud i una amplada inferiors a 12 polzades no requereixen tantes taules XY com peces grans, de manera que la possibilitat d'errors de moviment de la màquina és menor.
Els abrasius representen dos terços dels costos operatius dels sistemes de raig d'aigua. Altres inclouen energia, aigua, aire, segells, vàlvules de retenció, orificis, canonades de mescla, filtres d'entrada d'aigua i peces de recanvi per a bombes hidràuliques i cilindres d'alta pressió.
El funcionament de tota potència semblava més car al principi, però l'augment de la productivitat va superar el cost. A mesura que augmenta el cabal d'abrasiu, la velocitat de tall augmentarà i el cost per polzada disminuirà fins arribar al punt òptim. Per obtenir la màxima productivitat, l'operador ha de fer funcionar el capçal de tall a la velocitat de tall més ràpida i la màxima potència per a un ús òptim. Si un sistema de 100 cavalls de potència només pot executar un capçal de 50 cavalls de potència, llavors fer funcionar dos capçals al sistema pot aconseguir aquesta eficiència.
L'optimització del tall per raig d'aigua abrasiu requereix atenció a la situació específica, però pot proporcionar excel·lents augments de productivitat.
No és prudent tallar un buit d'aire superior a 0,020 polzades perquè el raig s'obre a l'espai i talla aproximadament els nivells més baixos. Apilar els fulls de material molt junts pot evitar-ho.
Mesureu la productivitat en termes de cost per polzada (és a dir, el nombre de peces fabricades pel sistema), no cost per hora. De fet, és necessària una producció ràpida per amortitzar els costos indirectes.
Els raigs d'aigua que sovint perforan materials compostos, vidre i pedres haurien d'estar equipats amb un controlador que pugui reduir i augmentar la pressió de l'aigua. L'assistència al buit i altres tecnologies augmenten la probabilitat de perforar amb èxit materials fràgils o laminats sense danyar el material objectiu.
L'automatització de la manipulació de materials només té sentit quan la manipulació de materials representa una gran part del cost de producció de les peces. Les màquines de raig d'aigua abrasives solen utilitzar la descàrrega manual, mentre que el tall de plaques utilitza principalment l'automatització.
La majoria dels sistemes de raig d'aigua utilitzen aigua de l'aixeta normal i el 90% dels operadors de raig d'aigua no fan cap preparació que no sigui suavitzar l'aigua abans d'enviar l'aigua al filtre d'entrada. L'ús d'osmosi inversa i desionitzadors per purificar l'aigua pot ser temptador, però eliminar els ions facilita que l'aigua absorbeixi els ions dels metalls a les bombes i canonades d'alta pressió. Pot allargar la vida útil de l'orifici, però el cost de substituir el cilindre d'alta pressió, la vàlvula de retenció i la coberta final és molt més elevat.
El tall sota l'aigua redueix la gelada superficial (també coneguda com a "boira") a la vora superior del tall abrasiu per raig d'aigua, alhora que redueix molt el soroll del raig i el caos al lloc de treball. Tanmateix, això redueix la visibilitat del jet, per la qual cosa es recomana utilitzar el control electrònic del rendiment per detectar desviacions de les condicions màximes i aturar el sistema abans de qualsevol dany en els components.
Per als sistemes que utilitzen diferents mides de pantalla abrasiva per a diferents treballs, utilitzeu emmagatzematge i mesura addicionals per a mides habituals. Les vàlvules de transport a granel petites (100 lliures) o grans (500 a 2.000 lliures) i les vàlvules de mesura relacionades permeten un canvi ràpid entre les mides de malla de pantalla, reduint el temps d'inactivitat i les molèsties, alhora que augmenta la productivitat.
El separador pot tallar eficaçment materials amb un gruix inferior a 0,3 polzades. Tot i que aquestes puntes solen assegurar una segona mòlta de l'aixeta, poden aconseguir una manipulació del material més ràpida. Els materials més durs tindran etiquetes més petites.
Màquina amb raig d'aigua abrasiu i control de la profunditat de tall. Per a les parts adequades, aquest procés naixent pot proporcionar una alternativa convincent.
Sunlight-Tech Inc. ha utilitzat els centres de micromecanitzat i microfresat làser Microlution de GF Machining Solutions per produir peces amb toleràncies inferiors a 1 micra.
El tall per raig d'aigua ocupa un lloc en el camp de la fabricació de materials. Aquest article analitza com funcionen els raigs d'aigua a la vostra botiga i analitza el procés.
Hora de publicació: 04-set-2021