La lavorazione a getto d'acqua è una lavorazione di “asportazione” che taglia il metallo con getti d'acqua. Viene utilizzato per deformare con precisione e facilità vari pezzi, come uretano e vetro, comprese carrozzerie e paraurti di automobili. Miscelando gli abrasivi con l'acqua, è possibile lavorare materiali difficili da tagliare come il titanio, che è difficile da tagliare, e tagliare lastre spesse.
Questo articolo spiega i vantaggi della lavorazione a getto d'acqua e del "getto d'acqua abrasivo", una miscela di abrasivi.
Poiché non taglia l'olio né genera polvere, attira l'attenzione come processo rispettoso dell'ambiente!
Cos'è la lavorazione a getto d'acqua?
Principio di funzionamento del taglio a getto d'acqua
Taglio a getto d'acqua è un metodo di lavorazione che utilizza getti d'acqua per tagliare il metallo. Utilizza lo stesso principio dell'idropulitrice utilizzata negli autolavaggi: l'acqua viene spruzzata ad alta pressione per tagliare il metallo.
È possibile generare un'elevata energia di elaborazione spingendo fuori l'acqua compressa a 300-600 MPa da un ugello di piccolo diametro di φ0.1 mm.
La velocità del getto dell'acqua raggiunge tre volte la velocità del suono e qualsiasi materiale può essere utilizzato purché l'opera sia bagnata.
Per l'elaborazione viene utilizzata una "macchina a getto d'acqua" ed è possibile l'elaborazione 3D tramite controllo NC e l'elaborazione complessa tramite controllo a 5 assi. La regolazione della pressione dell'acqua può essere applicata a vari processi come sbavatura, lucidatura e pulizia.
Il principio della tecnologia di lavorazione dei metalli a getto d'acqua
Questo metodo di taglio dei metalli è apparso a metà del secolo scorso. Inizialmente veniva utilizzata acqua pura, ma dopo alcuni anni gli ingegneri aggiunsero sabbia abrasiva al getto, aumentando notevolmente le proprietà di taglio.
L'essenza di questa tecnologia è quella di agire sul materiale con un getto d'acqua ad intensa pressione. Oggi questa tecnologia è una delle più dinamiche in via di sviluppo ed è considerata uno dei migliori metodi di taglio.
Il taglio del metallo a getto d'acqua non è in alcun modo inferiore in termini di qualità a plasma; laser or taglio meccanico, inoltre, un tale getto è uno strumento che non è soggetto ad usura. Il diametro del getto utilizzato è diverso, a seconda del tipo di materiale. Di solito è 0.5-1.5 mm. A causa del diametro ridotto, lo spreco di materiale è molto ridotto.
Un vantaggio essenziale di questa tecnologia è che il taglio può iniziare da qualsiasi punto del prodotto.
Qualsiasi macchina da taglio a getto d'acqua funziona così:
1. Le pompe ad alta potenza creano una pressione dell'acqua da 3800 a 6200 bar all'interno della testa di taglio autocentrante.
2. Nell'ugello si forma un sottile getto d'acqua, immesso nel miscelatore ad alta pressione ad una velocità superiore alla velocità del suono.
3. L'acqua viene fornita al miscelatore dell'apparecchio dall'ugello e il materiale abrasivo viene fornito da un'unica tramoggia per l'abrasivo.
4. Dopo la miscelazione, acqua e abrasivo formano un getto tagliente, che viene applicato al materiale tagliato.
Il tavolo da taglio è a sbalzo oa portale e ha un telaio appositamente progettato per una stabilità ottimale e assenza di distorsioni e vibrazioni ad alte velocità.
Il processo di taglio è controllato da un software specializzato, le cui varie versioni consentono di tagliare qualsiasi forma, a seconda delle capacità della testa di taglio.
Quali tipi di materiali posso tagliare con un getto d'acqua?
La prima e più importante considerazione durante la selezione del taglio a getto d'acqua è il tipo di materiale da lavorare. Per utilizzare questo metodo, il materiale deve essere adatto al processo e in grado di produrre tagli precisi. È possibile utilizzare la tecnologia di taglio a getto d'acqua per i seguenti materiali.
Metallo e leghe: Quasi tutti i metalli e le leghe sono compatibili con il taglio a getto d'acqua. I più conosciuti sono l’acciaio, l’alluminio, il rame, il titanio e l’ottone. Il taglio a getto d'acqua può essere utilizzato per tagliare e modellare lamiere sia sottili che pesanti.
Plastica: Materie plastiche come acrilico, PVC, Delrin, polistirolo e molte altre possono essere lavorate con la tecnologia a getto d'acqua. È pulito e non lascia fusione o altri danni materiali al pezzo.
Ceramica: Può fornire soluzioni di taglio e modellatura per vari materiali ceramici, come piastrelle, porcellana, carburo di silicio, allumina e altro, senza crepe.
Compositi: La tecnica del getto d'acqua è ideale per tagliare e modellare materiale composito. Altri approcci, Taglio al plasma, segatura e taglio tradizionale, potrebbero causare la rottura dei compositi. Tuttavia, il getto d'acqua crea tagli netti e precisi su diversi compositi, come fibra di vetro, fibre aramidiche, Kevlar e fibra di carbonio.
Gli altri materiali sono schiuma, gomma, pietra, granito, vetro, pelle e stoffa.
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I principali vantaggi del taglio a getto d'acqua
Taglio freddo: Il taglio a getto d'acqua è un processo “a freddo”, in quanto non richiede apporto di calore aggiuntivo. L'acqua e l'abrasivo sono coinvolti nel processo di taglio, il riscaldamento del materiale tagliato rimane insignificante e non ci sono deformazioni termiche e meccaniche.
Inoltre, il vantaggio del taglio “a freddo” è l’assenza di bave, deformazioni e scaglie. Pertanto, i prodotti risultanti, grazie all'elevata qualità del taglio, non necessitano di una preparazione preliminare prima delle operazioni successive (ad esempio verniciatura o saldatura).
Inoltre, il taglio a freddo aumenta la produttività poiché l'installazione dei pezzi non necessita di essere fissati e raffreddati prima del successivo processo tecnologico.
Elevata precisione di taglio (± 0.1 mm): La combinazione di alta pressione e una piccola area di taglio consente di ottenere il risultato desiderato senza operazioni aggiuntive.
Il taglio a getto d'acqua viene utilizzato attivamente per ottenere un taglio di alta qualità, ad esempio per ottenere forme geometriche precise. Inoltre, il taglio a getto d'acqua può essere utilizzato per vari materiali e tipi di superfici non standard.
Elevata versatilità nell'applicazione: Il taglio a getto d'acqua è oggi uno dei sistemi di taglio più versatili. Viene utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni, dalla produzione in serie di parti in lamiera alla scultura tridimensionale del marmo.
Lo spessore consentito per gli acciai tagliati è di 300 mm. L'introduzione delle teste di taglio a 5 assi ha portato a una rapida crescita del taglio a getto d'acqua: durante il taglio di parti piatte, la testa può eseguire tagli continui, muoversi attorno al pezzo e anche eseguire tagli obliqui nell'intervallo ±55 °.
Caratteristiche della lavorazione a getto d'acqua
Poiché la lavorazione a getto d'acqua utilizza l'acqua, presenta vari vantaggi che altri metodi di lavorazione non hanno.
1. Non influenzato dal calore
Poiché viene utilizzata “acqua”, non vi è generazione di calore getto d'acqua vs laser e lavorazione di taglio.
Pertanto, la precisione di lavorazione è elevata ed è possibile lavorare materiali vulnerabili al calore.
2. La forza lavorante può essere regolata
Poiché viene utilizzata "acqua", la forza applicata alla lavorazione può essere regolata regolando la pressione dell'acqua.
Pertanto è possibile lavorare materiali morbidi come gomma, uretano e circuiti stampati.
3. Basso costo
Poiché utilizza "acqua", è di facile manutenzione e il costo di esercizio è basso.
4. Eco-friendly
Poiché viene utilizzata “acqua”, non viene generata polvere durante la lavorazione. Inoltre non è necessario il “refrigerante”, utilizzato in grandi quantità nel taglio.
Principio della lavorazione a getto d'acqua
La lavorazione a getto d'acqua è divisa in “lavorazione a getto d'acqua”, che utilizza solo acqua, e “lavorazione a getto d'acqua abrasiva”, che mescola gli abrasivi con l'acqua.
Questo metodo di lavorazione taglia il pezzo solo mediante getti d'acqua ad alta pressione. È adatto per il taglio di materiali morbidi come uretano, legno e resina.
Grazie alla sua elevata compatibilità ambientale, è ampiamente utilizzato nei siti di lavorazione dei metalli, nella lavorazione alimentare e nelle industrie mediche.
Otto scenari per la scelta del processo di taglio a getto d'acqua
Abbiamo discusso dei materiali che possono essere lavorati con il taglio a getto d'acqua. Esploriamo i molti scenari in cui un getto d'acqua è una valida opzione per tagliare e modellare il materiale.
1. Quando i materiali sono sensibili al calore
Come accennato in precedenza, il taglio a getto d'acqua non utilizza calore intenso e genera calore quasi trascurabile, rendendolo ideale per il taglio di materiali sensibili al calore, come alcune plastiche o compositi.
Il taglio di materiali sensibili al calore con altri approcci, come il taglio al plasma e al laser, può causare danni significativi, come la fusione nella posizione di taglio, il degrado delle proprietà fisiche e la deformazione. La lavorazione di questi materiali con il taglio a getto d'acqua elimina questi rischi e crea tagli puliti e precisi.
Inoltre, ci sono diverse applicazioni in cui il degrado delle proprietà fisiche e termiche influisce sulla funzionalità delle parti, come circuiti stampati, applicazioni termiche e parti elettricamente conduttive. In questo scenario, il taglio a getto d'acqua mantiene l'integrità del materiale e taglia il pezzo senza il rischio di danni dovuti al calore.
2. Quando sono necessarie geometrie complesse
Il taglio a getto d'acqua è una tecnologia di produzione pratica perché può creare con precisione forme complesse e intricate. È rinomato per i tagli precisi lungo linee curve o ad arco, che gli consentono di generare cerchi, ovali ed ellissi.
- Può creare modelli complessi per oggetti interni e decorativi e richiede solo un design pratico (3D).
- Il taglio a getto d'acqua rende possibili piccoli fori, canali, cavità e altre complicate caratteristiche interne.
- Il taglio a getto d'acqua può creare più parti da un singolo pezzo di materiale e facilita assemblaggi complessi.
In conclusione, è una buona scelta per molte applicazioni che richiedono precisione e forme complesse. La lavorazione a getto d'acqua mantiene facilmente una tolleranza di circa 0.12 mm (Dey, 2020).
3. Ogni volta che un materiale è estremamente duro
È difficile tagliare materiali estremamente duri, come acciaio temprato, titanio, carburo di silicio, superleghe a base di nichel, compositi di carbonio, pietra, ceramica e altro ancora. La lavorazione di questi materiali con la fresatura CNC e altre tecnologie tradizionali provoca usura utensili da taglio e danni fisici al pezzo.
Il taglio a getto d'acqua può tagliare quasi tutti i materiali duri (eccetto il diamante) con precisione e senza rischio di danni. Un altro motivo per scegliere il taglio a getto d’acqua per materiali duri è che non comporta il rischio di pezzi sparsi. Può tagliare materiali duri con uno spessore compreso tra 10 e 12 pollici (Dey, 2020).
4. Ogni volta che è necessario elaborare fogli di materiale sottile
Il taglio di fogli sottili con fresatura CNC, taglio al plasma, taglio laser e altre tecniche provoca deformazioni e distorsioni nella posizione di taglio. In confronto, il taglio a getto d’acqua può creare tagli precisi in fogli di materiale sottile senza questi effetti.
La zona interessata è un altro svantaggio durante il taglio e la sagomatura del pezzo sottile. La lamiera sottile può essere gravemente danneggiata rispetto alla lamiera spessa, con conseguente fusione. Pertanto, il flusso d’acqua stretto con pressione controllata è un’opzione ideale in questo scenario.
5. Materiale con spessore incoerente
Durante la lavorazione del pezzo, avere uno spessore incoerente con la fresatura CNC, il taglio laser, il taglio al plasma e altri approcci richiede più passaggi di taglio. Al contrario, il taglio a getto d'acqua può tagliarlo in un unico passaggio.
Potrebbero esserci molte applicazioni in cui le parti devono avere un diverso livello di spessore. È possibile creare tali parti con la tecnologia a getto d'acqua CNC. Altri metodi potrebbero ancora farlo; tuttavia, potrebbero essere meno accurati e più disordinati.
6. Ogni volta che il materiale è estremamente spesso
I pezzi spessi sono complicati da lavorare con altri approcci. Ad esempio, il taglio al plasma e al laser richiede molta energia, che potrebbe essere notevolmente costosa. Nel frattempo, il taglio a getto d'acqua può lavorare pezzi spessi regolando la pressione e le particelle abrasive. Tuttavia, il limite di spessore dipende dalla durezza di un particolare materiale. I materiali duri come il titanio sono accettabili fino a 10-12 pollici di spessore, mentre i materiali morbidi come la schiuma sono facilmente lavorabili fino a 2-3 piedi di spessore (Schlick, 2022).
Inoltre, lo spessore del materiale che può essere tagliato è determinato dalla pressione del getto d'acqua. La pressione dell'acqua è modificabile con un semplice controllo della pompa di pressione (fino a 900 MPa). Successivamente, le particelle altamente abrasive possono essere miscelate con acqua per tagliare pezzi spessi, oppure anche l'aumento della concentrazione di particelle abrasive funziona in modo simile.
7. Quando è necessaria una produzione di grandi volumi
Il taglio a getto d'acqua non potrebbe essere così conveniente in produzione a basso volume come procedure tradizionali, soprattutto dove l'elevata precisione non è un requisito fondamentale. Tuttavia, riduce significativamente il costo della produzione ad alto volume. È possibile lavorare il materiale per diverse applicazioni con elevata ripetibilità e costanza dimensionale.
8. Taglio di materiali non conduttivi
Il taglio a getto d'acqua può essere una buona soluzione per tagliare materiali non conduttivi perché non genera calore durante il processo di taglio. Al contrario, la conduttività del materiale influenza la qualità del taglio laser e plasma. Durante la lavorazione di materiali non conduttivi con queste tecniche, i tagli potrebbero risultare grossolani e inconsistenti.
Quando non utilizzare l'approccio di taglio a getto d'acqua?
Abbiamo discusso vari scenari in cui il taglio a getto d'acqua è l'opzione ideale per tagliare e modellare i materiali. Esistono alcuni scenari in cui sarebbe inappropriato utilizzare questo approccio.
- I materiali sensibili all'acqua e all'umidità, come i prodotti in legno e carta, possono assorbire acqua e alterare le proprietà fisiche.
- Il taglio a getto d’acqua potrebbe non essere appropriato per l’applicazione, poiché richiede estrema precisione. In questi casi, il taglio laser può svolgere un lavoro migliore.
- Le produzioni a basso volume possono essere più costose a causa delle attrezzature specializzate e dei tempi di installazione.
Lavorazione a getto d'acqua abrasivo
Lavorazione a getto d'acqua abrasivo
Questo è un metodo di lavorazione in cui un abrasivo viene miscelato con acqua per tagliare il pezzo.
Gli abrasivi vengono aspirati dalla pressione negativa dell'acqua ad alta pressione e spruzzati come liquido misto dall'ugello.
Ha un'elevata capacità di taglio ed è adatto per il taglio di materiali difficili da lavorare come titanio, ceramica e metalli. Viene utilizzato anche per la lavorazione di parti automobilistiche e nuovi materiali aeronautici. Per la lavorazione a getto d'acqua vengono utilizzate macchine per la lavorazione a getto d'acqua controllate da NC chiamate "macchine a getto d'acqua".
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Configurazione della macchina a getto d'acqua
- Generatore di acqua ad altissima pressione
- ugello di lavorazione
- Dispositivo di alimentazione dell'abrasivo
Generatore di acqua ad altissima pressione
Questa pompa emette una pressione estremamente elevata da 300 a 600 MPa.
Ugello di lavorazione
È realizzato con materiali come carburo cementato e diamante per prevenire l'usura del getto.
- Per la lavorazione a getto d'acqua, utilizzare un ugello con un diametro da circa 0.1 a 0.3 mm.
- Nella lavorazione a getto d'acqua abrasivo, utilizzare un ugello di circa φ1 mm
Dispositivo di alimentazione dell'abrasivo
Attrezzatura per la miscelazione di abrasivi con acqua nella lavorazione a getto d'acqua abrasivo.
Sintesi
In questo articolo abbiamo spiegato i vantaggi della lavorazione a getto d'acqua e vari metodi di miscelazione degli abrasivi. Professionale servizi di taglio a getto d'acqua Ci affidiamo alla lavorazione a getto d'acqua, un metodo di lavorazione ecocompatibile che non richiede olio da taglio e non produce polvere, proteggendo così gli operatori. Oltre alla lavorazione dei metalli, questa tecnologia non infiammabile viene applicata anche nelle operazioni di soccorso in caso di calamità.
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