“Quando si parla di getto d’acqua CNC, significa precisione e accuratezza a portata di mano. È l'ideale per creare prototipi funzionali 2D e 3D. Offre affidabilità e ripetibilità e produce parti da volumi bassi a sfusi in cicli di tempo brevi.
Nell'ingegneria idrodinamica, il taglio a getto d'acqua ha registrato un aumento significativo fino al 6.15% grazie al suo approccio economico e rapido al taglio di metalli abrasivi e ad alta densità. In precedenza, le tecniche convenzionali, come elettroerosione a filo, taglio laserIl taglio a caldo e il taglio al plasma venivano impiegati per tagliare materiali duri. Questi metodi erano laboriosi, richiedevano molto tempo e presentavano una limitata varietà di materiali.
Pertanto, il taglio a getto d'acqua si impone come soluzione ideale, consentendo ai produttori OEM di immettere i prodotti sul mercato più rapidamente e di soddisfare le esigenze dei clienti. Inoltre, il taglio a getto d'acqua si adatta a geometrie complesse e design 3D e può tagliare una vasta gamma di materiali senza alterarne le caratteristiche chimiche. Alcuni esempi includono: metalli, termoplastiche di grado tecnico, vetro e materiali compositi. Infine, agevola i settori automobilistico, aerospaziale, elettronico e della difesa, fornendo componenti di qualità costante e dimensionalmente stabili per prestazioni ottimali e funzionali.
Questo articolo evidenzia l'enorme potenziale del processo di taglio a getto d'acqua, le sue applicazioni, i pro e i contro, le capacità di taglio e molto altro.
Cos'è il getto d'acqua?
Il taglio a getto d'acqua è un processo di erosione senza contatto utilizzato per tagliare materiali ad alta resistenza. Non si basa sul calore, bensì su getti di liquido ipersonici ad alta pressione, miscelati con abrasivi, per creare prodotti con le forme e i disegni desiderati.
Taglio a getto d'acqua
Le macchine a getto d'acqua funzionano in modo ottimale a una pressione nominale di 690 MPa (1000,000 Psi). Questa pressione viene proiettata attraverso un foro o un ugello specializzato in un tubo a una velocità di 900 m/sec, ovvero tre volte superiore alla velocità del suono, per tagliare il materiale per la parte specificata desiderata. Il diametro medio dell'ugello è solitamente compreso tra 0.1 e 0.4 mm. Un ugello dal diametro piccolo aiuta a concentrare l'oggetto senza generare eccessivi sprechi di materiale. Questo processo viene realizzato attraverso un intensificatore o un gruppo pompa ad albero motore. Inoltre, il getto d'acqua viene applicato a diversi materiali, ad esempio leghe metalliche, materiali semimorbidi, plastica, ceramica e materiali compositi.
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Come funziona il taglio a getto d'acqua?
Processo di taglio a getto d'acqua
Migliori Processo di lavorazione a getto d'acqua viene generalmente utilizzato per geometrie bidimensionali. Ecco una breve descrizione di come funziona il taglio a getto d'acqua.
- Tecnicamente, il processo di taglio a getto d'acqua funziona utilizzando getti d'acqua ultra pressurizzati espulsi attraverso un orifizio o ugello in acciaio inossidabile. Di solito, nel processo vengono utilizzati orifizi di diamante, zaffiro o rubino per aumentare la velocità di quasi circa 2500 mph.
- Il flusso d'acqua ad alta velocità è combinato con una camera abrasiva (solitamente posizionata sotto l'orifizio nel gruppo della testa di taglio) per accelerare l'operazione di taglio. Generalmente l'abrasivo utilizzato è la sabbia granata, trascinata lungo il corso d'acqua.
- Infine, la combinazione aiuta a replicare contorni dimensionalmente stabili e accurati sul materiale target. L'intero processo di taglio a getto d'acqua è controllato da un software specializzato del sistema CNC per eliminare deformazioni e difetti.
Tipi di taglio a getto d'acqua
Nelle industrie manifatturiere, due tipi vengono manipolati per il taglio di materiali abrasivi. Questi includono;
- Taglio a getto d'acqua abrasivo
- Taglio a getto d'acqua pura
Taglio a getto d'acqua abrasivo
Il taglio a getto d'acqua abrasivo è un processo non termico. Si effettua accompagnando il materiale abrasivo (solitamente granato, graniglia o ossido di alluminio) con acqua. Questa combinazione si traduce in un flusso più potente, invisibile e coerente per creare propulsioni e tagliare materiali duri e laminati.
Di solito, i progettisti OEM utilizzano il granato per il taglio a causa del suo basso costo e delle prospettive di disponibilità. Garnet offre due prodotti tra cui scegliere; frantumato e alluvionale. Tra i due, il granato proviene dalle cave minerarie, mentre il granato alluvionale è un deposito naturale che si trova nei letti dei fiumi, che viene schermato per renderlo utile al processo di getto d'acqua. È relativamente più economico e meno aggressivo e offre facilità di lavorazione rispetto al granato frantumato. Ciò lo rende la scelta ideale dove sono richiesti bordi fini e lisci.
Nel complesso, il taglio a getto d'acqua abrasivo si applica, ad esempio, a materiali ad alta resistenza, spessi e resistenti alla trazione; ceramica, pietre decorative, rocce, metalli e plastica. Inoltre, è possibile ottenere bordi affilati dell'aggregato utilizzando un processo di taglio abrasivo.
Taglio a getto d'acqua pura
Il taglio a getto d’acqua pura generalmente utilizza flussi di acqua pura ad alta pressione. Questo flusso libero di abrasivo passa pressurizzato attraverso un piccolo diametro di circa 0.1 mm tramite un orifizio diamantato. Questo orifizio tende ad aumentare la velocità del flusso di quasi 3 volte la velocità del suono. Questo metodo è particolarmente ideale per il taglio di materiali morbidi; ad esempio; gomma, schiuma, guarnizioni, alimenti e tessuti. A differenza dei metodi tradizionali, del taglio al plasma CNC e del laser, il taglio ad acqua pura è considerato una tecnica di taglio a freddo, il che significa che non produce calore durante il processo.
Progressi nel processo di taglio a getto d'acqua?
I sistemi CNC utilizzati oggi nel taglio a getto d'acqua hanno rivoluzionato questo processo. Due tecnologie di grande utilizzo stanno diventando popolari in questo aspetto. Questi sono;
- Taglio a getto d'acqua a 5 assi
- Compensazione del cono
Taglio a getto d'acqua a 5 assi
Un progresso riscontrato nel getto d’acqua è il taglio a getto d’acqua a 5 assi come approccio multiasse. In precedenza, le macchine a 5 assi venivano utilizzate per parti o prodotti dettagliati estremamente specializzati grazie alla programmazione immensa e alle specifiche esatte. Pertanto, era considerato un approccio costoso al taglio a getto d'acqua.
Ma, in questa epoca, è noto per prendere con precisione modelli 3D dal CAM e tagliarli rapidamente in componenti esatti. Queste macchine vengono utilizzate principalmente per materiali morbidi come gomma, fibre e leghe. Inoltre, le macchine a 5 assi automatizzano il processo, aggiungendo lavorazioni di valore nel taglio delle parti. Pertanto, riduce notevolmente la necessità di lavoro manuale.
Compensazione del cono
La compensazione della conicità è un'ulteriore innovazione che consente di ottenere dimensioni di taglio precise e accurate. È diventata una tecnica diffusa per realizzare tagli uniformi su materiali più spessi, eliminando il rischio di formazione di conicità sulla superficie del materiale. La conicità è causata dalle elevate velocità di taglio e dalla naturale divergenza dei getti d'acqua. Generalmente, si utilizzano tre approcci per eliminarla: la compensazione geometrica, che prevede la regolazione e la modifica dei progetti CAD iniziali; e la compensazione dinamica della conicità, che regola la posizione della testa di taglio durante il suo movimento attorno al materiale. Inoltre, spostando il percorso di taglio, è possibile ridurre al minimo la formazione di conicità. La compensazione della conicità è particolarmente vantaggiosa per ottenere tolleranze ottimali fino a 0.005".
Taglio laser vs. Taglio a getto d'acqua: differenze chiave
Il taglio laser e il taglio a getto d'acqua sono entrambi ampiamente applicabili per diverse applicazioni industriali. Questi vengono utilizzati per perforare con precisione materiali ad alta resistenza da un ampio spettro. Ecco alcune differenze tecniche menzionate nella tabella seguente;
Tabella: Analisi comparativa di Laser vs. Taglio a getto d'acqua
| Aspetto | Taglio laser | Taglio a getto d'acqua |
| Approccio al taglio | Utilizza un raggio laser ad alta potenza per ritagliare il materiale | Utilizza acqua combinata con abrasivi per tagliare e modellare le parti |
| Velocità | Di solito può tagliare 70 pollici al minuto | In genere, tagliare a una velocità di 20 pollici al minuto |
| Zona influenzata dal calore | Crea zone colpite dal calore | Non produce zone influenzate dal calore |
| Precisione del taglio | Generalmente, 0.15 mm | Tipicamente, 0.5 mm |
| Spessore materiale | 30 mm – 40 mm dipende dalla potenza del laser | Di solito, 250 – 300 mm |
| Suono o rumore | 75 dB | Normalmente, frequenza del suono di 90 dB |
| Compatibilità dei materiali | Metalli, plastiche, compositi, vetri | Metalli, ceramica, abrasivi, vetri non temperati e diamanti |
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Vantaggi del taglio a getto d'acqua
Migliori vantaggi del taglio a getto d'acqua Sono ampiamente diffuse in vari settori manifatturieri. Queste macchine sono note per la loro elevata ripetibilità e precisione. Alcuni dei vantaggi più comuni che le distinguono dalle tecniche tradizionali includono:
- Praticamente qualsiasi materiale può essere tagliato e modellato mediante la tecnica del taglio a getto d'acqua.
- Produce bordi di qualità superiore senza materiale di scarto durante il processo.
- Il taglio a getto d'acqua è una tecnica di taglio a freddo che non produce zone termicamente alterate durante l'operazione.
- Il suo vantaggio rispetto alle tecniche convenzionali risiede nell'assenza di limitazioni sullo spessore dei materiali. Ad esempio, un foglio di 30 metri (100 piedi) può essere tagliato con precisione tramite il taglio a getto d'acqua.
- Offre un approccio multiasse per la foratura dei materiali. Un esempio comune è una macchina a 5 assi. Inoltre, non richiede utensili o frese aggiuntive.
- Uno dei principali vantaggi è la produzione di componenti di alta qualità senza necessità di ulteriori lavorazioni.
- Una macchina da taglio a getto d'acqua standard può raggiungere tolleranze ristrette fino a 0.005''. Inoltre, la creazione di forme 3D risulta più semplice grazie al processo di taglio a getto d'acqua.
- Inoltre, si tratta di un processo ecologicamente sostenibile grazie alla riciclabilità dell'acqua utilizzata durante il taglio.
Limitazioni del taglio a getto d'acqua
Inoltre, presenta alcuni svantaggi per iniziare i tuoi progetti di taglio; Questi includono;
- Alcuni rischi; ad esempio, il danneggiamento dell'orifizio, delle rastremazioni (a V, rovesce e a botte) e le formazioni di vuoti dovute alla ridotta larghezza dei solchi. Pertanto, come regola generale, la dimensione del taglio deve essere 11.25 volte quella del getto d'acqua.
- Il getto d'acqua può causare rientranze e problemi di delaminazione nelle parti perforate.
- Gli abrasivi utilizzati per il taglio possono comportare costi aggiuntivi per il processo. Ma, soprattutto, dipende dal tipo di materiale, dalle specifiche del componente e dall'applicazione d'uso prevista.
- Per ottenere parti con specifiche esatte, si consiglia spesso di mantenere il foro all'interno dei raggi a 2x del getto d'acqua, altrimenti si causerebbero tagli ciechi e irregolari nel materiale.
- L'uso eccessivo di abrasivi potrebbe portare all'usura dell'attrezzatura, con conseguenti costi aggiuntivi per il processo.
- L’impianto di taglio a getto d’acqua comporta un investimento iniziale più elevato.
Applicazioni industriali del taglio a getto d'acqua
Le applicazioni della lavorazione a getto d'acqua sono così diffuse in diversi settori. Alcuni dei principali consumatori di questa tecnica includono i settori aerospaziale, automobilistico, tessile, dell'elettronica di consumo e della produzione industriale.
Industria aerospaziale
Le industrie aerodinamiche utilizzano prevalentemente il taglio a getto d'acqua per modellare parti di motori aeronautici interni ed esterni. Di solito, queste parti richiedono tagli precisi e accurati per la funzionalità e la mobilità nei prodotti. Perciò, Taglio a getto d'acqua nel settore aerospaziale svolge un ruolo importante nel taglio o nella modellatura dei prodotti; Compreso; parti di motori a reazione, pale di turbine, pannelli interni di cabine e carrelli di atterraggio.
Industria automobilistica
Questa affascinante tecnica viene utilizzata per creare più parti automobilistiche. I produttori di design utilizzano frese automatizzate a getto d'acqua per ottenere le incisioni richieste in diversi componenti automobilistici. Alcuni esempi includono; cielini, paraurti, guarnizioni testate in rame e flange per sistemi di scarico personalizzati, staffe decorative per automobili.
Industria architettonica
Taglio a getto d'acqua abrasivo della pietra
La tecnologia del taglio a getto d'acqua è molto apprezzata nel settore artistico e architettonico. Diversi murales, marmi e pietre possono essere forati con precisione in opere d'arte attraverso una taglierina a getto d'acqua. Inoltre, gli ingegneri progettisti possono utilizzarlo, ad esempio, per opere d'arte in metallo; opere d'arte di musei, spazi aperti, parchi a tema e meravigliosi fulmini.
Industria elettronica
Il taglio a getto d’acqua avvantaggia i produttori riducendo i costi di produzione dei componenti elettronici. Queste parti sono altamente sensibili alle operazioni termiche. Pertanto, una taglierina a getto d'acqua serve come soluzione, ad esempio, per creare parti; circuiti stampati popolati, componenti di generatori, pannelli di controllo di ascensori e taglio di profili per ascensori. Inoltre, aiuta a creare dispositivi elettronici di protezione di alta qualità come Custodie impermeabili per esterni.
Industria medica e chirurgica
Gli strumenti medici microdimensionati e in miniatura richiedono profili fini per un funzionamento costante. In questo modo, il taglio a getto d’acqua è estremamente utile per creare queste parti che richiedono precisione e spigolosità. Ecco alcuni componenti che prendono forma attraverso questo processo di taglio a getto d'acqua; forme di arti artificiali, tutori in carbonio, apparecchi ortopedici, parti chirurgiche e resezioni epatiche.
Industria del vetro
L'industria del vetro è uno dei principali utilizzatori della tecnica di taglio a getto d'acqua. Migliora la produttività e la qualità dei bordi modellando varie parti complesse in vetro colorato, quarzo, vetro ottimale, borosilicato, silice fusa e vetri piani senza la necessità di trattamenti aggiuntivi in tempi rapidi.
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Il taglio a getto d'acqua è migliore per il tuo progetto?
La compatibilità del processo dipende da vari fattori. Per esempio; le specifiche delle parti, la complessità geometrica, lo spessore e le proprietà dei materiali come conduttività, resistenza alla corrosione e durata, vengono tagliate nella forma per il progetto specificato.
Esempi di applicazione del taglio a getto d'acqua
In generale, una lavorazione a getto d'acqua standard può tagliare più materiali senza influenzarne le proprietà superficiali. Inoltre, l'utilizzo dà come risultato la produzione di zone non alterate dal calore o di piccole dimensioni insieme ad una finitura dalla struttura fine e liscia. A differenza del taglio laser e plasma, non produce fumi pericolosi.
Inoltre, ogni taglio del getto d'acqua è guidato da sistemi CNC. Segue i codici G per realizzare contorni con precisione. Tuttavia, ci sono rischi di deformazione e nastrature associate. Pertanto, per fare la scelta giusta, si consiglia sempre di consultare professionisti della produzione esperti. La loro guida può aiutarti a selezionare il processo più adatto in base ai requisiti del pezzo, al tipo di materiale e costi di taglio con getto d'acqua. Se hai ancora dei dubbi, consulta la nostra guida: Quando utilizzare il processo di taglio a getto d'acqua? per approfondimenti più pratici.
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Riassumendo
Lavorazione a getto d'acqua è diventata la tecnica più veloce nel settore manifatturiero. Fornisce parti con elevata ripetibilità e precisione dimensionale in un breve lasso di tempo. Molte industrie manifatturiere come quella agricola, medica, del vetro, aerospaziale e automobilistica lo utilizzano per le sue prospettive economiche ed ecocompatibili.
Tuttavia, il processo di taglio a getto d'acqua è fondamentale e richiede alcune considerazioni per ottenere specifiche esatte perché le parti taglienti a volte presentano segni e affrontano problemi di deformazione durante il processo. Pertanto, è necessario mantenere un controllo preciso dei parametri di processo e del flusso ad alta pressione. Inoltre, ci sono anche molte altre opzioni. Ad esempio il taglio laser e plasma. Queste tecniche sono ben note anche per progetti che richiedono precisione. Quindi, per fare una scelta appropriata è necessario acquisire conoscenze di base sulle proprie capacità e limiti. Questo articolo contiene tutti i dettagli essenziali sul taglio a getto d'acqua da una prospettiva ampia. Leggendo gli utenti possono ottenere informazioni preziose sulle capacità del processo e su altri aspetti.
FAQ
Q1. Quanto costa una macchina da taglio a getto d'acqua?
Il fattore di costo dipende dalla marca e dalle caratteristiche della macchina. Una macchina da taglio a getto d'acqua standard costa circa $ 60,000-450,000.
Q2. Esistono processi alternativi per il taglio a getto d'acqua?
Esistono altri processi che possono essere utilizzati al posto del taglio a getto d'acqua. Questi includono;
- Macchina per elettroerosione a filo
- Taglio al plasma
- Taglio con ossitaglio
- Taglio laser
Q3. Quale lega di metalli può essere forata mediante il taglio a getto d'acqua?
Vari gradi di leghe possono essere modellati tramite una taglierina a getto d'acqua. Le leghe di alluminio: 5052, 6061 e 7075; Rame: 260 e C110; L'acciaio inossidabile 304, 316 e l'acetolo sono considerati i materiali adatti per il taglio a getto d'acqua.
Q4. Quali sono i problemi più comuni riscontrati nel taglio a getto d'acqua?
I produttori possono riscontrare vari problemi come deformazioni, delaminazioni, tagli conici, qualità del getto d'acqua, abrasività e usura degli ugelli.
Q5. Quanto abrasivo viene aggiunto al getto d'acqua?
In generale gli abrasivi (normalmente granato) stoccati nelle tramogge hanno una capacità di ca. 2 tonnellate. Il riempimento automatico della quantità controllata dell'abrasivo viene effettuato attraverso una tramoggia dosatrice racchiusa sulla parte superiore della macchina a getto d'acqua. Di conseguenza, un getto d'acqua passa attraverso una camera abrasiva mista creando un effetto Venturi. Questo effetto fa sì che gli abrasivi si attacchino al flusso d'acqua. Quindi, questa miscela viene guidata nell'ugello focalizzato per eseguire l'operazione di taglio a getto d'acqua.
Risorse
- Predrag Janković(2019) Applicazioni della tecnica del getto d'acqua abrasivo nell'ingegneria civile; Recuperato da: Sportello di ricerca.
- Andrew J. Jefferson, Hom Nath Dhakal, (2018), Taglio a getto d'acqua abrasivo: Estratto da: Scienza diretta.