Usinagem a Jato de Água - Princípio de Funcionamento, Aplicações, Vantagens

O que é usinagem a jato de água?

Usinagem a Jato de Água (WJM), também conhecido como corte por jato de água , é um processo de usinagem não tradicional que utiliza um jato de água de alta velocidade para remover materiais da superfície da peça.

Nesse processo são utilizados jatos de água, que funciona como um dispositivo em forma de serra d'água. A água é rapidamente elevada e focada na peça alvo neste processo.

É capaz de utilizar partículas abrasivas misturadas em materiais de jato de água e alguns metais em alta velocidade e pressão. Alguns processos não usam nenhum abrasivo e são conhecidos como processos de usinagem por jato de água puro.

Este processo de usinagem utiliza pressão de água que varia de 200 MPa a 400 MPa. A pressão varia dependendo da peça de trabalho da qual o material deve ser extraído. Este processo é semelhante ao fenômeno natural da erosão hídrica.

É usado principalmente para remover materiais de peças não metálicas e macias, como plásticos, borracha e vidro. Neste processo, um jato de água de alta velocidade é usado para remover materiais da peça de trabalho. Os princípios básicos deste processo são que a energia cinética do jato de água deve ser convertida em energia de pressão para que ele remova o material da peça.

Quando um jato de água colide com uma peça de trabalho com energia cinética, a energia cinética é convertida em energia de pressão. Essa energia pressurizada causará estresse na peça de trabalho e, como resultado, o material de tensão começará a se afastar da peça de trabalho.

Princípio de funcionamento da usinagem a jato de água

O princípio de funcionamento da usinagem a jato de água é baseado na erosão da água . O material é expelido quando um jato de água em alta velocidade atinge a superfície. Materiais macios são usinados usando jatos de água pura. Para cortar materiais duros, no entanto, algumas partículas abrasivas são misturadas com água para usinagem, o que é conhecido como AWJM (Usinagem com Jato de Água Abrasivo).

Partes de Usinagem a Jato de Água

O elemento chave na usinagem a jato de água (WJM) é um jato de água,

1 . Reservatório

Um reservatório de água é usado para armazenar água que será usada durante o processo de usinagem. O reservatório geralmente está localizado um pouco acima de toda a configuração.

Isso é feito para garantir um fluxo contínuo e ininterrupto de água.

2. Bomba hidráulica

A bomba hidráulica é alimentado por um 30 quilowatts (kW) motor elétrico e fornece óleo a pressões tão altas quanto 117 bar a fim de acionar uma bomba de pistão alternativo denominada intensificador. A bomba hidráulica oferece total flexibilidade para aplicações de corte e limpeza com jato de água. Ele também suporta estações de corte únicas ou múltiplas para aumentar a produtividade da usinagem.

3. Intensificador hidráulico

O intensificador aceita a água em baixa pressão (normalmente 4 bar) e a expele, através de um acumulador, em pressões mais altas até 3.000 a 4.000 bar . O intensificador converte a energia do fluido hidráulico de baixa pressão em água de ultra-alta pressão. O sistema hidráulico fornece energia fluida a um pistão alternativo na seção central do intensificador.

4 . Acumulador

O acumulador mantém o fluxo contínuo da água de alta pressão e elimina as flutuações de pressão. Baseia-se na compressibilidade da água (12 por cento a 3800 bar) para manter uma pressão de descarga uniforme e velocidade do jato de água, quando o pistão intensificador muda de direção.

5. Tubulação de alta pressão

Tubos de alta pressão transporta água pressurizada para a cabeça de corte. Os diâmetros típicos dos tubos são 6 a 14 mm . O equipamento permite um movimento flexível da cabeça de corte. A ação de corte é controlada manualmente ou através de uma válvula de controle remoto especialmente projetada para esta finalidade.

6 . Bocal

Na usinagem a jato de água, é um dispositivo que converte a energia de pressão da água em energia cinética. O bocal neste caso converte a pressão do jato de água em um feixe de jato de água de alta velocidade. Para evitar a erosão, a ponta do bico é feita de rubi ou diamante.

7. Válvula de controle

Esta válvula de controle regula tanto a pressão quanto o fluxo de água e o direciona para o regulador de fluxo. As energias de pressão serão convertidas em energia cinética neste ponto.

8. Regulador de fluxo

Um regulador de fluxo regula o fluxo de água proveniente da válvula de controle. Após ajustar o regulador de vazão, a água passará pelo bocal, convertendo a alta pressão da água em água de alta velocidade.

9 . Apanhador

O apanhador atua como um reservatório para coletar os detritos de usinagem arrastados no jato de água. Além disso, reduz os níveis de ruído (105 decibéis (dB)) associados à redução da velocidade do jato de água de Mach 3 para níveis subsônicos.

Trabalho de Usinagem a Jato de Água

Primeiro, uma bomba é usado para transferir água a uma taxa elevada. A água entra no intensificador em baixa pressão e é transferida para o acumulador em alta pressão de cerca de 3800 bar . O acumulador é um dispositivo que armazena temporariamente água de alta pressão.

O acumulador A água de alta pressão da empresa é transferida para uma válvula de controle, que controla a direção da água. A válvula de controle converte a energia da pressão da água em energia cinética, convertendo a água de alta pressão em água de alta velocidade, que é então enviada ao regulador de vazão.

O regulador de fluxo regula a vazão da água e a direciona para o bocal. A energia cinética da água aumenta significativamente no bocal e o bocal produz água de alta velocidade.

A água então sai do furo e é direcionada para a peça de trabalho. Quando o jato de água atinge a peça de trabalho, a energia cinética é convertida novamente em energia de pressão e a peça de trabalho está sob pressão total.

Esta pressão do jato de água causará algumas fraturas na parte da peça onde a bicicleta de jato de água está localizada, assim como algumas rachaduras na superfície da peça, e como o jato de água continua atingindo a superfície da peça por um longo período de tempo. A rachadura se aprofundará e o material será removido da peça de trabalho.

O material extraído é levado pela água. Após a retirada do material, a água que corta o material é recolhida para uso posterior. Partes dos cavacos cortados por esse processo estarão presentes no material nesta água. Esta água será enviada para posterior purificação ou poderá ser remontada através de todo o processo de usinagem a jato.

Vantagens e Desvantagens da Usinagem a Jato de Água

Vantagens

• Possui capacidade de corte multidirecional.
• Nenhum calor é produzido.
• Os cortes podem ser iniciados em qualquer local sem a necessidade de furos pré-perfurados.
• A molhagem do material da peça é mínima.
• Não há deflexão no restante da peça de trabalho.
• A rebarba produzida é mínima.
• A ferramenta não se desgasta e, portanto, não precisa de afiação.
• O processo é ambientalmente seguro.
• Contaminação perigosa de poeira transportada pelo ar e problemas de descarte de resíduos comuns ao usar outros métodos de limpeza são eliminados.
• Há processamento de várias cabeças. A fixação simples elimina ferramentas caras e complicadas, que
  reduz o tempo de resposta e reduz o custo.
• Desbaste e polimento são eliminados, reduzindo a operação secundária
  custos.
• O corte estreito permite um aninhamento apertado quando várias peças são cortadas
  um único espaço em branco.
• É ideal para desbaste de material para uma forma próxima à rede.
• É ideal para materiais refletivos a laser, como cobre e alumínio.
• Permite um corte mais preciso de material macio.
• Ele corta materiais muito espessos, como 383 mm em titânio e 307 mm em Inconel.

Desvantagens / Limitações

• Não é adequado para produção em massa devido aos altos requisitos de manutenção.
• O custo inicial é muito alto.
• Materiais muito espessos não podem ser usinados por esse processo.
• É usado para cortar materiais mais macios, mas o AWJM PODE cortar materiais mais duros para espessuras limitadas.

Aplicações de Usinagem a Jato de Água

O WJM é usado em metais, papel, tecido, couro, borracha, plásticos, alimentos e
cerâmica. É um processo de corte versátil e econômico que pode ser usado como alternativa aos métodos tradicionais de usinagem. Elimina completamente as zonas afetadas pelo calor, fumos tóxicos, camadas de refabricação, endurecimento por trabalho e tensões térmicas.

É a solução de limpeza mais flexível e eficaz disponível para uma variedade de necessidades industriais. Em geral, a superfície de corte tem uma aparência de jato de areia. Além disso, materiais mais duros exibem um melhor acabamento de borda. Os acabamentos de superfície típicos variam de raiz quadrada média (RMS) de 1,6 µm a muito grosso, dependendo da aplicação.


As tolerâncias estão na faixa de ±25 µm em material fino. Tanto a rugosidade da superfície produzida como a tolerância dependem da velocidade de usinagem.

As aplicações do WJM são :-

• A usinagem a jato de água é usada para cortar, moldar e otimizar operações em diversos setores, incluindo mineração, automotivo e aeroespacial.
• Borracha, tecidos, plásticos, espuma, couro, compósitos, azulejos, vidros de pedra, alimentos, metal/papel e outros materiais são comumente mecanizados por jatos de água (WJM ou AWJM).
• O WJM é normalmente usado para cortar materiais macios e fáceis de usinar, como folhas finas e papel alumínio, madeira, ligas de metais não ferrosos, tecidos, favos de mel, plásticos, polímeros, peças de couro, congelados e assim por diante.
• AWJM é frequentemente usado para usinar materiais difíceis de usinar. É usado para usinar chapas grossas feitas de aço, alumínio e outros materiais comerciais, plásticos reforçados, compósitos de matriz metálica e cerâmica, compósitos em camadas, pedra, vidro e assim por diante.
• Além do processo de usinagem, jatos de água de alta pressão são usados ​​para remover tensões residuais na remoção de tinta, cirurgia, limpeza, xixi e outras aplicações. Furação, fresamento de bolsões, torneamento e alargamento também podem ser feitos com AWJM.

Algumas perguntas relacionadas à usinagem a jato de água

Quais produtos são feitos por corte a jato de água?

O corte por jato de água permite que as empresas criem uma ampla gama de peças e produtos. Ferragens de intertravamento (parafusos, engrenagens, etc.), peças automotivas, componentes elétricos, grandes itens de linha de montagem e protótipos de design são apenas alguns dos produtos que fabricam com corte a jato de água. O corte a jato de água também pode ser usado por artistas para fazer obras de arte geometricamente precisas e/ou complexas.

O corte a jato de água é sustentável?

O corte por jato de água é um processo ambientalmente favorável por natureza. O corte por jato de água, ao contrário dos sistemas de corte mecânicos tradicionais, não requer óleos lubrificantes ou refrigerantes. Isso elimina a necessidade de descarte de cavacos quimicamente afetados. O jato de água, ao contrário das técnicas térmicas como plasma ou laser, não produz gases nocivos durante o processo de corte.

O abrasivo granada não é tóxico e inerte, e porque muito pouco metal é removido durante o processo de corte, muito pouco metal real é desperdiçado. Isso mantém o impacto ambiental bastante mínimo.

Qual ​​é a precisão de um cortador de jato de água?

Jatos de água de fluxo podem produzir produtos com tolerâncias extremamente apertadas; alguns sistemas podem atingir tolerâncias tão baixas quanto 0,001″. (0,025 mm). As tolerâncias das peças para usinagem a jato de água normalmente variam de 0,003″ a 0,005″ de polegada. Para materiais com mais de 1 polegada, as máquinas criarão peças com tolerâncias que variam de 0,005 a 0,100 polegada (0,12 a 2,5 mm).

Devido a variações na tecnologia, como controle e estrutura da máquina, as tolerâncias variam muito de acordo com o fabricante.

Quanta pressão tem um cortador de jato de água?

As pressões de corte por jato de água normalmente variam de 50.000 a 60.000 PSI. Muitos sistemas mais novos são pressionados a 90.000 libras por polegada quadrada. A água é então descarregada através de um pequeno orifício usinado em um diamante ou safira, que normalmente tem entre 5 e 15 milésimos de polegada de diâmetro. O fluxo de água resultante é supersônico, o que significa que viaja mais rápido que a velocidade do som. Felizmente, a taxa de fluxo é relativamente baixa, cerca de 1/2 galão por minuto.

Quais são alguns problemas de segurança em relação ao corte por jato de água?

O jato de água penetrando na pele, sendo atingido por detritos voadores e sendo exposto a ruídos são perigos e preocupações comuns associados à usinagem de jato de água. Trabalhar em áreas confinadas, riscos de queda, perigos respiratórios e oculares, choque elétrico e exposição potencial a substâncias perigosas são todos os riscos relacionados ao jato de água de alta pressão.

Perguntas de múltipla escolha sobre usinagem a jato de água

P. Qual é o elemento-chave da usinagem a jato de água para remoção de material?
a) Porta-ferramentas
b) Peça de trabalho
c) Jato de água
d) Fonte de energia
Resposta: c
Explicação: Jato de água é o que é usado para cortar a peça de trabalho e remover material.

P. Qual dos seguintes não faz parte do sistema de usinagem de usinagem a jato de água?
a) Transdutor
b) Acumulador
c) Bocal de corte a jato
d) Bomba hidráulica
Resposta: uma
Explicação: O transdutor não faz parte da usinagem a jato de água e outros componentes estão sob WJM.

P. Qual é a velocidade do jato de água na usinagem com jato de água?
a) 100 m/s
b) 300 m/s
c) 700 m/s
d) 900 m/s
Resposta: d
Explicação:A velocidade do jato de água usado na usinagem com jato de água é de cerca de 900 m/s.

P. Que tipo de materiais não podem ser usinados com usinagem a jato abrasivo?
a) Materiais macios
b) Materiais duros
c) Difícil de usinar materiais
d) Nenhuma das mencionadas
Resposta: uma
Explicação:Materiais macios como barras de chocolate, madeira macia fina etc., não podem ser usinados com AJM.

Frequentemente Perguntas feitas

A usinagem com jato de água também é chamada de

Usinagem a jato de água (WJM) também chamada de corte a jato de água. É definido como um processo de usinagem não tradicional no qual é utilizado jato de água de alta velocidade para remover materiais da superfície da peça. WJM pode ser usado para cortar materiais mais macios como plástico, borracha ou madeira.

Como o material é removido Usinagem a Jato abrasivo

Na usinagem a jato abrasivo, um fluxo focado de partículas abrasivas, transportado por ar ou gás de alta pressão, é feito para colidir com a superfície de trabalho através de um bico e o material de trabalho é removido por erosão por partículas abrasivas de alta velocidade .

Onde é aplicável a usinagem a jato de água

O processo WJM tem sido aplicado com sucesso em diferentes operações de usinagem como corte, furação, rebarbação e decapagem de fios, etc.

Quais indústrias usam cortadores de jato de água?

Job Shops
Educação
Aeroespacial
Equipamentos de Processamento de Alimentos
Teste
Metal Service Center

Quem inventou o corte a jato de água?

Dr. Norman Franz