Usinagem por Jato D'água Abrasivo: Princípios, Aplicações e Impacto na Indústria

Corte a jato d'água tem sido uma tecnologia especializada usada em uma ampla variedade de indústrias, da mineração ao processamento de alimentos, datando de cerca de 1850. Nos anos 1960 e 1970, grandes avanços foram feitos não apenas na tecnologia e design mas também nos métodos de fabricação destas bombas de alta pressão. Em 1990, um jato de água de alta pressão estava sendo misturado com materiais abrasivos e uma nova revolução no corte de formato nasceu: usinagem por jato d'água abrasivo. Esta descoberta de adicionar abrasivo (granada) ao jato de alta pressão transformou aquele jato em uma ferramenta de retificação precisa que pode cavar através de QUALQUER material com que entra em contato. Na próxima década, o processo foi refinado em uma tecnologia de corte de precisão para não apenas chapa metálica mas literalmente qualquer material. Jato d'água pode processar muitos materiais como aço, alumínio, plásticos, madeira, carpete, espuma, azulejos, pedra, e literalmente qualquer outra coisa que você possa tocar.

Limitações do Corte a Jato d'Água

Embora haja muitas vantagens, existem algumas regras e condições de material que também devem ser notadas. Primeiro, um jato d'água deve passar COMPLETAMENTE através de um material pois, geralmente falando, gravação e usinagem abrasiva a uma profundidade controlada não é possível com precisão. Cortes interrompidos, como vazios entre paredes e tubos, geralmente não são aplicações adequadas para jatos d'água porque o jato não é mais controlado ao sair da primeira parede para o espaço entre paredes — criando assim um padrão tipo "espingarda" largo na parede oposta.

Laminados são um material problemático para jatos d'água, mas apenas na perfuração. Isso é porque quando o jato está cavando/retificando através do material (em um furo cego), ele também está tentando separar as camadas. Embora existam algumas abordagens de baixa pressão para estes materiais, elas não são 100% confiáveis. Assim, o melhor método é furar um furo inicial para usinagem de laminados. Vidro temperado, cerâmicas quebradiças, e materiais similares também são problemáticos porque tendem a estilhaçar uma vez que o estresse é aliviado pela ação de corte do processo.

Benefícios das Máquinas de Corte a Jato d'Água

Agora que cobrimos o que evitar em um jato d'água, podemos expressar que o resto do mundo da fabricação e materiais estão abertos e facilmente usinados pelo processo de usinagem por jato d'água abrasivo. A facilidade de operação de um sistema de corte a jato d'água também o torna muito atraente para oficinas novatas e experientes. Tipicamente, a única informação requerida para um jato d'água é o arquivo de formato em um formato DXF simples — então o operador insere o tipo, espessura, e precisão de corte desejada. Por causa da simplicidade e flexibilidade, agora existem muitas empresas substituindo ou complementando seus métodos de operação existentes com métodos de corte a jato d'água pois este é um método preciso para corte que não produz fumos perigosos ou resíduos e NÃO é um processo térmico. Isso significa que peças feitas de materiais sensíveis ao calor como a maioria dos plásticos não são danificadas ou destruídas no processo de usinagem. Hoje, tecnologia de jato d'água é capaz de produzir pressões de corte em excesso de 90.000 PSI (90kpsi).

Jatos d'água são definidos por três fatores principais:

1. Tamanho da mesa/percurso ou capacidade;
2. Pressão de corte; e
3. Potência de corte (hp).

Um sistema típico de jato d'água terá um percurso de mesa de 5' x 10' ou 6' x 12' com pressão operacional de 60.000 psi (60kpsi) alimentado por uma bomba hidráulica de 30 HP acionada eletricamente para produzir aquela pressão. Pressão da bomba — e o volume de água produzido naquela pressão — pode ter um grande impacto não apenas no desempenho da máquina, mas também nos custos operacionais da máquina. Uma bomba operando à pressão de 40kpsi pode ser alguns dólares a menos para rodar por hora mas pode literalmente levar o dobro do tempo para cortar a mesma peça na mesma qualidade que aquela mesma máquina operando a 60kpsi, dobrando assim o custo de fabricação. Em outro exemplo, uma bomba produzindo 60kpsi a 30 HP produzirá 0,6 galões por minuto (GPM) de água pressurizada. A mesma máquina operando à mesma pressão (60kpsi) mas utilizando uma bomba de 60 HP produzirá 1,2 GPM de água de corte pressurizada, o que permitirá ao operador aumentar as velocidades de corte para a mesma peça, nas mesmas tolerâncias, em 40%.

Bombas

Existem dois tipos principais de bombas disponíveis para compra ou substituição em um sistema de jato d'água. De longe, Bombas Intensificadoras têm sido mais populares devido às velocidades de corte aumentadas, pressão operacional constante e confiabilidade. Abaixo está uma descrição dos tipos de bombas disponíveis para aplicações de corte a água pura e jato d'água abrasivo:

Acionamento Direto

Tipicamente, três êmbolos são acionados por um motor elétrico (ou gasolina/diesel) — girando um virabrequim e produzindo até 55kpsi. As principais vantagens deste tipo de bomba incluem:

• Custo de investimento menor da bomba,
• Água de resfriamento não é requerida,
• Nenhuma perda de desempenho do acionamento através de um sistema hidráulico a óleo, e
• O volume de água de alta pressão criado é maior que o de uma bomba estilo intensificador.

As desvantagens deste estilo de bomba é que a pressão declina gradualmente hora a hora a partir do momento que a bomba é ligada, pois as vedações e componentes internos da bomba desgastam, afetando assim velocidade de corte e acabamento. Esta bomba também tem mais componentes internos de desgaste requerendo tempo de inatividade e custo de manutenção ligeiramente maiores.

Intensificador

Nesta bomba, um motor elétrico (ou gasolina/diesel) produz pressão de óleo hidráulico de (tipicamente) 3kpsi ou maior. Este óleo pressurizado é então transferido para um cilindro que aciona um pistão para frente e trás. O pistão é conectado a um êmbolo que é 20x menor que o pistão. Vedações de alta pressão separam o óleo na câmara do pistão da água na câmara do êmbolo. As diferentes razões de diâmetro entre o pistão e êmbolo criam o efeito de intensificação e, assim, os 3kpsi de pressão de óleo hidráulico criarão 60kpsi de pressão de água. As principais vantagens deste estilo de bomba é que a pressão é maior e mais consistente, permitindo velocidades de corte aumentadas e acabamentos de corte confiáveis. A desvantagem é que esta bomba requer água de resfriamento para o óleo hidráulico e é ligeiramente menos eficiente eletricamente.

Qualquer tipo de bomba de alta pressão pode ser empregado para cortar usando água pura ou jato d'água abrasivo. Qualquer máquina de jato d'água abrasivo pode ser utilizada como uma máquina de água pura simplesmente eliminando a mistura abrasiva. No entanto, máquinas projetadas para operações de corte a água pura podem requerer modificação significativa para utilizar métodos de usinagem abrasiva. Aplicações típicas para cada estão listadas abaixo:

• Água Pura: Usado para aplicações que podem ser cortadas com faca ou tesoura como processamento de alimentos, papel, carpete, espuma, isolamento de fibra de vidro, juntas, etc.
• Usinagem por Jato Abrasivo: Metais, plásticos, azulejos, pedra, granitos, e quaisquer outros materiais que não são facilmente cortados.
• Materiais Processados: Aço, alumínio, aços inoxidáveis, cobre, latão, plásticos, espuma, juntas, isolamento, carpete, vidro, azulejos, pedra, madeira, etc.

Fabricantes populares de jato d'água incluem Bystronic, Calypso, Esab, Flow, Omax, Jet Edge, Ward Jet, Hydra Jet, Romeo Engineering, Wardjet, e KMT. Se você gostaria de saber mais sobre jatos d'água ou outras máquinas de fabricação, por favor confira o recurso abaixo, ou contate-nos.