Será que Jatos de Água 5-Eixos São Realmente Tudo Isso? Insights sobre Desempenho de Corte

Desde a concepção do corte por jato de água abrasivo, o processo de corte de material tem sido utilizado não apenas em aplicações 2D (chapa plana), mas também em 3D (5-eixos). Nos últimos 15 anos, a aplicação de 5-eixos devolveu-se ao reino do corte de chapa plana de jatos de água, onde empresas empreendedoras prometiam que forneceria melhores velocidades e tolerâncias mais altas em peças planas. Neste artigo exclusivo, usamos nossa experiência e a de nossos usuários para mergulhar nas diferentes formas de corte por jato de água 5-eixos, o que tudo significa, onde se aplica, onde não se aplica e como você pode determinar se o corte 5-eixos é certo para você.

O que é Jato de Água 5-Eixos

Clientes e profissionais de vendas agruparam muitas categorias diferentes de corte por jato de água na designação de "5-eixos". Vamos dividir esta categoria de designs em 4 categorias básicas de designs de máquinas:

1. Controlado por robô
2. Tipo ponte / grande formato
3. Corte de chapa plana com capacidade 5-eixos adicionada
4. Corte de chapa plana com cabeçotes de inclinação compensadores de conicidade adicionados

Os dois primeiros tipos de "jatos de água 5-eixos" são orientados por aplicação e tipicamente serão projetados ou configurados para atender aos requisitos específicos do cliente. Os dois últimos são de longe as opções mais comuns e populares e são meras adaptações em um design de máquina existente oferecendo para melhorar ou aprimorar desempenho e capacidades de uma máquina de corte de chapa plana típica.

Controlado por Robô:

Embora todos os sistemas sejam teoricamente "controlados roboticamente (CNC)", existem vários fabricantes que pegaram um "manipulador/braço robótico pronto" e anexaram uma cabeça de corte por jato de água a ele. Embora estes sistemas de jato de água sejam meramente um braço robótico com a cabeça de corte anexada, podem ser muito úteis dada a aplicação certa, pois são muito hábeis e capazes dada a flexibilidade das capacidades de movimento do braço robótico. Em aplicações difíceis de alcançar e complicadas, o braço robótico pode ser um grande benefício. No entanto, existem alguns contras maiores a esta abordagem.

Estes sistemas são tipicamente um sistema de movimento robótico tipo "ensino" (teach) que requer muito mais tempo de setup que um sistema típico de corte de chapa plana e, embora estes sistemas muito flexíveis possam cortar chapas planas, seu principal propósito é cortar contornos e formas únicas em 3 dimensões na maior parte do tempo. Seu setup, considerações de segurança, fixação e programação podem ser difíceis e complicados, no entanto, isso é facilmente compensado por sua flexibilidade e habilidades únicas se suas aplicações são formas 3D grandes e complexas 90-100% do tempo de corte. Para a maioria das oficinas cortando formas de chapas planas, estes tipos de sistemas de jato de água 5-eixos são desajeitados, inseguros e difíceis de operar.

Estes sistemas são geralmente encontrados em aplicações de corte como arquitetônicas, arte, alta produção de componentes difíceis de usinar e ambientes extremos como aplicações nucleares.

Tipo Ponte (Bridge Type):

Sistemas de corte por jato de água 5-eixos tipo ponte são tipicamente máquinas com um bico articulado capaz de 180+/- graus de movimento em uma configuração de eixos A/B montada em uma máquina com um eixo Z de curso grande, permitindo alcance generoso e capacidades. Estes sistemas também requerem grande quantidade de fixação de peça, setup e habilidades de programação e geralmente não se adequam bem a corte simples 2D de chapa plana, embora essa seja uma aplicação possível dentro de sua faixa de capacidades.

Estes sistemas são mais utilizados em aplicações como aeroespacial, naval e oficinas de protótipos.

Os tipos mais comuns de jatos de água 5-eixos encontrados serão sistemas de corte por jato de água de chapa plana equipados com um cabeçote 5-eixos opcional e a versão mais comum, embora limitada, o cabeçote compensador de conicidade (taper compensating).

Cabeçote Compensador de Conicidade (Taper Compensating Head)

A compensação de conicidade tem sido oferecida sob nomes comerciais de Tilt-A-Jet (Omax Corp) e Dynamic Waterjet (Flow Corp). Estes cabeçotes de corte oferecem um ângulo limitado de movimento e são projetados para melhorar velocidades de corte de chapa plana. Como o fluxo de jato de água naturalmente "atrasa" atrás da posição do bico conforme o fluxo moe seu caminho através do material, estes cabeçotes permitem que o bico incline apenas alguns graus para compensar o ângulo naturalmente ocorrente criado durante o processo de jato de água em velocidades mais altas. Estes anexos também permitem que o bico pré-posicione o fluxo para um canto vindouro e, assim, compensem o fluxo atrasado nos cantos para prevenir lavagem de canto (corner washout), novamente em velocidades de corte de jato de água mais altas.

Um efeito principal do processo de corte por jato de água precisa ser levado em consideração ao escolher estes tipos de cabeçotes compensadores. Embora o jato de água possa compensar geometricamente a conicidade naturalmente ocorrente e o atraso do fluxo em corte de alta velocidade, estas tecnologias de inclinação não podem mudar o efeito natural de estrias no material causado por mover-se muito rapidamente através do material. Estas "estrias" (striations), como são chamadas, só podem ser eliminadas desacelerando o processo de corte para um nível de acabamento aceitável, enquanto você pode descobrir que a retidão da peça E o acabamento requerido eliminam ou reduzem grandemente a necessidade destes anexos. Também sistemas de corte de 2 eixos de qualidade terão controles de aceleração e desaceleração para cantos muito desenvolvidos, permitindo que o fluxo atrasado alcance nos cantos, eliminando assim lavagem de canto, embora com taxa de avanço ligeiramente mais lenta.

Benefícios:

• Reduz ou elimina conicidade em peças cortadas por jato de água
• Aumento de velocidade mantendo precisão geométrica

Desvantagens:

• Complexidade de design
• Tempo de setup aumentado requerido para sondagem de peça
• Manutenção e reparo aumentados
• Planicidade da chapa um requisito
• Offset exato do bico (distância do bico ao material) um requisito
• Não elimina "estrias" ocorrendo em alta velocidade
• Sondagem da superfície do material requerida

Cabeçote 5-Eixos

Os cabeçotes 5-eixos opcionais permitem capacidades de corte adicionais em um sistema padrão de jato de água de chapa plana. Estes tipicamente têm todos os benefícios dos cabeçotes compensadores de conicidade descritos acima, mas também adicionam a capacidade de cortar conicidades complexas. Embora estes anexos aumentem a capacidade da máquina, vêm a um preço, e não apenas o preço de compra. O corte 5-eixos requer que o controle conheça as dimensões exatas entre a ponta do bico e a superfície do material, assim como seu primo o cabeçote compensador de conicidade, isso é feito via ciclo de sondagem que adiciona complexidade à máquina e tempo ao ciclo.

Compradores consideraram capacidades 5-eixos no passado por muitas das razões erradas. Embora estes sistemas forneçam a você a habilidade de cortar características como chanfros e biséis retos, você nunca deve justificar sua compra, ou usar sua máquina para estes, ou qualquer característica que possa ser facilmente feita em uma operação externa, e aqui está o porquê; seu jato de água opera a um custo de cerca de 30-35 dólares/hora — isso é apenas o valor para alimentar a "besta" (granada, consumíveis, etc.). Se você pode chanfrar um furo em uma furadeira em 30 segundos, seu custo será muito mais barato que ter o cabeçote do jato de água articular aquele ângulo por vários minutos, o mesmo para biséis de preparação de solda, etc. A regra geral é: Se você pode cortar fora do jato, faça isso! É apenas mais barato.

Prós do 5-Eixos

• Habilidade de cortar ângulos agudos de 45 graus ou mais
• Pode fornecer mesmos benefícios adicionais do cabeçote compensador de conicidade

Contras do 5-Eixos

• Complexidade de design
• Tempo de setup aumentado requerido para sondagem de peça
• Custos de manutenção e reparo aumentados
• Planicidade da chapa um requisito
• Offset exato do bico (distância do bico ao material) um requisito
• Não elimina "estrias" ocorrendo em alta velocidade

Então a pergunta original era: O jato de água 5-eixos é tudo molhado (all wet)?

Se você tem a aplicação certa, o corte por jato de água 5-eixos pode ser extremamente lucrativo. Seja um braço robótico, tipo gantry ou até o anexo de cabeçote de corte 5-eixos, estas aplicações podem ser verdadeiras geradoras de dinheiro para um sistema de corte por jato de água e uma oficina de jato de água. No entanto, o tipo de cabeçote compensador de conicidade requer uma revisão mais profunda e completa, pois tipicamente, onde você precisa de retidão e boa geometria, você também precisa de acabamento liso e de precisão e a única maneira de conseguir isso é apenas diminuir a taxa de avanço, que por sua vez produz bordas retas e limpas, tornando o argumento para estes tipos de cabeçotes consideravelmente menos válido.

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