Usinagem por Jato de Água (WJM): Princípios, Aplicações e Benefícios

O que é Usinagem por Jato de Água?

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

Jatos de água usados neste processo, atuando como dispositivo na forma de serra de água. Água rapidamente pressurizada e focalizada na peça alvo. Capaz de usar partículas abrasivas misturadas no jato de água para materiais e alguns metais em alta velocidade e pressão. Alguns processos não usam abrasivo, conhecidos como processos de jato de água puro.

Este processo usa pressão de água variando de 200 MPa a 400 MPa. Pressão varia dependendo da peça da qual material será extraído. Processo similar ao fenômeno natural de erosão hídrica. Principalmente usado para remover materiais de peças não metálicas e moles como plásticos, borracha e vidro. Neste processo, jato de água de alta velocidade usado para remover materiais da peça. Princípios básicos: energia cinética do jato de água deve ser convertida em energia de pressão para remover material da peça.

Quando jato de água colide com peça com energia cinética, esta convertida em energia de pressão. Esta energia pressurizada causará tensão na peça, e como resultado material tensionado começará a se afastar da peça.

Princípio de Funcionamento da Usinagem por Jato de Água

Princípio baseado em erosão hídrica. Material expelido quando jato de água de alta velocidade atinge superfície. Materiais moles usinados usando jatos de água pura. Para cortar materiais duros, algumas partículas abrasivas misturadas com água, conhecido como AWJM (Usinagem por Jato de Água Abrasivo).

Partes da Usinagem por Jato de Água

Elemento chave na usinagem por jato de água (WJM) é um jato de água,

1. Reservatório

Um reservatório de água usado para armazenar água usada durante usinagem. Reservatório geralmente localizado acima de toda configuração para garantir fluxo contínuo e ininterrupto de água.

2. Bomba Hidráulica

Bomba hidráulica alimentada por motor elétrico de 30 kW e fornece óleo a pressões de até 117 bars para acionar bomba de êmbolo alternativo chamada intensificador. Bomba oferece flexibilidade completa para corte e limpeza por jato de água. Também suporta estações de corte únicas ou múltiplas para produtividade aumentada.

3. Intensificador Hidráulico

Intensificador aceita água a baixa pressão (tipicamente 4 bar) e expulsa, através de acumulador, a pressões maiores até 3000 a 4000 bar. Intensificador converte energia do fluido hidráulico de baixa pressão em água de ultra-alta pressão. Sistema hidráulico fornece potência de fluido a pistão alternativo na seção central do intensificador.

4. Acumulador

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

5. Tubulação de Alta Pressão

Tubulação de alta pressão transporta água pressurizada à cabeça de corte. Diâmetros típicos de 6 a 14 mm. Equipamento permite movimento flexível da cabeça de corte. Ação de corte controlada manualmente ou através de válvula de controle remoto projetada para este propósito.

6. Bico

Na usinagem por jato de água, dispositivo que converte energia de pressão da água em energia cinética. Bico converte pressão do jato de água em feixe de água de alta velocidade. Para prevenir erosão, ponta do bico feita de rubi ou diamante.

7. Válvula de Controle

Esta válvula de controle regula tanto pressão quanto fluxo de água e direciona ao regulador de fluxo. Energias de pressão convertidas em energia cinética neste ponto.

8. Regulador de Fluxo

Regulador de fluxo regula fluxo de água vindo da válvula de controle. Após ajuste, água passa pelo bico convertendo alta pressão em água de alta velocidade.

9. Coletor (Catcher)

Coletor atua como reservatório para coletar detritos de usinagem entrincheirados no jato de água. Além disso, reduz níveis de ruído (105 decibéis) associados à redução da velocidade do jato de água de Mach 3 para níveis subsônicos.

Funcionamento da Usinagem por Jato de Água

Primeiro, uma bomba usada para transferir água em alta taxa. Água entra no intensificador a baixa pressão e transferida ao acumulador a alta pressão de cerca de 3800 bar. Acumulador armazena temporariamente água de alta pressão.

Água de alta pressão do acumulador transferida a válvula de controle, que controla direção da água. Válvula converte energia de pressão da água em energia cinética, convertendo água de alta pressão em água de alta velocidade, enviada ao regulador de fluxo.

O regulador de fluxo regula taxa de fluxo da água e direciona ao bico. Energia cinética da água aumenta significativamente no bico, e bico produz água de alta velocidade. Água então sai do orifício e dirigida à peça. Quando jato atinge peça, energia cinética convertida de volta a energia de pressão, e peça sob plena pressão.

Esta pressão do jato causará fraturas na parte da peça onde jato localizado, e trincas na superfície, e conforme jato continua atingindo superfície por período prolongado, trinca se aprofunda e material removido da peça.

Material extraído carregado pela água. Após remoção, água que cortou material coletada para reuso. Partes dos cavacos cortados presentes na água. Esta água enviada para purificação adicional ou remontada através de todo processo.

Vantagens e Desvantagens da Usinagem por Jato de Água

Vantagens

• Capacidade de corte multidirecional.
• Nenhum calor produzido.
• Cortes podem iniciar em qualquer local sem necessidade de furos prévios.
• Molhamento do material da peça mínimo.
• Nenhum desvio no resto da peça.
• Rebarba produzida mínima.
• Ferramenta não desgasta e não precisa afiação.
• Processo ambientalmente seguro.
• Contaminação por poeira aerotransportada perigosa e problemas de descarte de resíduos comuns em outros métodos eliminados.
• Processamento com múltiplas cabeças. Fixação simples elimina ferramentas custosas e complicadas, reduz tempo de resposta e custo.
• Retificação e polimento eliminados, reduzindo custos de operações secundárias.
• Kerf estreito permite encaixe apertado quando múltiplas peças cortadas de um único bloco.
• Ideal para desbaste de material para forma quase final (near net shape).
• Ideal para materiais reflexivos a laser como cobre e alumínio.
• Permite corte mais preciso de material mole.
• Corta materiais muito espessos como 383 mm em titânio e 307 mm em Inconel.

Desvantagens / Limitações

• Não adequado para produção em massa devido a altos requisitos de manutenção.
• Custo inicial muito alto.
• Materiais muito espessos não podem ser usinados por este processo.
• Usado para cortar materiais moles, mas AWJM pode cortar material duro para espessura limitada.

Aplicações da Usinagem por Jato de Água

WJM usado em metais, papel, tecido, couro, borracha, plásticos, alimentos e cerâmicas. Processo versátil e custo-efetivo usado como alternativa a métodos tradicionais. Elimina completamente zonas afetadas por calor, fumos tóxicos, camadas recozidas, endurecimento por trabalho e tensões térmicas.

É a solução de limpeza mais flexível e eficaz para variedade de necessidades industriais. Em geral superfície cortada tem aparência de jateamento de areia. Materiais mais duros exibem melhor acabamento de aresta. Acabamentos superficiais típicos variam de 1,6 µm RMS a muito grosseiro dependendo da aplicação.

Tolerâncias na faixa de ±25 µm em material fino. Rugosidade superficial produzida e tolerância dependem da velocidade de usinagem.

Aplicações de WJM:

• Corte, conformação e otimização de operações em várias indústrias: mineração, automotiva, aeroespacial.
• Borracha, têxteis, plásticos, espuma, couro, compósitos, ladrilhos, pedra, vidro, alimentos, metal/papel comumente usinados por jatos de água (WJM ou AWJM).
• WJM tipicamente usado para cortar materiais moles e facilmente usináveis como chapas finas e folhas, madeira, ligas não ferrosas, têxteis, favo de mel, plásticos, polímeros, couro, congelados etc.
• AWJM frequentemente usado para usinar materiais difíceis. Usado para usinar chapas grossas de aço, alumínio e outros materiais comerciais, plásticos reforçados, compósitos de matriz metálica e cerâmica, compósitos em camadas, pedra, vidro etc.
• Além de usinagem, jatos de água de alta pressão usados para remover tensões residuais em remoção de tinta, cirurgia, limpeza, descascamento e outras aplicações. Furação, fresamento de bolsos, torneamento e alargamento também feitos com AWJM.

Algumas Perguntas Relacionadas à Usinagem por Jato de Água

Que produtos são feitos por corte por jato de água?

Corte por jato de água permite criar ampla gama de peças e produtos. Ferragens de encaixe (parafusos, engrenagens etc.), peças automotivas, componentes elétricos, itens de linha de montagem grandes, protótipos de design são alguns produtos fabricados. Artistas também usam para fazer obras geometricamente precisas e/ou intrincadas.

Corte por jato de água é sustentável?

Corte por jato de água é processo ambientalmente favorável por natureza. Diferente de sistemas mecânicos tradicionais, não requer óleos de refrigeração ou lubrificação. Elimina necessidade de descartar cavacos quimicamente afetados. Diferente de técnicas térmicas como plasma ou laser, não produz fumos nocivos durante corte. Abrasivo granada não tóxico e inerte, e como muito pouco metal removido durante corte, muito pouco metal desperdiçado. Impacto ambiental mínimo.

Quão preciso é cortador por jato de água?

Waterjets Flow podem produzir produtos com tolerâncias extremamente apertadas; alguns sistemas alcançam tolerâncias de 0,001" (0,025 mm). Tolerâncias de peça para usinagem por jato de água tipicamente variam de 0,003" a 0,005". Para materiais mais espessos que 1 polegada, máquinas criam peças com tolerâncias de 0,005 a 0,100 polegada (0,12 a 2,5 mm). Tolerâncias variam amplamente por fabricante devido a variações em tecnologia, controle e estrutura da máquina.

Quanta pressão tem cortador por jato de água?

Pressões de corte por jato de água tipicamente variam de 50.000 a 60.000 PSI. Sistemas mais novos pressurizados a 90.000 psi. Água descarregada através de pequeno orifício usinado em diamante ou safira, normalmente entre 5 e 15 milésimos de polegada de diâmetro. Fluxo de água resultante é supersônico, viaja mais rápido que velocidade do som. Felizmente, taxa de fluxo relativamente baixa, cerca de 1/2 galão por minuto.

Quais questões de segurança sobre corte por jato de água?

Penetração do jato de água na pele, ser atingido por detritos voadores, exposição a ruído são perigos comuns. Trabalhar em áreas confinadas, riscos de queda, perigos respiratórios e oculares, choque elétrico, exposição potencial a substâncias perigosas são riscos ligados a jateamento de água de alta pressão.

Questões de Múltipla Escolha sobre Usinagem por Jato de Água

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

Q. Qual dos seguintes não é parte do sistema de usinagem de jato de água?
a) Transdutor
b) Acumulador
c) Bico de corte a jato
d) Bomba hidráulica
Resposta: a
Explicação: Transdutor não é parte de WJM e outros componentes pertencem a WJM.

Q. Qual velocidade do fluxo de jato de água na usinagem por jato de água?
a) 100 m/s
b) 300 m/s
c) 700 m/s
d) 900 m/s
Resposta: d
Explicação: Velocidade do fluxo de jato de água usado em WJM é cerca de 900 m/s.

Q. Que tipo de materiais não podem ser usinados usando usinagem por jato abrasivo?
a) Materiais moles
b) Materiais duros
c) Materiais difíceis de usinar
d) Nenhum dos mencionados
Resposta: a
Explicação: Materiais moles como barras de chocolate, madeira mole fina etc. não podem ser usinados usando AJM.

Perguntas Frequentes

Usinagem por jato de água também chamada de

Usinagem por Jato de Água (WJM) também chamada corte por jato de água. Definida como processo de usinagem não tradicional no qual jato de água de alta velocidade usado para remover materiais da superfície da peça. WJM pode cortar materiais moles como plástico, borracha ou madeira.

Como material removido na usinagem por jato abrasivo

Na usinagem por jato abrasivo, fluxo focalizado de partículas abrasivas, transportadas por ar ou gás de alta pressão feito para impingir na superfície de trabalho através de bico e material de trabalho removido por erosão por partículas abrasivas de alta velocidade.

Onde usinagem por jato de água aplicável

Processo WJM aplicado com sucesso para diferentes operações de usinagem como corte, furação, desbaste e remoção de isolamento de fios etc. Também aplicado em engenharia de superfície como tratamento superficial, limpeza, texturização e acabamento etc.

Que indústrias usam cortadores por jato de água?

Oficinas de serviços
Educação
Aeroespacial
Equipamentos de processamento de alimentos
Testes
Centro de serviços de metal

Quem inventou corte por jato de água?

Dr. Norman Franz