Máquinas de corte a água de alta pressão: Uma visão geral

I. Visão geral

1. Princípio do corte com água a alta pressão

O princípio do corte com água a alta pressão é pressurizar a água a uma pressão ultra-alta de 100~400MPa, e depois lançá-la sobre a peça a ser cortada através de um orifício de estrangulamento (Φ0.15 ~ Φ0.4mm) a 2~3 vezes a velocidade do som, convertendo a energia potencial da água em energia cinética do jato de água, com uma velocidade de fluxo de até 900m/s ou mais. Utilizando o impacto do jato de água denso de alta velocidade e alta energia, como uma lâmina afiada, realiza o corte.

A gama de materiais que podem ser cortados com a tecnologia de corte com água a alta pressão é muito ampla, capaz de cortar muitos materiais que os métodos de corte convencionais não podem ou são difíceis de cortar, tais como vários metais e as suas ligas (aço inoxidável, titânio, alumínio, cobre, etc.), materiais cerâmicos, vidro, pedra, madeira, madeira macia, plásticos, borracha, materiais compósitos de várias camadas, materiais alveolares e betão, etc.

2. Classificação do corte com água a alta pressão

(1) Tipo de água pura.

Utilizado principalmente para cortar materiais não metálicos, com equipamento simples e de baixo custo, mas também com menor capacidade de corte.

(2) Tipo de abrasivo de alta pressão.

As partículas abrasivas são adicionadas ao jato de água e, depois de misturadas, formam um jato de água abrasivo. O jato de água serve de suporte para acelerar as partículas abrasivas. Devido à grande massa e à elevada dureza do abrasivo, a energia cinética do jato de água abrasivo aumenta consideravelmente, tornando-o o principal método de corte metais.

A água a alta pressão e os abrasivos são enviados para a pistola de corte através de tubos, misturados na câmara de mistura da pistola de corte e, em seguida, pulverizados para fora do bocal, com pressão de água geralmente entre 100 ~ 400MPa.

(3) Tipo de abrasivo de baixa pressão.

A água e o abrasivo são pré-misturados num tanque de armazenamento pressurizado, depois a pasta abrasiva misturada é enviada para o bocal da pistola de corte para pulverização, com uma pressão de água relativamente baixa, normalmente entre 20~100MPa.

3. Características do corte com água a alta pressão

(1) O aumento da temperatura na área de corte é muito pequeno, a temperatura no corte é inferior a 100°C, não há deformação térmica ou zona afetada pelo calor na peça de trabalho, pelo que o material e as propriedades do material a ser cortado não são alterados.

(2) Alta qualidade do corte, sem rebarbas, escórias penduradas, a superfície de corte é vertical, plana e tem um elevado grau de suavidade.

(3) A largura do corte é relativamente pequena. Durante o corte de água pura, o diâmetro do jato de água está entre 0,1 ～ 0,5 mm; a abertura do bico para o tipo abrasivo é de cerca de 1,2 ～ 2,5 mm.

(4) O corte pode começar ou parar em qualquer ponto da peça de trabalho.

(5) Não produz gases ou poeiras nocivos para a saúde humana.

(6) Pode ser utilizado em locais onde as chamas abertas são estritamente proibidas.

O principal problema é o facto de o ruído ser demasiado elevado, atingindo 98~106dB, com o pico de frequência de ruído a 2~3kHz, o que é bastante severo, pelo que os operadores devem usar tampões para os ouvidos.

II. Composição da máquina de corte por jato de água a alta pressão

Uma máquina de corte por jato de água de alta pressão é geralmente constituída por um gerador de água de alta pressão, uma pistola de corte e um bocal, um dispositivo de acionamento, um dispositivo de tratamento de água e um tanque de recolha de água, como mostra a Figura 1.

1 - Depósito de abrasivo
2 - Abrasivos ou lamas
3 - Entrada de abrasivo
4 - Peça de trabalho
5 - Tanque de abastecimento de lama abrasiva
6 - Tanque de recolha de água
7 - Bocal abrasivo
8 - Bocal de água
9 - Pistola de corte
10 - Água de alta pressão
11 - Bomba de ultra-alta pressão
12 - Entrada de água

1. Dispositivo de produção de água a alta pressão

Geralmente, um booster é utilizado para aumentar a água de alta pressão fornecida pela bomba de 20~32MPa para ultra alta pressão de 100~400MPa.

2. Pistola de corte e bocal

O diagrama esquemático estrutural da pistola de corte e dos componentes do bocal é mostrado na Figura 2. Os bicos do tipo água pura são maioritariamente feitos de diamante ou safira, com uma estrutura simples, e o orifício do bico é cilíndrico reto, com um diâmetro de 0,1~0,5mm.

a) Tipo de água pura
b) Alta pressão com tipo de abrasivo
c) Baixa pressão com tipo de abrasivo
1 - Água a alta pressão
2-Junta de vedação
3-Bocal de água
4-Abrasivo
5-Câmara de mistura
6-Bocal abrasivo
7 - Água a alta pressão misturada com abrasivo
8 Todo o corpo da pistola de corte
9 Bocal

A estrutura do tipo abrasivo (alta pressão) é relativamente complexa, onde o material e a abertura do bocal de água são os mesmos que os do tipo de água pura, enquanto o bocal abrasivo é normalmente feito de ligas duras como o carboneto de tungsténio. O canal do bico é composto por duas secções, a parte superior é um cone com uma conicidade que muda lentamente e a parte inferior é um cilindro reto muito longo, com uma abertura de 1~2mm. O bico utilizado na forma de abrasivo pré-misturado a baixa pressão (ver figura 2c) é também feito de carboneto de tungsténio, mas a parte cónica é mais curta.

3. Dispositivo de acionamento

Normalmente, adopta uma mesa de trabalho que se move ao longo do eixo X e uma pistola de corte que se move ao longo do eixo Y. A velocidade máxima de condução é de cerca de 50m/min. A precisão de posicionamento pode atingir ±0,1mm, e a precisão de repetibilidade é de ±0,03mm. Durante o processo de corte, para manter uma distância relativamente estável entre o bocal e a peça de trabalho, um dispositivo capacitivo de auto-ajuste de altura é geralmente equipado quando se corta metal.

4. Dispositivo de tratamento de água

Inclui filtração e tratamento químico. Após a filtragem das partículas em suspensão na água com dimensões superiores a 0,45 μm, utiliza-se a permuta iónica ou a osmose inversa para o tratamento químico, a fim de remover outros compostos indesejáveis na água.

5. Depósito de recolha de água

Utilizado para recuperar a água e os abrasivos ejectados. Uma vez que o jato de água ejectado e os abrasivos ainda têm energia cinética residual e ruído, as bolas de metal são geralmente colocadas no tanque de recolha de água para amortecer.

6. Dureza de vários abrasivos

(ver quadro 1)

Tabela 1 Dureza de vários abrasivos

III. Parâmetros do processo de corte com água a alta pressão

Tabela 2 Parâmetros do processo de corte de materiais metálicos com água a alta pressão

Nota: O valor da abertura do bocal é o diâmetro do bocal do tipo água pura / o diâmetro do bocal do tipo abrasivo.