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 de alta pressão é pressurizar a água a uma pressão ultra-alta de 100 a 400 MPa e, em seguida, lançá-la sobre a peça a ser cortada por meio de um orifício de aceleração (Φ0,15 a Φ0,4 mm) a 2 a 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 900 m/s ou mais. Ao utilizar o impacto do jato de água denso de alta velocidade e alta energia, como uma lâmina afiada, ele realiza o corte.

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

2. Classificação do corte com água a alta pressão

(1) Tipo de água pura.

Usado principalmente para cortar materiais não metálicos, com equipamento simples e 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, após a mistura, formam um jato de água abrasivo. O jato de água serve como um transportador para acelerar as partículas abrasivas. Devido à grande massa e à alta dureza do abrasivo, a energia cinética do jato de água abrasivo aumenta muito, tornando-o o principal método de corte metais.

A água de alta pressão e os abrasivos são fornecidos à pistola de corte por meio de tubos, misturados na câmara de mistura da pistola de corte e, em seguida, pulverizados pelo bocal, com pressão da água geralmente entre 100 e 400 MPa.

(3) Tipo de abrasivo de baixa pressão.

A água e o abrasivo são pré-misturados em um tanque de armazenamento pressurizado e, em seguida, a pasta abrasiva misturada é enviada ao bico da pistola de corte para pulverização, com pressão de água relativamente baixa, geralmente entre 20 e 100 MPa.

3. Características do corte com água sob 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, portanto, o material e as propriedades do material que está sendo cortado não são alterados.

(2) Alta qualidade do corte, sem rebarbas ou escória suspensa, a superfície de corte é vertical, plana e tem um alto grau de suavidade.

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

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

(5) Não produz gases ou poeira prejudiciais à saúde humana.

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

O principal problema é que o ruído é muito alto, chegando a 98~106dB, com a frequência de pico de ruído em 2~3kHz, o que é bastante severo, portanto, os operadores devem usar protetores auriculares.

II. Composição do cortador a jato de água de alta pressão

Um cortador de jato de água de alta pressão geralmente consiste em um gerador de água de alta pressão, pistola e bico de corte, dispositivo de acionamento, dispositivo de tratamento de água e um tanque de coleta de água, conforme mostrado na Figura 1.

1 - Funil de abrasivos
2 - Abrasivo ou lama
3 - Entrada de abrasivo
4 - Peça de trabalho
5 - Tanque de abastecimento de polpa abrasiva
6 - Tanque de coleta de água
7 - Bico 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 geração de água de alta pressão

Em geral, um booster é usado para aumentar a água de alta pressão fornecida pela bomba de 20 a 32 MPa para uma pressão ultra-alta de 100 a 400 MPa.

2. Pistola de corte e bico

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 feitos principalmente de diamante ou safira, com uma estrutura simples, e o orifício do bico é cilíndrico reto, com um diâmetro de 0,1~0,5 mm.

a) Tipo de água pura
b) Alta pressão com tipo de abrasivo
c) Baixa pressão com tipo de abrasivo
1 - Água de alta pressão
2 - Junta de vedação
3-Bocal de água
4-Abrasivo
5-Câmara de mistura
6-Bocal abrasivo
7 - Água de 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, sendo que o material e a abertura do bocal de água são os mesmos do tipo de água pura, enquanto o bocal abrasivo é geralmente feito de ligas duras, como carboneto de tungstênio. O canal do bico consiste em duas seções: a parte superior é um cone com um cone que muda lentamente e a parte inferior é um cilindro reto muito longo, com uma abertura de 1 a 2 mm. O bocal usado na forma de abrasivo pré-misturado de baixa pressão (veja a figura 2c) também é feito de carboneto de tungstênio, mas a parte cônica é mais curta.

3. Dispositivo de acionamento

Geralmente, adota 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 50 m/min. A precisão do posicionamento pode chegar a ±0,1 mm e a precisão da repetibilidade é de ±0,03 mm. Durante o processo de corte, para manter uma distância relativamente estável entre o bocal e a peça de trabalho, um dispositivo capacitivo de ajuste automático de altura é geralmente equipado ao cortar metal.

4. Dispositivo de tratamento de água

Inclui filtragem e tratamento químico. Depois de filtrar as partículas suspensas na água maiores que 0,45μm, a troca iônica ou a osmose reversa é usada para o tratamento químico para remover outros compostos indesejáveis na água.

5. Tanque de coleta de água

Usado para recuperar a água e os abrasivos ejetados. Como o jato de água ejetado e os abrasivos ainda têm energia cinética residual e ruído, as esferas de metal são geralmente colocadas no tanque de coleta de água para amortecer.

6. Dureza de vários abrasivos

(veja a tabela 1)

Tabela 1 Dureza de vários abrasivos

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

Tabela 2 Parâmetros de processo para corte com água de alta pressão abrasiva de materiais metálicos

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