La tecnologia a getto d'acqua è adatta al taglio industriale.
In qualità di redattori della norma nazionale per i getti d'acqua in Cina (GB/T26136-2018), speriamo che la nostra competenza possa contribuire al successo della vostra attività.
Se le spiegazioni sulla tecnologia a getto d'acqua riportate di seguito non vi fossero sufficientemente chiare, non esitate a contattarci. Saremo lieti di rispondere alle vostre domande e risolvere i vostri dubbi.
Tecnologia e principi del getto d'acqua
| Getto d'acqua / Getto d'acqua | Un getto d'acqua ad alta velocità espulso attraverso un piccolo ugello dopo essere stato pressurizzato da una pompa ad alta pressione, utilizzato come utensile da taglio, comunemente noto come getto d'acqua. Rispetto ad altri metodi di taglio, i vantaggi della tecnologia a getto d'acqua abrasivo includono: processo estremamente versatile; nessuna zona alterata dal calore; nessuna sollecitazione meccanica; facile programmazione; diametro del getto sottile (0.1 mm); capacità di elaborare forme geometriche estremamente fini; adatta al taglio di materiali sottili; può tagliare materiali di spessore inferiore a 400 mm (prendendo il ferro come riferimento); supporta il taglio a pila; minima perdita di materiale durante il taglio; dispositivi di fissaggio semplici; bassa forza di taglio (meno di 1 kg durante il taglio); una configurazione a getto singolo può gestire quasi tutte le operazioni di lavorazione a getto abrasivo; facile passaggio dall'uso a testa singola a quello a più teste; possibilità di passare rapidamente dal getto d'acqua puro al getto d'acqua abrasivo; riduzione delle lavorazioni secondarie; quasi nessuna sbavatura. |
| Getto d'acqua ad altissima pressione | Secondo lo standard nazionale cinese GB26136 – 2018 “Ultra – High – Pressure Waterjet Cutting Machine”, un getto d’acqua con un intervallo di pressione di 250 – 400 MPa è un getto d’acqua ad altissima pressione, che ha una maggiore capacità di taglio e precisione. |
| Getto d'acqua puro | Un getto d'acqua ad alta pressione senza abrasivi, utilizzato principalmente per il taglio di materiali morbidi come schiuma, gomma e alimenti.
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| Waterjet abrasivo | Aggiungere materiali abrasivi come granato e carborundum al getto d'acqua per migliorare la capacità di taglio dei materiali duri. I getti d'acqua abrasivi sono più potenti dei getti d'acqua puri e possono tagliare materiali duri come metalli, vetro, pietra e metallo. Tuttavia, nella tecnologia a getto d'acqua, a causa del limite di durezza degli abrasivi, i getti d'acqua generalmente tagliano materiali con una durezza pari o inferiore a 6.5. Fortunatamente, la maggior parte dei materiali di lavorazione soddisfa questo requisito. |
| Effetto cavitazione | Quando la pressione locale del getto d'acqua diminuisce bruscamente, si formano delle bolle. Quando queste bolle scoppiano, generano una forte forza d'impatto che favorisce il taglio del materiale. |
Componenti per taglierina a getto d'acqua
| Pompa ad alta pressione | Il componente principale di una macchina da taglio a getto d'acqua e la chiave della tecnologia a getto d'acqua. Tra i tipi più comuni ci sono pompe a pistone e intensificatori, utilizzati per pressurizzare l'acqua alla pressione richiesta. |
| Ugello | Solitamente realizzato in pietre preziose o leghe dure, le dimensioni e la forma dell'apertura influiscono significativamente sulla velocità, sulla forma e sull'effetto di taglio del getto d'acqua. L'apertura comunemente utilizzata è di 0.33 mm. L'ugello di un getto d'acqua è un elemento soggetto a usura. Di solito deve essere sostituito dopo circa 100 ore di utilizzo. Naturalmente, una migliore qualità dell'acqua o una pressione inferiore ne prolungheranno la durata; in caso contrario, ne ridurranno la durata. |
| Tubo abrasivo | Il componente finale della testa di taglio a getto d'acqua abrasivo. Dopo aver attraversato l'ugello per pietre preziose, l'acqua forma un getto supersonico. Gli abrasivi vengono aspirati nella testa tramite l'effetto Venturi nella camera di miscelazione, quindi acqua e abrasivi vengono scaricati attraverso il tubo di miscelazione. Il tubo abrasivo di un getto d'acqua, come l'ugello, è un materiale di consumo e la sua durata è solitamente di 50-100 ore. |
| Testa di taglio | Integra l'ugello e il sistema di erogazione dell'abrasivo (per getti d'acqua abrasivi) e può controllare con precisione la posizione e la traiettoria di taglio secondo le istruzioni del sistema di controllo numerico. Sono disponibili 3 tipi di teste di taglio a getto d'acqua. La testa di taglio a 3 assi può muoversi solo in avanti, indietro, a sinistra, a destra, in alto e in basso. La testa di taglio a 5 assi può inclinarsi di ±12° per compensare il problema di conicità del getto d'acqua stesso. La testa di taglio a 5 assi può inclinare l'asse A di ±89° e ruotare l'asse C di 360°, consentendo il taglio 3D di superfici curve complesse. Aggiungendo un asse rotante alla piattaforma o utilizzando un braccio robotico per azionare la testa di taglio, è possibile ottenere maggiori possibilità di taglio, il che si traduce anche in un più ampio ambito di applicazione. |
| Tubo ad alta pressione | La tubazione ad alta pressione del getto d'acqua trasporta in modo sicuro l'acqua generata dalla pompa ad alta pressione alla testa di taglio. Include tubi flessibili in acciaio inossidabile (con diametri esterni di 1/4 di pollice, 3/8 di pollice o 9/16 di pollice), raccordi a T, gomiti e giunti girevoli. |
| Sistema di controllo numerico | Utilizzato per controllare la traiettoria del movimento e i parametri di taglio della testina di taglio, ottenendo un processo di taglio automatizzato e ad alta precisione. |
| valvola di ritegno | Un interruttore unidirezionale nella pompa a getto d'acqua che consente al fluido, come l'acqua, di fluire solo in una direzione, impedendone il ritorno. |
| Motor drive | Il motore di azionamento del sistema di movimento riceve correnti positive e negative dall'amplificatore di azionamento CNC e fornisce la rotazione oraria o antioraria per muovere la macchina. Può utilizzare motori ad azionamento diretto o servomotori. I motori ad azionamento diretto offrono maggiore potenza e migliore stabilità, mentre i servomotori sono più efficienti dal punto di vista energetico. |
| Intensificatore | Il cuore della pompa ad alta pressione, un componente fondamentale per la generazione di getti d'acqua ad alta pressione. Richiede manutenzione regolare e sostituzione dei componenti di tenuta per garantirne il funzionamento stabile. |
| Pulsante di arresto di emergenza | Sia sulla console di controllo che sulla pompa ad alta pressione sono presenti pulsanti per la funzione di arresto di emergenza. Arrestano immediatamente la macchina utensile e la mettono in sicurezza. Il pulsante di arresto di emergenza è rosso con un bordo giallo, un dettaglio che cattura l'attenzione. Una volta attivato, interrompe il taglio e il movimento. L'arresto di emergenza sulla console di controllo può arrestare l'intero sistema a getto d'acqua, mentre il pulsante di arresto di emergenza sulla pompa ad alta pressione può arrestare solo la pompa ad alta pressione. |
Prestazioni e parametri del getto d'acqua
| Livello di pressione | Espresso in MPa, rappresenta la pressione del getto d'acqua che una macchina da taglio a getto d'acqua può generare. Maggiore è la pressione, maggiore è la capacità di taglio. L'intervallo di pressione utilizzato nel taglio ad acqua è compreso tra 220 MPa e 620 MPa. Diverse pressioni vengono selezionate in base alle caratteristiche del materiale e la pressione più utilizzata è 380 MPa. |
| Portata | Il volume di acqua espulso per unità di tempo (L/min), che varia da 3.7L a 12L/min, influisce sull'efficienza di taglio congiuntamente alla pressione. |
| Power | La potenza elettrica (kW) consumata durante il funzionamento del getto d'acqua riflette la potenza e la capacità di taglio del sistema. L'intervallo di potenza è generalmente compreso tra 18 kW e 75 kW; una potenza maggiore richiede più energia e costi; 37 kW è il valore più basso e ampiamente utilizzato. |
| Ripeti la precisione di posizionamento | Misura la precisione che un getto d'acqua può raggiungere in molteplici operazioni di posizionamento, riflettendo la stabilità e l'affidabilità del getto d'acqua. La precisione di taglio per la maggior parte dei tavoli a getto d'acqua è di 0.1 mm, ma potrebbe essere ottimizzata tramite l'aggiunta di compensazione angolare, miglioramento del disegno CAD e così via. |
Materiali e lavorazione
| Materiali da taglio | Materiali che possono essere tagliati da una macchina da taglio a getto d'acqua, tra cui metalli (come acciaio inossidabile, acciaio al carbonio), pietra, vetro, ceramica, plastica, ecc. |
| Spessore di taglio | Lo spessore massimo dei materiali che un getto d'acqua può tagliare. Diversi modelli di getto d'acqua hanno intervalli di spessore di taglio diversi. Ad esempio, se si taglia il ferro, il classico APW-A15-B da 37 kW potrebbe tagliare meno di 100 mm, mentre l'APW-V6P da 75 kW potrebbe tagliare meno di 400 mm. |
| Velocità di taglio | La velocità di movimento della testa di taglio è determinata dal dispositivo di trasmissione della piattaforma di taglio, come guide a vite o cremagliera. Solitamente, la velocità è di 10 m/min, ma è molto superiore alla velocità di taglio effettiva. La velocità di taglio effettiva deve essere determinata considerando fattori quali la capacità di taglio del getto d'acqua, le caratteristiche del materiale da tagliare e la qualità del taglio. Se il processo, il materiale o il livello tecnico dell'operatore cambiano, anche la velocità di taglio deve essere regolata. |
| Precisione di taglio | L'intervallo di errore tra la dimensione di taglio effettiva e quella progettata è generalmente compreso tra ±0.1 mm e ±0.5 mm. |
| Larghezza taglio | Nel taglio a getto d'acqua abrasivo, la larghezza del taglio è direttamente influenzata dal diametro del tubo di miscelazione (circa il 110% del diametro del tubo di miscelazione). |
| Taglia la qualità | Gli indicatori di valutazione includono la perpendicolarità del taglio, la rugosità e la presenza di scorie. Un taglio a getto d'acqua di alta qualità deve essere perpendicolare, liscio e privo di scorie evidenti. |
Tecniche e abilità di taglio
| Perforazione | Praticare un foro nel materiale prima del taglio per consentire al getto d'acqua di penetrare agevolmente nel materiale da tagliare. La qualità della perforazione influisce sulla precisione del taglio successivo. |
| Pianificazione del percorso di taglio | Ottimizzare il percorso di movimento della testa di taglio in base alla forma del pezzo per migliorare l'efficienza, ridurre gli sprechi di materiale e i tempi di taglio. |
| Taglio smussato | Regolare l'angolazione della testina di taglio per ottenere un taglio smussato del materiale, soddisfacendo specifici requisiti di lavorazione angolare. |
| Taglio della compensazione | Grazie alla larghezza del taglio nel taglio a getto d'acqua, il percorso di taglio viene corretto per garantire che le dimensioni del pezzo soddisfino i requisiti di progettazione. |
Sistemi e dispositivi ausiliari
| Sistema di raffreddamento | Riduce il calore generato durante il funzionamento del getto d'acqua, impedisce il surriscaldamento dei componenti e garantisce le prestazioni e la durata del getto d'acqua. |
| Sistema di filtrazione | Purifica l'acqua di taglio, rimuove impurità e particelle ed evita l'usura del getto d'acqua e l'ostruzione dell'ugello. |
| Dispositivo di separazione abrasivo-acqua | Separa le acque reflue e i residui di scarto generati durante il taglio per facilitarne la depurazione e soddisfare i requisiti di tutela ambientale. |
| Sistema di carico e scarico automatico | Realizza il carico automatico dei materiali e lo scarico automatico delle parti tagliate, migliorando l'efficienza produttiva e riducendo l'intensità del lavoro. |
Valutazione della qualità del taglio
| Errore di perpendicolarità | L'angolo di deviazione tra il taglio a getto d'acqua e la direzione normale alla superficie del materiale. Minore è l'errore, maggiore è la qualità del taglio. |
| Pianura | Il grado di planarità della superficie del materiale dopo il taglio, che riflette la stabilità del processo di taglio a getto d'acqua e l'uniformità della forza di taglio. A parità di materiale, maggiore è la velocità di taglio, minore è la planarità; a parità di velocità, più duro è il materiale, minore è la planarità. |
| Scheggiatura del bordo | Fenomeno di scheggiatura del materiale sul tagliente, solitamente causato da parametri di taglio a getto d'acqua o caratteristiche del materiale non adeguati. |
| Calore – Zona interessata | L'area sulla superficie del materiale in cui la struttura e le proprietà locali cambiano a causa del calore durante il processo di taglio. La sua dimensione è uno dei fattori di valutazione della qualità. |
Abrasivo a getto d'acqua - correlato
| Dimensione della grana abrasiva | Rappresenta la dimensione delle particelle abrasive in base al numero di mesh. Maggiore è il numero di mesh, più fini sono le particelle. Le dimensioni delle mesh comunemente utilizzate nella lavorazione a getto d'acqua abrasivo sono 50-220 mesh, mentre le più comuni sono 80 e 120 mesh. |
| Portata dell'abrasivo | Quantità di abrasivi aggiunta al getto d'acqua per unità di tempo, che influisce direttamente sull'effetto di taglio e sulla stabilità. |
| Rapporto di miscelazione abrasivo | Rapporto in massa o in volume tra abrasivi e acqua. Un rapporto appropriato consente al getto d'acqua e agli abrasivi di ottenere le migliori prestazioni di taglio sinergiche. |
Manutenzione e cura del getto d'acqua
| Parti di tenuta | Componenti (come anelli di tenuta e guarnizioni) che impediscono la fuoriuscita di acqua ad alta pressione e abrasivi. Devono essere ispezionati e sostituiti regolarmente per evitare perdite. |
| Pulizia delle condutture | Pulire regolarmente le tubazioni di alimentazione idrica e di distribuzione dei prodotti abrasivi per rimuovere impurità, calcare o residui abrasivi e garantire l'efficacia dell'erogazione del fluido. |
| Manutenzione della testa della pompa | Controllare l'usura della testa della pompa ad alta pressione e sostituire tempestivamente componenti quali pistoni e anelli di tenuta per garantire una pressione stabile della pompa. |
| Ispezione dell'impianto elettrico | Ispezionare e manutenere i componenti elettrici, quali quadri elettrici, motori e sensori, per prevenire guasti e incidenti di sicurezza. |
Automazione e Intelligenza - correlati
| Integrazione CAD/CAM | Combina la progettazione CAD con le tecnologie di produzione CAM. Tramite software, vengono generati percorsi di taglio e parametri per ottenere una programmazione automatizzata. |
| Sistema di controllo | Il sistema di controllo del sistema di movimento converte i programmi pezzo, le velocità e i comandi di accensione/spegnimento del getto in segnali comprensibili dal sistema elettrico. Solitamente, viene utilizzato un sistema di controllo CNC, un sistema di controllo basato su PC o una combinazione di entrambi. Gli ingegneri progettano la grafica di taglio tramite software CAD, aggiungono punti di inizio/fine taglio, direzioni di avanzamento, compensazione dell'utensile e velocità tramite software CAM. Dopo che il file viene inviato al sistema di controllo, l'operatore posiziona la testa di taglio e avvia il taglio. Il sistema di controllo converte il file in corrente elettrica per azionare i motori della macchina utensile e controlla automaticamente l'avvio e l'arresto di acqua e abrasivi. Ha le funzioni di identificazione automatica della grafica, ottimizzazione dei percorsi e generazione dei parametri, migliorando l'efficienza della programmazione e la qualità del taglio. |
| Monitoraggio online e controllo del feedback | Monitora in tempo reale i parametri di taglio (come pressione, portata, ecc.) tramite sensori e il sistema di controllo si regola automaticamente per garantire stabilità e costanza della qualità. |
| Integrazione robotica | Combina la testa di taglio a getto d'acqua con un robot industriale per sfruttare la flessibilità del robot e ottenere un taglio automatizzato ad alta precisione di parti complesse. |
Tecnologia del getto d'acqua nel taglio: 3 progressi chiave
La tecnologia a getto d'acqua è una tecnologia di processo speciale non convenzionale; il suo getto è ad alta energia e il suo processo di lavorazione è caratterizzato da assenza di deformazione termica, assenza di inquinamento, elevata applicabilità ed elevata flessibilità. È stata ampiamente utilizzata per la lavorazione di diversi tipi di materiali in diversi settori. Questa revisione approfondisce i principi di base e le caratteristiche della lavorazione a getto d'acqua abrasivo, il meccanismo di erosione, la simulazione della lavorazione, l'influenza dei parametri di processo sull'asportazione e l'ottimizzazione dei miglioramenti, oltre a presentare lo stato attuale delle applicazioni, le nuove tecnologie e le direzioni di sviluppo future della tecnologia a getto d'acqua abrasivo. Questa revisione può fornire un importante riferimento informativo per i ricercatori che studiano la lavorazione a getto d'acqua abrasivo.
