Dicionário do jato de água

O abrasivo Garnet é usado em 99% de todas as máquinas de jato de água devido a sua capacidade de corte, consistência, custo, escala de desgaste do cabeçote de corte e características não perigosas. O tamanho do abrasivo granada tipicamente usado atualmente para corte com jato de água varia de granulometria 50 até 220, sendo que a 80 é a mais comum. Quanto maior a granulometria, menor o tamanho da partícula. Granulometria 320 é similar à poeira.

Bombas de rotação com transmissão direta são usadas em mais de 20% dos sistemas de jato de água instalados em todo o mundo. Diferentemente de bombas com base intensificadora, a bomba de transmissão direta não tem nenhuma bomba hidráulica. Às vezes chamada de bomba tríplex, o motor elétrico gira um cárter com três pistões para criar uma pressão ultra elevada de água.

A bomba intensificadora é a tecnologia original e mais comum usada no corte com jato de água. As bombas intensificadoras usam o “princípio de intensificação” para pressurizar água.

O “princípio de intensificação” ou proporção usa a diferença entre a área do bruto/êmbolo para intensificar, ou aumentar, a pressão. O óleo hidráulico é pressurizado e o óleo de baixa pressão faz pressão contra um bruto, que tem uma área de face 20 vezes maior do que a face do êmbolo de alta pressão que faz pressão contra a água. Portanto, a pressão é “intensificada” vinte vezes. Por ex. 207 bar de pressão do óleo gera 4.137 bar da pressão da água devido à proporção 20:1 da área do bruto em relação à área do êmbolo.

O cabeçote de corte do jato de água é onde a pressão da água é convertida em velocidade quando a água passa pelo orifício de joia.  

No corte com jato de água e abrasivo, o cabeçote de corte também inclui a câmara de mistura e o tubo de mistura.  Às vezes você ouvirá falar do cabeçote de corte também incluindo a válvula de liga/desliga.  Esta válvula reside logo acima do orifício e utiliza um tipo de configuração de gatilho e assento para permitir que o operador ou controlador CNC iniciem e parem a corrente de jato de água.

A precisão das peças acabadas é uma combinação de erro de processo (o jato de água) + erro da máquina (a velocidade XY, regularidade e precisão da trilha) + estabilidade da peça de trabalho (fixação, nivelamento, homogeneidade, estabilidade de temperatura).

O feixe do jato de água não é rígido, mas pode se curvar e se mover no material.  Os parâmetros da corrente do jato de água e características de não rigidez podem afetar a precisão da peça, como atraso de vazão, conicidade, taxa de vazão do abrasivo, etc. Controlar estas características tem sido o foco dos fornecedores de jatos de água por muitos anos.

O Dynamic Waterjet® compensa automaticamente o atraso de vazão e conicidade permitindo um corte de 2 a 4 vezes mais rápido e tolerâncias de 1 a 3 milésimos de polegada nas peças.

O CFRP significa um plástico reforçado com fibra de carbono. Compósitos de fibra de carbono são usados em raquetes de tênis, tacos de golfe, próteses e aeronaves modernas. Nesta definição usaremos o exemplo da aeronave comercial. Seções compostas de asas, traves, suportes e caudas da Boeing e da Airbus como um material superior ao alumínio. O corte de compósitos com processos de fresagem ou roteamento pode causar delaminação, microfissuras, rebarbas e desfiamento de fibras. O corte com jato de água não apresenta esses problemas.

Os compósitos avançados leves de hoje podem ser tão duros e rígidos como aço, ou tão flexíveis como borracha, e ainda assim suportar as tensões de um voo supersônico. As mesmas propriedades que fazem desses materiais tão resistentes também fazem deles difíceis de cortar. Desenvolvedores da tecnologia de compósitos continuam a introduzir novas combinações de materiais que desafiam as capacidades dos métodos de usinagem tradicionais.

Até recentemente, métodos de corte convencionais, roteadores ou fresas de pontas de carboneto ou diamante, serras de fita, serras de corte e rodas abrasivas foram usadas para cortar estes materiais não convencionais. Devido à composição e orientação da fibra de compósitos avançados, os métodos de corte convencionais danificavam os compósitos seja por aquecê-los ou por deixar bordas desgastadas ou delaminadas. Além disso, esses métodos eram frequentemente lentos, e costumavam causar delaminação e outros problemas que exigiam retrabalho oneroso.

Os compósitos podem ter várias formas. Os motores de alta temperatura usam metais reforçados com fibras de cerâmica (compósito de matriz metálica). Tipicamente, engenheiros buscam reduzir o peso e aumentar a força, flexibilidade ou resistência à temperatura. Esses materiais poderiam trazer dores de cabeça às oficinas de produção, porém podem ser cortados com velocidade, precisão e a integridade do material com um jato de água Flow.

Extremamente fácil de ajustar e operar, a tecnologia de corte com jato de água é um processo de corte a frio que pode rapidamente produzir pequenos ou grandes lotes de peças, mesmo para projetos difíceis. O corte com jato de água é um processo de erosão supersônica.  O jato de água pura corta materiais que podem ser cortados com uma faca e o jato de água abrasivo pode cortar qualquer coisa mais rígida.

No corte com jato de água, a densidade da força de corte está relacionada à quantidade de energia que pode ser colocada em determinado tamanho de área. Uma corrente menor com maior pressão significa que a corrente está se movendo com mais velocidade e terá maior densidade de força de corte do que uma corrente mais ampla com menor pressão/velocidade.  

Dynamic Waterjet® é uma tecnologia patenteada da Flow que aumenta a velocidade de corte de 2 a 4 vezes, permitindo, simultaneamente, uma tolerância de peças acabadas muito maior.

No corte com jato de água, o jato cria dois erros ao cortar uma peça em alta velocidade, atraso de vazão e conicidade. O atraso de vazão ocorre quando a corrente deixa a peça de trabalho atrás do ponto de entrada. A conicidade é a forma em V. O atraso de vazão e a conicidade podem ser minimizados com a diminuição da velocidade (geralmente de 15 a 20% da velocidade de corte máxima) mas não podem ser eliminados.

Para permitir o corte em alta velocidade, o Dynamic Waterjet automaticamente angula o cabeçote para um lado para que toda a conicidade fique no lado da sobra, e inclina levemente o cabeçote para frente para compensar o atraso de vazão. Esta compensação do atraso de vazão e da conicidade ocorre automaticamente em uma operação “nos bastidores”. O operador ou programador não precisa programar os ângulos, o sistema de controle faz isso.  O ângulo também muda automaticamente com a velocidade de corte, para que cantos e arcos de precisão possam ser criados conforme o cabeçote de corte muda a velocidade ao fazer os cantos.

É o vácuo criado por um fluído ou mídia de alta velocidade passando por uma área do tubo maior para uma área do tubo menor. No corte com jato de água e abrasivo, um efeito Venturi é criado pela corrente de jato de água puro, passando pela câmara de mistura mais larga e então pelo tubo de mistura mais estreito.

O abrasivo é atraído pelo efeito Venturi para dentro da câmara de mistura e acelerado, como uma bala para fora de um rifle, para fora do tubo de mistura, criando então o jato de água abrasivo.

Em jatos de água, a tubulação de alta pressão transporta com segurança a água da bomba geradora de pressão do jato de água até o cabeçote de corte. A tubulação pode consistir em linhas de aço inoxidável com alguma flexibilidade, com 1/4, 3/8 ou 9/16 pol. (6,3, 9,5 ou 14,3 mm) de diâmetro externo, Ts cotovelos e articulações. A tubulação HyperPressure™ tem um design e capacidade diferentes da tubulação de pressão ultra elevada normal.

O entalhamento é definido como a largura do corte, ou um sulco ou fenda causado pelo corte. No corte com jato de água e abrasivo a largura do entalhamento é diretamente afetada pelo diâmetro do tubo de mistura. O entalhamento é cerca de 10% mais largo do que o diâmetro do tubo de mistura.

Então, para um tubo de mistura de 0,030 pol. (0,76 mm), o entalhamento será de 0,033 pol. (0,83 mm). É claro, o entalhamento aumentará conforme aumentar o tubo de mistura. O aumento do tubo é de cerca de 0,001 pol. (0,0254 mm) por 8 horas de tempo de jato ligado.

A largura fina do corte com jato de água é um atributo essencial, permitindo detalhes complexos. Uma corrente de jato de água pura vai de 0,003 a 0,015 pol. (0,076 a 0,38 mm) e um jato de água abrasivo vai de 0,015 a 0,070 pol. (0,38 a 1,78 mm), tipicamente 0,040 pol. (1 mm).

A granulometria não representa a dimensão exata das partículas, mas representa uma distribuição dos tamanhos das partículas. O abrasivo com granulometria 80 terá algumas partículas maiores e menores do que exatamente 80. Os tamanhos da granulometria são geralmente determinados permitindo que abrasivos passem por uma série de telas, cada uma menor que a anterior em tamanho de granulometria, de cima para baixo. Os tamanhos de granulometria típicos usados em jatos de água abrasivos são entre 220 a 50, sendo que o mais comum é o 80. Quanto maior o número da granulometria, menor a partícula.

HyperPressure™ descreve uma bomba de jato de água que fornece 5.171 bar ou mais. A pressão ultra elevada é geralmente de 2.758 a 5.171 bar, enquanto a HyperPressure é de 5.171 bar ou mais. Em geral, os sistemas de jato de água de pressão padrão funcionam com pressão ultra elevada de 3.792 a 4.137, e sistemas mais avançados funcionam com bombas de 6.481 bar.

A corrente do jato de água com abrasivo (às vezes chamado de jato abrasivo) acelera as partículas de abrasivo e estas partículas, e não a água, corroem o material. O jato de água com abrasivo é muito mais poderoso do que um jato de água puro e pode cortar materiais duros como metais, vidros, pedras e compósitos: nenhum destes pode ser cortado com um jato de água puro. Os jatos de água com abrasivo, usando parâmetros padrão, podem cortar materiais com dureza até a de cerâmica com óxido de alumínio (também chamada de alumina, AD 99.9) e um pouco além disso. 
 

Atributos do jato de água com abrasivo

• Processo extremamente versátil
• Sem zona térmica afetada (ZTA)
• Sem desgastes mecânicos
• Fácil de programar
• Corrente fina (0,020 a 0,050 pol. / 0,5 a 1,2 mm de diâmetro)
• Geometria extremamente detalhada
• Corte de material fino
• Corte de espessuras acima de 305 mm
• Corte empilhado
• Pouca perda de material pelo corte
• Simples para fixação
• Baixas forças de corte (menos de 0,45 kg ao cortar)
• Uma configuração do jato para praticamente todos os trabalhos abrasivos
• Alterna facilmente entre cabeçote único e multicabeçote
• Troca rápida de jato de água pura para jato abrasivo
• Operações secundárias reduzidas
• Pouca ou nenhuma rebarba

O jato de água pura é o método original do corte por jato de água. As primeiras aplicações comerciais foram feitas do início a meados dos anos 70 e envolveram o corte de papelão ondulado. Os maiores usos para corte de jato de água pura são fraldas descartáveis, lenços de papel e interiores automotivos. No caso de lenços de papel e fraldas descartáveis, o processo de jato de água cria menos umidade no material do que o toque e a respiração.

Jatos de água pura também podem ser usados para remover revestimentos, como pinturas de navios; se estiver interessado em conhecer mais sobre estas aplicações clique aqui.

Atributos do jato de água pura

• Corrente muito fina, a escala de diâmetro comum é 0,003 a 0,010 pol. (0,075 a 0,254 mm)
• Geometria extremamente detalhada
• Muito pouca perda de material pelo corte
• Corte sem calor
• Corte muito espesso
• Corte muito fino
• Geralmente corta muito rapidamente
• Capaz de cortar materiais leves e macios
• (ex. isolamento de fibra de vidro de espessura até 61 cm)
• Força de corte extremamente baixa
• Fixação simples
• Operação 24 horas por dia

Em um sistema de movimentação, os motores de transmissão transformam a corrente positiva/negativa dos amplificadores de transmissão CNC em rotação no sentido horário ou anti-horário. Essa rotação move a máquina.

Para criar uma corrente de jato de água pura, a pressão da água precisa ser convertida para velocidade. Esta conversão ocorre quando a água passa pelo orifício de uma pequena joia. Um orifício de diamante, rubi ou safira varia de 0,076 a 0,5 mm, mais comumente 0,35 mm. Quanto maior o orifício, mais água e mais cavalos de força são necessários para manter a pressão.

O tamanho do orifício não dita a pressão máxima da água - somente os cavalos de força e o desenho da bomba determinam a pressão máxima.

Um orifício quebra no jato de água por duas causas primárias. Primeiro, pode ocorrer acúmulo e posterior liberação de cálcio no orifício, causando falha instantânea no orifício. Em segundo lugar, a borda do orifício pode se tornar arredondada ou quebrar com o impacto das partículas. Em jatos de água, um orifício geralmente está bom ou danificado, a degradação gradual é menos comum. Orifícios de safira ou rubi podem durar de 40 a 200 horas, dependendo da aplicação e pressão, com boa água. Um diamante pode ser de 8 a 10 vezes mais caro, mas dura de 8 a 10 vezes mais.

A parada de emergência é uma característica em que o operador pode parar a máquina ferramenta, colocando-a em um modo seguro e sem riscos, instantaneamente. Botões de parada de emergência são sempre vermelhos e mostrados proeminentemente. Em equipamentos de corte com jato de água, a parada de emergência interrompe o processo de corte e a movimentação e, se assim projetado, também desliga a bomba e evacua as linhas de alta pressão.

A indústria de jato de água tem diferentes definições para diferenças nos níveis de pressão. A pressão ultra elevada está entre 276 MPa e 517 MPa. Para o corte com jato de água, a maioria das bombas opera entre 379 e 412 MPa.

Em um sistema de movimento, o sistema de controle transforma os comandos de liga/desliga do jato, velocidades e programa de peças em uma linguagem que o sistema elétrico pode entender. Normalmente, um sistema de controle CNC, (controle numérico computadorizado), um sistema de controle baseado em PC ou um híbrido de ambos é usado.  

Aprofundando a explicação: um engenheiro ou projetista pode desenhar um quadrado para corte com jato de água em um programa CAD (desenho assistido por computador) como o AutoCAD®. Um programador (pode ser a mesma pessoa) torna, então, este desenho do quadrado em um tipo de arquivo .dxf ou .dwg e coloca-o em um pacote de software CAM (fabricação assistida por computador).  

Aqui, o programador acrescenta pontos de início e parada, direção de percurso, compensação do cortador e velocidades de deslocamento necessários para o jato de água. Este arquivo é então enviado ao sistema de controle onde o operador (novamente, pode ser a mesma pessoa) abre o arquivo no sistema de controle da máquina, coloca o cabeçote de corte na posição de início sobre o material alvo e comanda o início do ciclo para cortar a peça.

O sistema de controle, então, transforma o arquivo de corte em corrente elétrica que vai dos acionamentos do sistema de controle aos motores da máquina ferramenta para deslocar a máquina.  O sistema de controle também usa saídas digitais para iniciar e parar a água e o abrasivo automaticamente.  

Em um sistema de movimentação, o sistema de feedback fornece informações de posição e possivelmente de velocidade ao sistema de controle CNC. Ele diz ao controle que a máquina executou as instruções recebidas.

Quanto maior a resolução do feedback, motor e transmissão, mais preciso será o movimento do cabeçote de corte do jato de água. Sistemas de feedback podem ser codificadores ligados aos motores, escalas de fita ou vidro, ligados à estrutura da máquina na direção do deslocamento ou outros meios.

Os Sistemas de slitting ou guilhotinagem com jato de água cortam rapidamente e com eficiência produtos de papel. Operações que se utilizam de sistemas de guilhotinagem com jato de água usufruem de rentabilidade e economia. Os jatos de água não produzem poeira. Cortes sem poeira melhoram suas condições de trabalho e segurança e produzem um produto de melhor qualidade. Em muitas aplicações de lenços e toalhas, a guilhotinagem com jato de água elimina o rebobinamento, o que economiza gastos capitais com equipamentos, cortando em linha.  Uma guilhotina de jato de água pode ser instalada diretamente na máquina e as bordas estão de acordo com todos os requisitos para operações de conversão. 

O software de programação também é chamado de software CAM (fabricação assistida por computador) O software de programação geralmente está em um PC, ainda que máquinas ferramentas também possam ser programadas na própria máquina. Um programador importa um desenho CAD previamente criado como um tipo de arquivo .dxf ou .dwg (ou outro formato) ou cria o novo padrão no pacote de software CAM.

Um programador usa o software de programação no jato de água para acrescentar pontos de início e interrupção, direção de percurso, compensação do cortador e velocidades de deslocamento necessárias. Esse arquivo é enviado ao sistema de controle para ser executado no corte da peça.

Usado no corte com jato de água e abrasivo, o tubo de mistura é o componente final no cabeçote de corte. A pressão da água é convertida em velocidade da água quando a água passa pelo orifício de joia.

A corrente do jato de água supersônico entra, então, na câmara de mistura onde o abrasivo é inserido no cabeçote por meio de efeito venturi. Então, a água e o abrasivo passam pelo tubo de mistura e saem como uma mistura de água, abrasivo e um pouco de ar.

O tubo de mistura pode ter de 0,015 a 0,070 pol. (0,38 a 1,78 mm) de diâmetro interno e comprimento 1,5 a 6 pol. (38 a 152 mm). Ele tem um cone de entrada interno. O tubo de mistura mais comum é de 1 mm de diâmetro interno e 102 mm de comprimento. Este tubo normalmente usa abrasivo de granulometria 80. Em corte normal, um tubo de mistura com material de alta qualidade (carboneto composto nanogranulado com muito pouca liga para maximizar a resistência contra erosão) desgasta a aproximadamente 0,001 pol. (0,025 mm) de crescimento de diâmetro a cada 6 a 8 horas de tempo de atividade e também se desgasta concentricamente.

As válvulas de verificação são encontradas nas bombas de jato de água. São portas de saída que permitem que algo, nesse caso a água, passe em somente uma direção.

Como exemplo, água em baixa pressão passa por uma mangueira comum de baixa pressão e entra na bomba aguardando pressurização. Uma vez pressurizada, a água não pode sair pela válvula de verificação de baixa pressão porque estouraria imediatamente a mangueira de baixa pressão. Ao invés disso, outra válvula de verificação abre para permitir que a água em alta pressão seja encaminhada com segurança para as linhas de aço inoxidável de alta pressão em seu caminho até o cabeçote de corte.

No corte com jato de água, a velocidade da corrente do jato de água aumenta conforme a pressão aumenta.

Uma vez que o fluxo sai do orifício, a velocidade é tudo. Não há pressão no fluxo depois que a água passa pelo orifício.

No corte com jato de água e abrasivo, quanto mais rápida a corrente, mais rápido o abrasivo se move, mais rápido o corte, menor o diâmetro do fluxo e quantidade de abrasivo necessário. 

Quando se corta com um equipamento de jato de água em que a movimentação do cabeçote de corte é suave e precisa, uma borda regular pode ser criada. Uma vez que a velocidade de corte exceda aproximadamente 50% da velocidade de corte máxima, geralmente pode-se ver ondulações no fundo da superfície de corte. Estas ondulações são chamadas de estriamentos. A zona de transição é a profundidade na qual o regular se torna estriado. A 70% da velocidade de corte máxima, a zona de transição será maior na superfície de corte do que a 60%.