Water Jet Machining (WJM) Fonti: Benedict G.F., Nontraditional manufacturing processes, CRC Press Cap. 3 “Water Jet Machining (WJM)”

Water Jet Machining Processo Rimuove il materiale mediante l’azione di impatto ed erosiva di un getto d’acqua ad alta velocità di piccolo diametro Usato per tagliare materiali non metallici porosi quali legno, carta, pelle e schiume; due varianti del WJM consentono di spellare i fili ed effettuare operazioni di sbavatura Osservazione (inizio 1900): negli impianti a vapore, il vapore che usciva da fori generatisi nelle linee di alta pressione era in grado di tagliare facilmente un manico di legno 1960: Norman Franz brevetta la tecnica per produrre un flusso di acqua collimato ad alta velocità Introdotta nelle industrie nel 1970

Water Jet Machining Processo Consente di effettuare tagli in qualsiasi direzione, con qualità dei bordi di taglio superiore a quella di altri processi di taglio convenzionali “Utensile” non si usura e non si rompe  no tempi di fermo per cambio utensile Non si generano polveri Acqua esce da un ugello opportunamente sagomato a 900 m/s. A 25 mm dall’ugello una nebbia di vapore divergente si forma attorno al cuore del getto (che effettua il taglio). L’azione tagliante può essere mantenuta in solidi soffici anche per 250 mm.

Water Jet Machining Attrezzatura Motore elettrico Pompa Intensificatore Accumulatore Filtri Tubazioni Valvole Ugello Captatore

Water Jet Machining Intensificatore È una pompa alternativa a doppio effetto Pressione acqua anche 40 v. pressione olio; pw da 1400 a 7000 bar, ma maggior parte delle pompe limitate a 4000 bar (per evitare fatica) Regolazione della pw mediante regolazione della po (po x Ao) / Aw = pw

Water Jet Machining Accumulatore L’acqua si comprime del 12% circa a 4000 bar all’uscita dell’intensificatore, causando la riduzione del flusso d’acqua all’inizio di ciascuna corsa del pistone Per evitare fluttuazioni della pressione si usa un accumulatore È un recipiente in pressione che immagazzina acqua ad alta pressione e assicura una variazione di pressione all’output di ± 5% p t Sistema di pompaggio completo p t Δp = 10%

Water Jet Machining Tubazioni L’acqua ad alta pressione è trasportata dal sistema di pompaggio fino all’ugello mediante un sistema di tubi flessibili (fino a 380 MPa, linee più semplici) oppure tubazioni rigide (acciaio inox con rapporto Dint:Dest pari a 1:3 ) e snodi Il flusso è controllato attraverso valvole disposte sulla linea

Water Jet Machining Ugello Primi sistemi WJ impiegavano miscele di acqua e polimeri a catena lunga per ridurre l’attrito e per conferire al getto maggiore collimazione La pratica di usare miscele fu abbandonata quando si scoprì che era possibile avere un getto collimato ottimizzando l’ugello La camera di collimazione aiuta a ridurre la divergenza che il getto presenta uscendo dall’orifizio

Water Jet Machining Orifizio Diametro dell’orifizio: tipicamente 0.07-0.5 mm, ma fino a 1 mm Materiale: zaffiro sintetico (facilmente lavorabile e resistente all’usura) Durata tipica : 250-500 h (acqua decalcificata, deionizza e filtrata) Comuni meccanismi di rottura: scheggiatura per particelle estranee o restringimento della sezione per deposito di minerali

Water Jet Machining Captatore Raccoglie l’acqua dopo che questa ha compiuto la sua azione di taglio Consente di Minimizzare la lunghezza esposta del getto (sicurezza) Ridurre il rumore Raccogliere gli scarti della lavorazione Se gli ingombri lo consentono consiste in un tubo di lunghezza 300-600 mm di piccolo diametro collegato ad un tubo di drenaggio; il getto si disperde prima di raggiungere l’estremità. Altrimenti vi è un tubo corto con alla base un disco di carburo resistente all’acqua ma sostituibile (meno efficace nella riduzione del rumore)

Water Jet Machining Parametri di processo Pressione dell’acqua Diametro dell’ugello Velocità trasversale Standoff distance Parametro meno critico; getto collimato fino a 25 mm ↑ p, ↑ D, ↓ v possibile tagliare spessori maggiori (o più velocemente, a parità di spessore)

Water Jet Machining Prestazioni Possibilità di tagliare materiali porosi, fibrosi, granulari o soffici con massima velocità Movimenti CNC, camme

Water Jet Machining Prestazioni Possibile il taglio in qualsiasi direzione Non è necessaria la foratura preliminare Larghezza di taglio 0.025 mm maggiore del diametro del getto  risparmio di materiale, nesting stretto Materiali molto spessi possono essere tagliati in più passate, senza alterare la qualità dei bordi di taglio Buona finitura dei bordi, assenza di bave e di ZTA La finitura e la geometria dei bordi peggiora all’aumentare dello spessore e della velocità di taglio Tolleranze: ± 0.1-0.2 mm

Water Jet Machining Prestazioni Cable stripping: il WJ taglia l’isolamento esterno e non rovina il metallo interno; pressioni inferiori al WJM (fino a 2000 bar) Sbavatura: getto conico o a ventaglio per erodere le bave su pezzi non ferrosi (fino a 2000 bar); bave agevolmente rimosse in zone difficilmente raggiungibili, es. fori ciechi

Water Jet Machining Esempi di applicazione Taglio di pedane antiscivolo Taglio di cartone ondulato

Water Jet Machining Vantaggi e svantaggi Nessun costo di riaffilatura utensile Minima larghezza di taglio Automatizzabile Capacità di tagliare in qualsiasi direzione Non c’è formazione di polvere Elevate velocità di taglio Assenza di ZTA Svantaggi Elevati costi d’impianto Non idonea per materiali duri non porosi Materiali fragili possono esibire cricche L’acqua contaminata deve essere trattata prima dello smaltimento Rumore ed elevate pressioni  sicurezza