Abrasive Water Jet Machining (AWJM) Fonti: Benedict G.F., Nontraditional manufacturing processes, CRC Press Cap. 4 “Abrasive Water Jet Machining (AWJM)”

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1 Abrasive Water Jet Machining (AWJM) Fonti: Benedict G.F., Nontraditional manufacturing processes, CRC Press Cap. 4 “Abrasive Water Jet Machining (AWJM)” 17/03/2010

2 /12 Abrasive Water Jet Machining Processo Combina i principi del WJM e dell’AJM Rimuove il materiale mediante l’azione di impatto ed erosiva di un water jet caricato con abrasivo Processo usato per tagliare e forare materiali duri (metalli, pietra, vetro, ceramica, compositi) e per operazioni di pulitura Diffuso dal 1980, quando si svilupparono sistemi AWJM per tagliare acciaio 2

3 /12 Abrasive Water Jet Machining Processo Impiega un WJ convenzionale in combinazione con abrasivi Pressioni dell’acqua fino a 4000 bar per avere velocità di circa 900 m/s L’abrasivo è introdotto nel getto il modo che la quantità di moto sia trasferita dal getto all’abrasivo 3

4 /12 Abrasive Water Jet Machining Attrezzatura Analoga rispetto all’WJ; uniche differenze: Sistema di alimentazione dell’abrasivo Ugello del getto abrasivo L’unità di pompaggio è analoga a WJ, anche se sono sufficienti pressioni inferiori (2000 bar) Sistema di alimentazione dell’abrasivo In forma secca (problema per le grandi distanze) In forma di miscela Captatore rivestito in materiale ceramico o vasca di sedimentazione Ugello del getto abrasivo 4

5 /12 Abrasive Water Jet Machining Ugello del getto abrasivo L’ugello deve provvedere ad una miscelazione efficace degli abrasivi con il waterjet ed a formare il getto abrasivo ad alta velocità Materiale: carburo di tungsteno o di boro per minimizzare l’usura Due tipi di ugello: Getto singolo, alimentazione laterale dell’abrasivo: più semplice da realizzare e compatto Getto multiplo, alimentazione centrale dell’abrasivo: miglior mescolamento 5

6 /12 Abrasive Water Jet Machining Parametri di processo Acqua Portata Pressione Abrasivo Portata Dimensione delle particelle Materiale Diametro dell’ugello Velocità trasversale Standoff distance Materiale del pezzo Profondità di taglio 6

7 /12 Abrasive Water Jet Machining Parametri di processo Pressione del getto d’acqua Determina la velocità delle particelle di abrasivo Di solito nel range 172-275 MPa (ma anche fino a 415 MPa) Relazione lineare tra pressione e profondità di taglio Per ogni materiale esiste una pressione critica al di sotto della quale non è possibile effettuare il taglio 7

8 /12 Abrasive Water Jet Machining Parametri di processo Portata d’acqua Tipicamente inferiore a 10 l/min All’aumentare della portata, mantenendo costante la pressione  saturazione (si riduce l’incremento di velocità delle particelle) 8

9 /12 Abrasive Water Jet Machining Parametri di processo Portata dell’abrasivo All’aumentare della portata dell’abrasivo la profondità di taglio aumenta linearmente fino ad un certo punto, poi decresce: fissando la portata d’acqua, la velocità delle particelle decresce più velocemente della velocità di incremento del numero di impatti delle particelle Dimensione dell’abrasivo Da 90 μm a 120 μm Materiale abrasivo Silice, carburo di silicio (funzione del materiale da tagliare) Inevitabile la frammentazione dell’abrasivo, ma in alcuni casi è possibile un certo riutilizzo 9

10 /12 Abrasive Water Jet Machining Parametri di processo Velocità trasversale Aumentando la velocità trasversale, diminuisce la profondità di taglio; esiste velocità minima al di sotto della quale non si ottengono ulteriori incrementi Se la velocità trasversale non è costante i bordi di taglio presentano finitura peggiore È possibile effettuare più passate (sconsigliato) Distanza di standoff All’aumentare della distanza di standoff diminuisce la profondità di taglio Se la distanza di standoff viene aumentata oltre gli 80 mm si possono effettuare operazioni di pulitura e discagliatura 10

11 /12 Abrasive Water Jet Machining Prestazioni Possibilità di tagliare materiali di qualsiasi durezza, molto spessi, ad elevate velocità Larghezza di taglio è funzione dello spessore; solitamente tra 1.5 e 2.3 mm Il taper sul bordo di taglio è funzione della durezza: materiali duri materiali soffici 11

12 /12 Abrasive Water Jet Machining Vantaggi e svantaggi Vantaggi Capacità di tagliare in qualsiasi direzione Assenza di ZTA Non è necessaria la sbavatura Tagli senza delaminazioni Si possono tagliare materiali di qualsiasi durezza Svantaggi Elevati costi d’impianto Pericolo proiezione abrasivi Rumore Breve durata dell’ugello 12