Chorro De Agua

CORTE CON CHORRO DE AGUA.

El corte con chorro de agua (en inglés WJC, Water Jet Cutting) usa una corriente fina de agua a alta presión y velocidad dirigida hacia la superficie de trabajo para producir un corte. También se emplea el nombre de maquinado hidrodinámico para este proceso, pero el corte por chorro de agua es el término de uso más frecuente en la industria.

Es un proceso por erosión de tipo mecánico. Se desarrolló en los años sesenta para utilizar exclusivamente agua ya que había industrias como la electro-espacial que tenía problemas para cortar algunos materiales como los recién aparecidos materiales tipo fibra.

Sin embargo, el origen es un poco anterior a eso ya que la primera persona que se encargó de desarrollar el tema del agua como herramienta de corte fue Norman Franz, un ingeniero forestal que trabajaba en el desarrollo de nuevas tecnologías para el corte de madera, llegando a hacer unas máquinas prototipo con las que experimentó intentando alcanzar grandes presiones de agua, bastante mayores de las que se utilizan hoy industrialmente. El problema era que no se podía mantener esa presión de forma continua.

Con este proceso por erosión se inyecta agua a presión en la pieza a través de la boquilla, si a esta agua se le añade un abrasivo, en este caso es él quien se encarga de realizar la erosión del material y poder arrancar las partículas para al final realizar el corte, figura 3.1.

Figura 3.1.- Boquilla utilizada en el corte con chorro de agua.

Lo principal es alcanzar una presión muy elevada del agua, una de las máximas que se alcanzan actualmente es de 414 MPa, 40.000 N/cm. La forma de conseguir esta presión es mediante una bomba que se denomina intensificador, que fue introducida por Ingresa Run, y que permite alcanzar estas presiones de agua.

El agua a presión se hace pasar por una boquilla muy reducida y se consigue una velocidad muy alta, del orden de 3 veces la del sonido. Esta velocidad tiene como finalidad arrancar el corte. Luego, se pasa a la cámara donde se le añade el abrasivo y así sale por un extremo para cortar el material.

Para obtener una corriente fina de agua, se usa una pequeña abertura de boquilla de un diámetro de 0.004 a 0.016 pulg (0.1 a 0.4 mm). A fin de que la corriente tenga la energía suficiente para cortar se usan presiones hasta de 90000 lb/pulg2 (400 Mpa), y el chorro alcanza velocidades hasta de 3000 pies/s (900 m/s). Una bomba hidráulica presuriza el fluido al nivel deseado. La unidad de boquilla consiste en un soporte y una boquilla de joya. El soporte está hecho de acero inoxidable y la boquilla de Zafiro, rubí o diamante. El diamante dura más, pero es el de mayor costo.

Los parámetros de proceso importantes en el WJC incluyen la distancia de separación, el diámetro de abertura de la boquilla, la presión del agua y la velocidad de avance del corte. La distancia de separación es la abertura entre la boquilla y la superficie de trabajo. En general, se prefiere que esta distancia sea mínima para reducir la dispersión de la corriente del fluido antes de que golpee la superficie. Una distancia de separación normal es de 1/8 de In. (3.2 mm). El tamaño del orificio de la boquilla afecta la precisión del corte; las aberturas más pequeñas se usan para cortes más finos sobre materiales más delgados. Para cortar materia prima más gruesa se requieren corrientes de chorro más densas y mayores presiones. La velocidad de avance del corte se refiere a la velocidad a la que se mueve la boquilla a lo largo de la trayectoria de corte. La velocidad de avance típica varía desde 12 in/min (5mm/seg) hasta 1200 in/min (500mm/seg), dependiendo del material de trabajo y su grosor. Por lo general, el WJC se hace en forma automática usando un control numérico computarizado o robots industriales para manipulación de la unidad de boquilla a lo largo de la trayectoria deseada.

El WJC se usa en forma eficaz para obtener tiras de materia prima plana, como plásticos, textiles, materiales compuestos, mosaicos para pisos, alfombras, piel y cartulinas. Se han instalado celdas robóticas con boquillas para WJC ensambladas como herramienta de un robot para seguir patrones tridimensionales de corte irregular, por ejemplo para cortar y recortar tableros de automóvil antes del ensamble. En estas aplicaciones, la ventaja del WJC es que la superficie de trabajo no se tritura ni quema como en otros procesos mecánicos o térmicos, en consecuencia, la pérdida de material es mínima porque la ranura de corte es estrecha, esto reduce la contaminación ambiental y existe la facilidad de automatizar el proceso usando controles numéricos o robots industriales.

Figura 3.3. Corte de diversos materiales.

Tal vez uno de los problemas con los procesos de corte por agua es que a medida que avanza el chorro, este se flexiona o electa hacía atrás y hace que la parte superior de la pieza se corte antes que la inferior, figura 3.4. Si se hace un corte recto no hay problema, pero si es necesario cortar esquinas interiores tendríamos que avanzar el corte para poder cortar la parte inferior y superior, lo que al final nos puede dar un mal acabado y en algunas aplicaciones se tendría que rechazar el producto.

...