Mecanizado por Chorro de Agua Abrasivo: Principios, Aplicaciones e Impacto Industrial

El corte por chorro de agua ha sido una tecnología especializada usada en una amplia variedad de industrias, desde minería hasta procesamiento de alimentos, que data de alrededor de 1850. En las décadas de 1960 y 1970, se hicieron grandes avances no solo en la tecnología y diseño, sino también en los métodos de fabricación de estas bombas de alta presión. Para 1990, un chorro de agua de alta presión se mezclaba con materiales abrasivos y nació una nueva revolución en el corte de formas: el mecanizado por chorro de agua abrasivo. Este descubrimiento de agregar abrasivo (granate) al chorro de alta presión convirtió ese chorro en una herramienta de rectificado precisa que puede tallar a través de CUALQUIER material con el que entre en contacto. Durante la siguiente década, el proceso se perfeccionó en una tecnología de corte de precisión no solo para chapa metálica sino literalmente cualquier material. El chorro de agua puede procesar muchos materiales como acero, aluminio, plásticos, madera, alfombra, espuma, baldosas, piedra y literalmente cualquier otra cosa que pueda tocar.

Limitaciones del Corte por Chorro de Agua

Si bien hay muchas ventajas, hay algunas reglas y condiciones de material que también deben notarse. Primero, un chorro de agua debe ir TODO el camino A TRAVÉS de un material ya que, generalmente hablando, el grabado y mecanizado abrasivo a una profundidad controlada no es posible con precisión. Cortes interrumpidos, como vacíos entre paredes y tuberías, generalmente no son aplicaciones adecuadas para chorros de agua porque el chorro ya no está controlado al salir de la primera pared hacia el espacio entre paredes — creando así un patrón amplio tipo "escopeta" en la pared opuesta.

Los laminados son un material problemático para chorros de agua, pero solo al perforar. Esto es porque cuando el chorro está tallando/rectificando a través del material (en un agujero ciego), también está intentando separar las capas. Aunque hay algunos enfoques de baja presión para estos materiales, no son 100% confiables. Así, el mejor método es taladrar un agujero de inicio para el mecanizado de laminados. El vidrio templado, cerámicas frágiles y materiales similares también son problemáticos porque tienden a romperse una vez que el estrés es aliviado por la acción de corte del proceso.

Beneficios de las Máquinas de Corte por Chorro de Agua

Ahora que hemos cubierto qué evitar en un chorro de agua, podemos expresar que el resto del mundo de la fabricación y materiales están abiertos y son fácilmente mecanizados por el proceso de mecanizado por chorro de agua abrasivo. La facilidad de operación de un sistema de corte por chorro de agua también lo hace muy atractivo para talleres tanto novatos como expertos. Típicamente, la única información requerida para un chorro de agua es el archivo de forma en un formato DXF simple — luego el operador ingresa el tipo, grosor y precisión de corte deseado. Debido a la simplicidad y flexibilidad, ahora hay muchas empresas reemplazando o complementando sus métodos de operación existentes con métodos de corte por chorro de agua ya que este es un método preciso para cortar que no produce humos peligrosos ni desechos y NO es un proceso térmico. Esto significa que las piezas hechas de materiales sensibles al calor como la mayoría de los plásticos no se dañan ni destruyen en el proceso de mecanizado. Hoy, la tecnología de chorro de agua es capaz de producir presiones de corte en exceso de 90,000 PSI (90kpsi).

Los chorros de agua se definen por tres factores principales:

1. Tamaño de mesa/recorrido o capacidad;
2. Presión de corte; y
3. Potencia de corte (hp).

Un sistema típico de chorro de agua tendrá un recorrido de mesa de 5' x 10' o 6' x 12' con una presión de operación de 60,000 psi (60kpsi) impulsado por una bomba hidráulica de 30 HP accionada eléctricamente para producir esa presión. La presión de la bomba — y el volumen de agua producido a esa presión — puede tener un impacto mayor no solo en el rendimiento de la máquina, sino también en los costos operativos de la máquina. Una bomba operando a presión de 40kpsi puede ser unos pocos dólares menos para operar por hora pero puede literalmente tomar el doble de tiempo en cortar la misma pieza a la misma calidad que esa misma máquina operando a 60kpsi, duplicando así el costo de fabricación. En otro ejemplo, una bomba produciendo 60kpsi a 30 HP producirá 0.6 galones por minuto (GPM) de agua presurizada. La misma máquina operando a la misma presión (60kpsi) pero utilizando una bomba de 60 HP producirá 1.2 GPM de agua de corte presurizada, lo que permitirá al operador aumentar las velocidades de corte para la misma pieza, a las mismas tolerancias, en un 40%.

Bombas

Hay dos tipos principales de bombas disponibles para compra o reemplazo en un sistema de chorro de agua. Con mucho, las Bombas Intensificadoras han sido más populares debido a las velocidades de corte incrementadas, presión de operación constante y confiabilidad. A continuación hay una descripción de los tipos de bombas disponibles para aplicaciones de corte con agua directa y agua abrasiva:

Accionamiento Directo (Direct Drive)

Típicamente, tres émbolos son accionados por un motor eléctrico (o gasolina/diésel) — girando un cigüeñal y produciendo hasta 55kpsi. Las principales ventajas de este tipo de bomba incluyen:

• El menor costo de inversión de la bomba,
• No se requiere agua de enfriamiento,
• No hay pérdida de rendimiento del accionamiento a través de un sistema hidráulico de aceite, y
• El volumen de agua de alta presión creado es mayor que el de una bomba estilo intensificador.

Las desventajas de este estilo de bomba es que la presión disminuye gradualmente cada hora desde el momento en que la bomba se enciende a medida que los sellos y componentes internos de la bomba se desgastan, afectando así la velocidad y acabado de corte. Esta bomba también tiene más componentes internos de desgaste requiriendo un tiempo de inactividad y costo de mantenimiento ligeramente mayores.

Intensificador

En esta bomba, un motor eléctrico (o gasolina/diésel) produce presión de aceite hidráulico de (típicamente) 3kpsi o mayor. Este aceite presurizado se transfiere luego a un cilindro que impulsa un pistón hacia adelante y atrás. El pistón está conectado a un émbolo que es 20x más pequeño que el pistón. Sellos de alta presión separan el aceite en la cámara del pistón del agua en la cámara del émbolo. Las diferentes proporciones en diámetro entre el pistón y el émbolo crean el efecto de intensificación y, así, los 3kpsi de presión de aceite hidráulico crearán 60kpsi de presión de agua. Las principales ventajas de este estilo de bomba es que la presión es mayor y más consistente, permitiendo velocidades de corte incrementadas y acabados de superficie de corte confiables. La desventaja es que esta bomba requiere agua de enfriamiento para el aceite hidráulico y es ligeramente menos eficiente eléctricamente.

Cualquier tipo de bomba de alta presión puede emplearse para cortar usando agua directa o chorro de agua abrasivo. Cualquier máquina de chorro de agua abrasivo puede utilizarse como máquina de agua directa simplemente eliminando la mezcla abrasiva. Sin embargo, las máquinas diseñadas para operaciones de corte de agua directa pueden requerir modificación significativa para utilizar métodos de mecanizado abrasivo. Las aplicaciones típicas para cada una se enumeran a continuación:

• Agua Directa: Usado para aplicaciones que pueden cortarse con cuchillo o tijeras como procesamiento de alimentos, papel, alfombra, espuma, aislamiento de fibra de vidrio, juntas, etc.
• Mecanizado por Chorro Abrasivo: Metales, plásticos, baldosas, piedra, granitos, y cualquier otro material que no se corte fácilmente.
• Materiales Procesados: Acero, aluminio, aceros inoxidables, cobre, latón, plásticos, espuma, juntas, aislamiento, alfombra, vidrio, baldosas, piedra, madera, etc.

Fabricantes populares de chorro de agua incluyen Bystronic, Calypso, Esab, Flow, Omax, Jet Edge, Ward Jet, Hydra Jet, Romeo Engineering, Wardjet y KMT. Si desea aprender más sobre chorros de agua u otra maquinaria de fabricación, por favor consulte el recurso a continuación, o contáctenos.