Corte por chorro de agua de fibra de carbono:beneficios, inconvenientes y mejores prácticas

¿Qué es un chorro de agua?

Un chorro de agua utiliza una bomba para crear un chorro de agua a alta presión (hasta 90 000 psi) que puede cortar cualquier cosa, desde espuma hasta placas de acero de más de 8". Al cortar metal o fibra de carbono, se utiliza un material abrasivo, como el granate, para ayudar en el proceso de corte. (Consulte los enlaces "Fuente" en la parte inferior de la publicación para obtener más información sobre cómo funcionan los chorros de agua).

Ahora veamos por qué un chorro de agua es una herramienta tan buena para cortar fibra de carbono.

Espesor de la pieza

Una gran ventaja del chorro de agua es que puede cortar paneles de carbono muy gruesos con relativa facilidad. Con una fresadora, las piezas gruesas requieren más pasadas, lo que lleva tiempo y provoca más desgaste en la broca. También debes preocuparte por limpiar las virutas y el polvo de las ranuras profundas. Además, con el ajuste adecuado puedes cortar fácilmente pequeños detalles que serían imposibles en una fresadora debido a la profundidad.

Velocidad

La velocidad de corte con un chorro de agua, especialmente para elementos pequeños, es mucho más rápida que usar un enrutador. Con una fresadora, la profundidad de corte y la velocidad de avance dependen del tamaño de la broca de la fresadora y del grosor de la pieza. Las brocas más pequeñas y las piezas más gruesas requieren varias pasadas, mientras que un chorro de agua puede cortar la misma pieza en una sola pasada y normalmente con una velocidad de avance más rápida.

Prevención del polvo

Otra gran ventaja de utilizar un chorro de agua es la contención del polvo. Una de las principales preocupaciones al trabajar con fibra de carbono es el polvo. El polvo de fibra de carbono puede llegar al funcionamiento interno de sus máquinas y hacer que las piezas se desgasten o se desgasten más rápido de lo normal. También es irritante si se inhala o puede causar picazón si entra en contacto con la piel. Con un chorro de agua, todo el polvo de carbón se lanza al tanque de agua, donde es más fácil de manipular para su eliminación adecuada. No se requieren costosos sistemas de evacuación de polvo.

Patrones de corte ajustado

El diámetro del chorro de un chorro de agua se puede ajustar a aproximadamente 0,025 pulgadas, lo que permitirá cortar diseños con orificios o características internas muy pequeñas. Este diámetro de herramienta también se puede utilizar para cortar hadas cerca de una geometría cuadrada interna.

 

Desventajas

Si bien existen muchas ventajas al utilizar un chorro de agua para cortar fibra de carbono, también existen algunos inconvenientes. Las siguientes secciones abordarán estas áreas.

Acabado de borde

Debido a que un chorro de agua utiliza un abrasivo para cortar las fuertes fibras de carbono, el borde puede tener una superficie ligeramente rugosa. Esto se puede controlar con el tamaño de malla del granate (cuanto más fino sea el abrasivo, más fino será el acabado) y con la velocidad de avance. Si bien para algunas piezas este acabado es aceptable, será necesario lijar otras para obtener un acabado más suave. El tiempo dedicado a limpiar el borde puede compensar parte de la ventaja obtenida al cortar las piezas con chorro de agua. Hay un equilibrio entre la velocidad de corte y la complejidad de las piezas a considerar si se procesa un gran volumen de piezas.

Retroceso

Otro motivo de preocupación al cortar fibra de carbono es el retroceso que se produce al pasar sobre una de las lamas. El tanque de chorro de agua utiliza listones metálicos que se extienden a lo ancho del tanque y proporcionan una superficie para soportar el material de trabajo. Cuando el chorro de alta presión pasa sobre la lama de acero, el chorro de agua y el abrasivo pueden desviarse hacia arriba, lo que esencialmente lanza arena a la parte posterior de una pieza. Normalmente, esto no se notaría en una pieza de metal, pero podría arruinar parte de la superficie de una pieza de carbono.

Afortunadamente, existen soluciones para solucionar este problema. En Elevated Materials cortamos nuestras piezas encima de una tabla de Rhino. La placa Rhino está hecha de “pajitas” de HDPE que permiten que el chorro pase sin regresar hacia el carbón. Su pequeño tamaño de celda nos permite cortar piezas pequeñas y complejas sin preocuparnos de que caigan al tanque.

Para proyectos de gran volumen y tamaño relativamente grande, creamos accesorios que sobresalen del fondo del tanque para garantizar que el chorro solo corte sobre el agua. Luego, las piezas se mantienen en su lugar mediante ventosas. Con estos accesorios hemos cortado más de 1000 de la misma pieza y no hemos tenido que cambiar ningún componente importante.

Delaminación

Otro desafío al cortar fibra de carbono con chorro de agua es perforar agujeros. El chorro de agua a alta presión puede corroer la resina entre las capas de fibra de carbono y provocar separación o delaminación, lo que debilita la pieza.

Muchos fabricantes perforan previamente agujeros en otra máquina y luego llevan la pieza al chorro de agua para cortarla. La desventaja de este método, por supuesto, es el riesgo de desalinear el recorrido de corte con chorro de agua con los agujeros que taladra previamente.

En Elevated Materials hemos invertido gran parte de nuestro tiempo y recursos en perfeccionar nuestro método de perforación de fibra de carbono para evitar la delaminación. La técnica tiene todo que ver con reducir la presión del chorro a alrededor de 10 KSI (10 000 psi) y garantizar que el granate salga de la boquilla antes que el agua a alta presión. Usamos una válvula asistida de vacío que tira del granate a través de la boquilla antes de que se encienda el chorro, asegurando que el granate llegue a la pieza antes que el agua. Si el agua a alta presión golpea la pieza por sí sola, ésta se deslaminará.

Hemos perforado y cortado piezas de más de una pulgada de espesor sin delaminación.

Bordes cónicos

Otra preocupación que se debe resolver con el corte por chorro de agua son los bordes cónicos. Dado que un chorro de agua es una corriente de alta presión que pasa a través de una boquilla, se expande cuanto más se aleja de la boquilla. Dependiendo de qué tan lejos esté su pieza de la punta de la boquilla, se determina qué tan expandido estará su chorro cuando llegue a la pieza que está cortando. Cuanto más lejos esté la pieza, más podrá expandirse su chorro. Un chorro expandido deja un aspecto arenado y un corte de menor calidad y menor velocidad.

La conicidad del borde se puede ajustar acelerando o desacelerando su federado. También se puede controlar mediante un sistema de control de cabezal dinámico o basculante. La siguiente imagen muestra algunos posibles problemas de conicidad que puede enfrentar si no tiene la presión o la velocidad de avance correctas.

Costo

Curiosamente, el coste resulta ser similar entre el fresado y el corte por chorro de agua. Por un lado, tiene que reemplazar continuamente las brocas y preocuparse por la extracción de polvo con el enrutamiento versus el material abrasivo y los consumibles, como accesorios, boquillas y orificios en un chorro de agua. Si está considerando comprar una mesa fresadora o un chorro de agua, el chorro de agua será más caro. Los usados pueden costar entre $ 25 000 y $ 60 000 en el extremo inferior, hasta $ 200 000 o más por uno nuevo. Recientemente se han introducido nuevos chorros de agua de escritorio por menos de 5.000 dólares. https://www.wazer.com/. Los enrutadores, por otro lado, han estado en la comunidad de fabricantes durante mucho más tiempo y pueden comenzar desde $ 1500 para un modelo de escritorio. Para una máquina más rígida e industrial capaz de cortar en múltiples ejes, los centros de mecanizado comienzan alrededor de $40 000 y pueden costar más de $100 000 para una máquina de 5 ejes.

Fuentes:
Conceptos básicos del chorro de agua:https://www.flowwaterjet.com/Learn/How-Waterjet-Works.aspx#basics
Tablero Rhino:http://www.rhinoboardwj.com/
Bordes cónicos Omax: https://www.omax.com/news/blog/controlling-taper