Mecanizado por chorro de agua:principio de funcionamiento, ventajas y desventajas con la aplicación

Mecanizado por chorro de agua (WJM), también llamado corte por chorro de agua, es un proceso de mecanizado no tradicional en el que se utiliza un chorro de agua a alta velocidad para eliminar materiales de la superficie de la pieza de trabajo. WJM se puede utilizar para cortar materiales más blandos como plástico, caucho o madera. Para cortar materiales más duros como metales o granito, se mezcla un material abrasivo en el agua. Cuando se utiliza un material abrasivo en el agua para el proceso de mecanizado, se denomina Mecanizado por chorro de agua abrasivo (AWJM).

Principio de funcionamiento

Se basa en el principio de la erosión del agua. Cuando un chorro de agua a alta velocidad golpea la superficie, se produce la eliminación de material. El chorro de agua pura se utiliza para mecanizar materiales más blandos. Pero para cortar materiales más duros, algunas partículas abrasivas se mezclan con el agua para el mecanizado y se denomina AWJM (Mecanizado por chorro de agua abrasivo)

Materiales abrasivos

Las partículas abrasivas más utilizadas en AWJM son el granate y el óxido de aluminio. La arena (Si02) y las perlas de vidrio también se utilizan como abrasivos. La función de las partículas abrasivas es mejorar la capacidad de corte del chorro de agua.

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Partes principales del mecanizado por chorro de agua

Las diversas partes del mecanizado por chorro de agua son

1. Bomba hidráulica

Se utiliza para hacer circular el agua del tanque de almacenamiento durante el proceso de mecanizado. La bomba entrega agua al intensificador a una baja presión de unos 5 bares. También se utiliza un booster que aumenta la presión inicial del agua a 11 bar antes de entregarla al intensificador.

2. Intensificador hidráulico

Se utiliza para aumentar la presión del agua a muy alta presión. Recibe el agua de la bomba a 4 bar y aumenta su presión hasta 3000 a 4000 bar.

3. Acumulador

Almacena temporalmente el agua a alta presión. Suministra ese fluido cuando se requiere una gran cantidad de energía de presión. Elimina las condiciones de fluctuación de presión en el proceso de mecanizado.

4. Cámara o tubo de mezcla

Es una cámara de vacío donde tiene lugar la mezcla de partículas abrasivas en agua.

5. Válvula de control:

Controla la presión y dirección del chorro de agua.

6. Regulador de caudal o válvula

El caudal del agua se regula con la ayuda del regulador de caudal.

7. Boquilla

Es un dispositivo que se utiliza para convertir la energía de presión del agua en energía cinética en el mecanizado por chorro de agua. Aquí la boquilla convierte la presión del chorro de agua en un haz de chorro de agua de alta velocidad. La punta de la boquilla está hecha de rubí o diamante para evitar la erosión.

8. Sistema de drenaje y colector

Después del mecanizado, los desechos y las partículas mecanizadas del agua se separan con la ayuda del sistema de drenaje y recogida. Elimina la partícula de metal y otras partículas no deseadas del agua y las envía de vuelta al depósito para su uso posterior.

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Funcionamiento del mecanizado por chorro de agua

1. El agua del depósito se bombea al intensificador con la ayuda de una bomba.
2. El intensificador aumenta la presión del agua de 5 bares a 3000 a 4000 bares. Esta agua a alta presión del intensificador se mueve tanto a la boquilla como al acumulador.
3. El acumulador almacena el agua a alta presión y la suministra en cualquier instante que se requiera. Se utiliza para eliminar la fluctuación del requisito de alta presión del mecanizado de material duro.
4. El agua a alta presión pasa luego a la boquilla donde la energía de alta presión del agua se convierte en energía cinética. Por la boquilla sale un chorro de agua a muy alta velocidad (1000 m/s) en forma de haz estrecho.
5. El abrasivo, como el granate o el óxido de aluminio, se mezcla con agua dentro de la boquilla. Hay una cámara de mezcla en la boquilla donde los abrasivos se mezclan con el agua a alta presión.
6. Este chorro de agua de alta velocidad cuando golpea la superficie de la w/p elimina el material de la misma.
7. El chorro de agua después del mecanizado es recogido por el sistema de drenaje y colector. Aquí se eliminan los desechos, las partículas de metal del agua y se suministra al tanque de reserva.

El trabajo será el mismo para el mecanizado por chorro de agua, pero las partículas abrasivas no se mezclan con el chorro de alta velocidad. Solo sale chorro de agua pura por la salida de la boquilla.

Ventajas

• Tiene la capacidad de cortar materiales sin alterar su estructura original. Y esto sucede porque no hay zona afectada por el calor (ZAT).
• Es capaz de producir cortes complejos e intrincados en materiales.
• El área de trabajo en este proceso de mecanizado permanece limpia y libre de polvo.
• Tiene un bajo costo de operación y mantenimiento porque no tiene partes móviles.
• El daño térmico a la pieza de trabajo es insignificante debido a que no se genera calor.
• Es capaz de cortar materiales más blandos (WJM) como caucho, plástico o madera, así como materiales más duros (AWJM) como granito.
• Es respetuoso con el medio ambiente ya que no genera contaminación ni productos tóxicos.
• Tiene una mayor precisión del mecanizado. Las tolerancias de un orden de ± 0,005 pulgadas se pueden lograr fácilmente.

Desventajas

• Se utiliza para cortar materiales más blandos. Pero AWJM puede cortar material más duro de espesor limitado.
• El material muy grueso no se puede mecanizar mediante este proceso.
• El costo inicial de WJM es alto.

Aplicación

• El mecanizado por chorro de agua se utiliza en diversas industrias, como la minería, la automoción y la aeroespacial, para realizar operaciones de corte, conformado y escariado.
• Los materiales que comúnmente se mecanizan con chorro de agua (WJM o AWJM) son caucho, textiles, plásticos, espuma, cuero, compuestos, baldosas, piedra, vidrio, alimentos, metales/papel y muchos más.
• WJM se utiliza principalmente para cortar materiales blandos y fáciles de mecanizar, como láminas y láminas finas, madera, aleaciones metálicas no ferrosas, textiles, nido de abeja, plásticos, polímeros, cueros, congelados, etc.
• AWJM se usa típicamente para mecanizar aquellos materiales que son duros y difíciles de mecanizar. Se utiliza para mecanizar placas gruesas de acero, aluminio y otros materiales comerciales, plásticos reforzados, matriz metálica y compuestos de matriz cerámica, compuestos en capas, piedras, vidrio, etc.
• Además del proceso de mecanizado, el chorro de agua a alta presión se utiliza en la eliminación de pintura, cirugía, limpieza, granallado para eliminar tensiones residuales, etc.
• AWJM también se puede utilizar para realizar operaciones de taladrado, fresado de cavidades, torneado y escariado.