Mecanizado por Chorro de Agua: Principios, Beneficios, Desventajas y Aplicaciones

Mecanizado por Chorro de Agua (WJM) también llamado corte por chorro de agua, es un proceso de mecanizado no tradicional en el que un chorro de agua de alta velocidad se usa para remover material de la superficie de la pieza. WJM puede cortar materiales blandos como plástico, caucho o madera. Para cortar materiales duros como metales o granito, se mezcla un material abrasivo en el agua. Cuando se usa abrasivo en el agua para el mecanizado, se llama Mecanizado por Chorro de Agua Abrasivo (AWJM).

Principio de Funcionamiento

Se basa en el principio de erosión por agua. Cuando un chorro de agua de alta velocidad golpea la superficie, ocurre la remoción de material. El chorro de agua pura se usa para mecanizar materiales blandos. Pero para cortar materiales duros, se mezclan partículas abrasivas con el agua y se llama AWJM.

Materiales Abrasivos

Los abrasivos más usados en AWJM son granate y óxido de aluminio. Arena (SiO2) y cuentas de vidrio también se usan. 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 son:

1. Bomba Hidráulica

Circula el agua del tanque de almacenamiento durante el mecanizado. Entrega agua al intensificador a baja presión (~5 bares). Un refuerzo (booster) aumenta la presión inicial a 11 bar antes de entregarla al intensificador.

2. Intensificador Hidráulico

Aumenta la presión del agua a muy alta presión. Recibe agua de la bomba a 4 bar y la aumenta hasta 3000-4000 bar.

3. Acumulador

Almacena temporalmente el agua a alta presión. La suministra cuando se requiere gran cantidad de energía de presión. Elimina fluctuaciones de presión en el proceso.

4. Cámara de Mezcla o Tubo

Es una cámara de vacío donde ocurre la mezcla de partículas abrasivas en el agua.

5. Válvula de Control:

Controla la presión y dirección del chorro de agua.

6. Regulador de Flujo o Válvula

El flujo de agua se regula con el regulador de flujo.

7. Boquilla

Convierte la energía de presión del agua en energía cinética. La punta es de rubí o diamante para prevenir erosión.

8. Sistema de Drenaje y Captura

Tras el mecanizado, los residuos y partículas mecanizadas se separan del agua con el sistema de drenaje y captura. Remueve partículas metálicas y no deseadas y envía el agua de vuelta al depósito para reuso.

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Funcionamiento del Mecanizado por Chorro de Agua

1. El agua del depósito se bombea al intensificador con la bomba.
2. El intensificador aumenta la presión de 5 bares a 3000-4000 bar. Esta agua a alta presión va a la boquilla y al acumulador.
3. El acumulador almacena el agua a alta presión y la suministra cuando se requiere. Elimina fluctuaciones de presión para mecanizar material duro.
4. El agua a alta presión pasa a la boquilla donde la energía de presión se convierte en cinética. Un chorro de altísima velocidad (1000 m/s) sale como haz estrecho.
5. Abrasivo como granate u óxido de aluminio se mezcla con el agua dentro de la boquilla. Hay una cámara de mezcla donde los abrasivos se mezclan con el agua a alta presión.
6. Este chorro de alta velocidad al golpear la superficie remueve material.
7. El chorro tras mecanizar se recoge por el sistema de drenaje y captura. Aquí se remueven residuos, partículas metálicas y se suministra al tanque.

El funcionamiento es igual para WJM pero no se mezclan partículas abrasivas. Solo sale chorro de agua pura por la salida de la boquilla.

Ventajas

• Capacidad de cortar materiales sin alterar su estructura original. Esto ocurre porque no hay zona afectada por calor (HAZ).
• Capaz de producir cortes complejos e intrincados.
• El área de trabajo permanece limpia y libre de polvo.
• Bajo costo operativo y de mantenimiento porque no tiene partes móviles.
• Daño térmico a la pieza insignificante por no generar calor.
• Capaz de cortar materiales blandos (WJM) como caucho, plásticos, madera y duros (AWJM) como granito.
• Ecológico: no crea contaminación ni productos tóxicos.
• Mayor precisión: tolerancias de ±0.005 pulgada se logran fácilmente.

Desventajas

• Usado para cortar materiales blandos. Pero AWJM puede cortar material duro de espesor limitado.
• Material muy grueso no puede mecanizarse con este proceso.
• El costo inicial de WJM es alto.

Aplicación

• Usado en industrias como minería, automotriz y aeroespacial para corte, conformado y taladrado.
• Materiales comúnmente mecanizados (WJM o AWJM): caucho, textiles, plásticos, espuma, cuero, compuestos, baldosas, piedra, vidrio, alimentos, metales/papel y más.
• WJM se usa mayormente para materiales blandos y fáciles: láminas delgadas y foils, madera, aleaciones no ferrosas, textiles, panal, plásticos, polímeros, cueros, congelados, etc.
• AWJM se usa típicamente para materiales duros y difíciles: placas gruesas de acero, Al y otros materiales comerciales, plásticos reforzados, compuestos de matriz metálica y cerámica, compuestos en capas, piedras, vidrio, etc.
• Además del mecanizado, el chorro de agua a alta presión se usa en remoción de pintura, cirugía, limpieza, peening para remover tensiones residuales, etc.
• AWJM también puede usarse para taladrado, fresado de bolsillos, torneado y taladrado.