Mecanizado por chorro de agua:funcionamiento, piezas, ventajas y aplicaciones con PDF

Hoy en The Mechanical post veremos un tipo de proceso de fabricación avanzado llamado "Mecanizado por chorro de agua abrasivo" y "Mecanizado por chorro de agua" y las diferencias entre los dos.

Empecemos por comprender ¿Qué es el mecanizado por chorro de agua y cómo funciona? y después de eso, discutiremos sus ventajas, desventajas y aplicaciones.

Obtenga su copia del PDF sobre mecanizado por chorro de agua al final de este artículo. Así que sin más preámbulos, ¡comencemos!

¿Qué es el mecanizado por chorro de agua?

El mecanizado por chorro de agua (WJM) es un proceso de mecanizado no convencional de fabricación avanzada en el que un chorro de agua a alta velocidad golpea la pieza de trabajo y provoca su mecanizado por erosión del material de la pieza de trabajo.

En el proceso WJM, la presión del agua que sale de la boquilla está en el rango de 60 000 psi o 4136,85 bar.

Esto significa que la presión es casi 4000 veces la presión atmosférica normal (1 bar).

El proceso de mecanizado por chorro de agua simple no puede mecanizar materiales duros. Solo se puede utilizar para materiales más blandos como caucho, ABS, cuero, madera, plásticos, etc.  

Entonces, para mecanizar materiales duros como aluminio, acero, granito, hierro fundido, etc., las partículas abrasivas se mezclan con el chorro de agua para aumentar la capacidad de mecanizado del proceso de mecanizado por chorro de agua.

Este proceso es similar al mecanizado ultrasónico y al mecanizado por chorro abrasivo que provocan el mecanizado de la pieza de trabajo por medios mecánicos. Este proceso de mecanizado se combina con una máquina CNC para un control preciso y automatizado.

Principio de funcionamiento de WJM

El proceso de mecanizado por chorro de agua funciona según el principio de que cuando un chorro de agua a alta velocidad golpea la pieza de trabajo, el mecanizado de la pieza de trabajo tiene lugar por erosión del material de la pieza de trabajo.

La construcción y el funcionamiento de la máquina de chorro de agua simple son casi similares a los de su contraparte abrasiva. Entonces, echemos un vistazo a la construcción y el funcionamiento de la máquina de chorro abrasivo.

Construcción de máquina de chorro de agua

Las siguientes son las partes principales del proceso de mecanizado por chorro de agua:

• Depósito de agua
• Bomba hidráulica
• Intensificador hidráulico
• Acumulador
• Válvula de control de dirección
• Válvula de control de flujo
• Cámara de mezcla
• Boquilla
• Alimentador de partículas abrasivas
• Receptor

Depósito de agua

El depósito de agua se utiliza para almacenar el agua que se utilizará en el proceso de mecanizado por chorro de agua.

Bomba hidráulica

Una bomba se encarga de la circulación del agua y se utiliza para elevar la presión del agua desde la presión atmosférica hasta unos 5 bar antes de enviarla al intensificador hidráulico.

Intensificador hidráulico 

Este es el dispositivo responsable de crear la enorme cantidad de presión que puede cortar metales. El intensificador hidráulico recibe el agua presurizada de la bomba a alrededor de 5 bar y la aumenta a alrededor de 4000 bar o aproximadamente 60 000 psi.

Acumulador

El agua a alta presión se almacena en el acumulador y se suministra a la boquilla cuando es necesario. El acumulador también evita la fluctuación del suministro de agua durante el proceso. El acumulador del mecanizado por chorro de agua se basa en la propiedad de “compresibilidad del agua ” para que se mantenga una presión de descarga uniforme.

Válvula de control de dirección

Como sugiere el nombre, la válvula de control de dirección se utiliza para controlar la dirección del agua y, por lo tanto, controlar el proceso de mecanizado por chorro de agua.

Válvula de control de flujo

Después de la válvula de control de dirección, se coloca la válvula de control de flujo y se utiliza para controlar el flujo o la velocidad del agua que sale de la boquilla.

Cámara de mezcla

Es el lugar donde se mezclan las partículas abrasivas con el chorro de agua.

Boquilla

La tobera es un dispositivo de sección transversal reductora cuya función es aumentar la energía cinética del agua convirtiendo la energía de presión en ella en energía cinética.

La boquilla aumenta la velocidad del agua a velocidades supersónicas. Materiales duros como el diamante o el carburo de tungsteno para evitar la erosión de la propia boquilla por el chorro de agua.

Esta es una figura detallada de la boquilla que muestra la mezcla de las partículas abrasivas con el chorro de agua. Aquí, las partes que se muestran en la figura son: 

• 1:Chorro de agua a alta presión.
• 2:Material duro (rubí o diamante).
• 3:Partícula abrasiva (granate).
• 4:Tubo mezclador.
• 5:Guardia.
• 6:Chorro de agua de corte.
• 7:pieza de trabajo

Alimentador de partículas abrasivas

Es una tolva desde donde se alimentan las partículas abrasivas. El alimentador de partículas abrasivas proporciona un flujo continuo de partículas abrasivas a la corriente de agua.

Materiales como el carburo de silicio, la arena, el óxido de aluminio, etc. se utilizan como abrasivos en el mecanizado por chorro de agua.

Receptor

El chorro de agua después de ser utilizado es recogido por el captador, desde donde puede ser reutilizado de nuevo tras una correcta filtración y tratamiento.

Mecanizado por chorro de agua

La bomba hidráulica recibe agua del depósito a presión atmosférica y la aumenta a unos 4-5 bar.

Esta agua luego se envía al intensificador hidráulico que aumenta considerablemente la presión del agua hasta 4000 bar.

A continuación, el agua a presión se envía al acumulador, mientras que una parte se suministra a la boquilla a través de las válvulas de control.

El acumulador almacena el agua y la suministra cuando se necesita.

La válvula de control de flujo se utiliza para controlar la cantidad de agua que llega a la boquilla.

Luego, esta agua pasa a través de la boquilla y la cámara de mezcla donde se crea un chorro supersónico de agua junto con partículas abrasivas.

Este chorro de agua luego golpea la pieza de trabajo y, debido a la acción abrasiva y al chorro de alta velocidad, la pieza de trabajo se mecaniza.

Luego, el colector recoge el agua desde donde se puede reutilizar nuevamente o eliminar de manera segura. Así funciona el proceso de mecanizado por chorro de agua.

Materiales que se pueden mecanizar mediante mecanizado por chorro de agua

• Aluminio
• Aceros
• Hierro fundido
• Concreto
• Piedras
• Granito
• Aleaciones metálicas
• Madera
• Cuero
• Cerámica
• Plásticos
• Goma 
• Vidrio 
• Compuestos, etc.

Aplicaciones del mecanizado por chorro de agua

Las aplicaciones del mecanizado por chorro de agua incluyen:

• El mecanizado por chorro de agua se utiliza en la fabricación de componentes aeroespaciales.
• Fabricación de componentes de motor.
• Se utiliza para mecanizar chapas gruesas de acero, aluminio, etc.
• Se utiliza para operaciones de taladrado y corte.
• Materiales que son difíciles de mecanizar mediante procesos convencionales.

Ventajas del mecanizado por chorro de agua

• Se puede lograr una alta precisión en el mecanizado por chorro de agua.
• No hay necesidad de refrigerante durante el mecanizado.
• Se pueden producir formas y cortes complejos.
• Se puede obtener un buen acabado superficial.
• Las piezas mecanizadas están libres de polvo ya que son lavadas por el chorro de agua.
• Es ecológico ya que no se producen subproductos nocivos.
• Tiene un bajo costo de operación en comparación con otros procesos no tradicionales.
• Dado que se utiliza agua para mecanizar la pieza de trabajo, se genera una cantidad insignificante de calor.

Desventajas del mecanizado por chorro de agua

• Los materiales muy gruesos no se pueden mecanizar mediante el mecanizado por chorro de agua.
• Se requiere una gran inversión inicial.
• El tiempo requerido es mucho mayor en comparación con los procesos tradicionales.

Mire este video de "Canal Waterjet" cortando un yunque hecho de hierro fundido en 2 piezas. Su canal se basa completamente en el mecanizado por chorro de agua y puede verlos en su canal de youtube cortando una variedad de productos usando WJM.

Preguntas frecuentes sobre el mecanizado por chorro de agua

¿Cuál es la forma completa de WJM en procesos de mecanizado avanzados?

WJM significa Water Jet Machining en procesos de mecanizado avanzados.

En WJM, ¿cuáles son las propiedades del fluido de chorro que afectan el MRR?

La viscosidad, el caudal y la velocidad son las propiedades que afectan la tasa de remoción de metal.

¿Cuál es el elemento clave del mecanizado por chorro de agua para la eliminación de material?

El chorro de agua es el elemento clave para la remoción de material.

¿Cómo se elimina el material en el mecanizado por chorro de agua abrasivo?

El material se elimina por erosión provocada por las partículas abrasivas y el chorro de agua.

¿Cuál es la diferencia entre el mecanizado por chorro de agua (WJM) y el mecanizado por chorro de agua abrasivo (AWJM)?

Mecanizado por chorro de agua	Mecanizado con chorro de agua abrasivo
En el mecanizado por chorro de agua, la eliminación de material se logra únicamente mediante el chorro de agua.	En el proceso de mecanizado por chorro de agua abrasivo, la eliminación de material se logra mediante chorro de agua y partículas abrasivas.
No se necesita cámara de mezcla.	Se requiere una cámara de mezcla para mezclar agua con partículas abrasivas.
El proceso WJM es capaz de mecanizar materiales blandos como cuero, madera, plásticos, etc.	El proceso AWJM puede mecanizar materiales más duros como acero, cerámica, aluminio, etc.
Este proceso es comparativamente más económico.	Dado que se utilizan partículas abrasivas, el costo del proceso aumenta en comparación con WJM.

---

Esa es una descripción general del mecanizado por chorro de agua. Si encuentra útil este artículo, háganoslo saber en los comentarios.

¿Te gusta leer la publicación The Mechanical? únete a nuestro canal de telegramas @themechanicalpost

Volveremos con otro artículo interesante, hasta entonces ¡Sigue aprendiendo!