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32 - Lavorazioni con getti - Coggle Diagram
32 - Lavorazioni con getti
Water Jet Machining
Lavorazioni a getto d’acqua (WJM)
• rientrano nel machining definito non convenzionale
• sorgente: forza esercitata da fluido ad alta velocità
• utensile: getto d’acqua
• Aspetti legati al funzionamento:
• rimozione di materiale
• l’azione di impatto ed erosione di un getto d’acqua ad alta velocità
• meccanismo
• erosione meccanica attraverso impatto flusso ad alta velocità
Tipologia di processo
o Processo meccanico di rimozione del materiale e può essere usato:
• per materiali non metallici porosi
• legno, carta, pelle, tessuti, gomma, materiali isolanti, compositi e schiume
o Tipi di lavorazioni
• per tagliare con larghezza di taglio 0.025 mm → risparmio di materiale, nesting stretto, ottima finitura e tolleranze (±0.1-0.2mm)
• consente di spellare i fili ed effettuare operazioni di sbavatura
Evoluzione del processo
• Inizio 1900 osservazione:
• negli impianti a vapore, il vapore che usciva da fori generatisi nelle linee di alta pressione era in grado di tagliare facilmente un manico di legno
• 1960: Norman Franz brevetta la tecnica per produrre un flusso di acqua collimato ad alta velocità
• Introdotta nelle industrie nel 1970
• Possibilità di amplificare la luce viene teorizzata nei primi anni del 1900 da Albert Einstein
• Processo WJM
• Consente di effettuare tagli in qualsiasi direzione, con qualità dei bordi di taglio superiore a processi di taglio convenzionali
• Utensile non si usura e non si rompe (no tempi di fermo per cambio utensile)
• Non si generano polveri
• Acqua esce da un ugello opportunamente sagomato a 900 m/s
• Azione tagliante può essere mantenuta in solidi soffici anche per 250 mm
Attrezzature e applicazioni del WJM
Attrezzature per WJM
• Componenti in sistemi industriali:
• Motore elettrico
• Pompa
• Intensificatore
• Accumulatore
• Ugello
• Orifizio
• Captatore
• Motore elettrico
• Il cuore della macchina è il motore elettrico che muove la pompa ad olio (motore 15-37 kW)
• Pompa
• durante le operazioni l’olio viene prelevato da una cisterna e pompato verso l’intensificatore
• Intensificatore
• pompa alternativa a doppio effetto
• utilizza l’olio a bassa pressione per generare alta pressione nell’acqua
• aumenta la pressione fino a 40 volte quella dell’olio
• Accumulatore
• per evitare fluttuazioni della pressione dovute a corsa pistone
• è recipiente in pressione che immagazzina acqua ad alta pressione (variazione di pressione output ± 5%)
• Ugello
• acqua in pressione arriva all’ugello
• dove viene collimato del fluido attraverso ottimizzazione design ugello
• composto da filtro camera di collimazione aiuta a ridurre la divergenza del getto
• Orifizio
• Diametro dell’orifizio: tipicamente 0.07-0.5 mm, ma fino a 1 mm
• Materiale: struttura in acciaio inossidabile con inserto in zaffiro sintetico (facilmente lavorabile e resistente all’usura)
• Durata tipica: 250-500 h (acqua decalcificata, deionizzata e filtrata)
• Meccanismi di rottura: scheggiatura per particelle estranee o restringimento della sezione per deposito di minerali
• Captatore
• Raccoglie l’acqua dopo che questa ha compiuto la sua azione di taglio
• Consente di
• Ridurre il rumore (sino a 130 dBA)
• Raccogliere gli scarti della lavorazione
• Minimizzare la lunghezza esposta del getto (sicurezza)
Applicazioni WJM
• Taglio fibre di vetro e polietilene nell’industria automobilistica (non c’è problema fibre rotte alle estremità)
• Taglio cartone ondulato sino a 210 m/min sino al doppio della velocità con sistemi meccanici (qualità spigoli migliorata, meno problemi di polveri prodotte)
• Cable stripping: taglia l’isolamento esterno e non rovina il metallo interno
• Sbavatura: getto conico o a ventaglio per erodere le bave su pezzi non ferrosi in zone difficilmente raggiungibili
Materiali da taglio:
• Gomme, spugne, isolanti termici e acustici, guarnizioni, tappezzeria d'auto
• Pelle e similpelle, cinture, gommoni, mute da sub
• Pannolini, alimentari surgelati e freschi, sughero, puzzle, cartone ondulato
• Zerbini personalizzati, solette per scarpe
• Polistirolo, fibra di vetro, cartongesso, fibroceramica
Processo WJM
o Vantaggi
• No costo di riaffilatura utensile
• Minima larghezza di taglio
• Capacità di tagliare in qualsiasi direzione
• Non c’è formazione di polvere
• Elevate velocità di taglio
• Assenza di ZTA
o Svantaggi
• Elevati costi d’impianto
• Non idonea per materiali duri non porosi
• Materiali fragili possono esibire cricche
• Contaminazioni acqua trattate prima dello smaltimento
• Rumore ed elevate pressioni → sicurezza
Abrasive water jet machining
Lavorazioni con getto d’acqua abrasivo (AWJM)
o Aspetti legati al funzionamento:
• rimozione di materiale
• l’azione di impatto ed erosione di un getto d’acqua con particelle di abrasivo ad alta velocità
• meccanismo
• erosione meccanica attraverso impatto di particelle di abrasivo e di flusso ad alta velocità
o rientrano nel machining definito non convenzionale
• utensile: getto idroabrasivo
• sorgente: forza esercitata da getto ad alta velocità
Funzionamento del AWJM
o Diffuso dal 1980, sistemi AWJM per tagliare acciaio
o Processo:
• Pressioni dell’acqua fino a 4000 bar per avere velocità di circa 900 m/s
• Abrasivo introdotto nel getto il modo che la quantità di moto sia trasferita dal getto all’abrasivo
• Usato per:
• tagliare e forare materiali di qualsiasi durezza, molto spessi (metalli, pietra,vetro, ceramica, compositi)
• operazioni di pulitura
• Larghezza di taglio solitamente tra 1.5 e 2.3 mm
o AWJM utilizza WJM con particelle di abrasivo che produce un getto
idroabrasivo
Attrezzature per AWJM
o L’unità di pompaggio è analoga a WJ, anche se sono sufficienti pressioni
inferiori (2000 bar)
o Sistema di alimentazione dell’abrasivo
• In forma secca (problema per le grandi distanze)
• In forma di miscela (maggiore perdita di efficienza del getto)
• Ugello del getto abrasivo
• scopo è fornire un efficiente mixing dell’abrasivo e dell’acqua
• Due tipi di alimentazione abrasivo:
• Getto singolo, alimentazione laterale:
• più semplice da realizzare e compatto
• Getto multiplo, alimentazione centrale:
• miglior mescolamento
o Analoga rispetto all’WJM, differenze su abrasivo:
• Ugello del getto abrasivo
• Sistema di alimentazione dell’abrasivo
Parametri per AWJM
• Profondità di taglio fino a 150 mm
• Particelle di abrasivo carburo di silicio o ossido di alluminio
• Velocità di taglio fino a 7.5 m/min
Applicazioni del processo AWJM
• Settore lapideo: marmi, graniti, ceramica, pietre (scavo di gallerie e tunnel)
• Settore edilizia ed architettura: pavimenti intarsiati, bordi, top cucina e bagno, mosaici, balaustre, scale e pavimenti in curva, oggettistica, masselli.
• Settore vetro: vetro piano, laminato, multistrato, blindato, a piombo, cristallo,specchio.
• Settore metalli: acciaio inox, ferro, alluminio, rame, ottone, titanio, argento,leghe in genere.
• Settori vari: materiali compositi, fibra di carbonio, nido d'ape, guarnizioni grafite, plexiglass, seghe circolari, PVC, teflon, nylon, articoli tecnici
Processo AWJM
• Vantaggi
• Capacità di tagliare in qualsiasi direzione
• Assenza di ZTA
• Non è necessaria la sbavatura
• Tagli senza delaminazioni
• Si possono tagliare materiali di qualsiasi durezza
• Svantaggi
• Pericolo proiezione abrasivi
• Rumore
• Elevati costi d’impianto
• Breve durata dell’ugello
Abrasive jet machining
Lavorazioni con getto di abrasivo (AJM)
o rientrano nel machining definito non convenzionale
• utensile: abrasivo slegato
• sorgente: forza esercitata da getto di abrasivo
o Aspetti legati al funzionamento:
• rimozione di materiale
• l’azione di impatto ed erosione di un getto di particelle di abrasivo ad alta velocità
• meccanismo
• erosione meccanica attraverso impatto di particelle di abrasivo che provocano elevate tensioni
Processo di AJM
• Processo di rimozione di materiale mediante l’azione di un flusso collimato di
gas inerte con abrasivo (300m/s)
• Processi di taglio, foratura, pulizia, sbavatura, finitura
• Idoneo per materiali duri e fragili
• Materiali chimicamente inerti
• Non ci sono vibrazioni
• Particolari molto intricati e dettagliati
• Nessun danno termico
Attrezzatura per AJM
• Economica (tra le meno costose)
• Costituita da 4 subsistemi:
• sistema di trasporto gas
• dosatore
• sistema di alimentazione della miscela
• sistema di recupero dell’abrasivo
• Propulsione dei gas usati: compressore (sistema di filtraggio) o bombole (9.5l/h)
• Gas: azoto, CO2 o aria
• Dosatore flusso di abrasivo deve essere uniforme e regolabile → camera di vibrazione polveri vengono dosate uniformemente (regol. tramite ampiezza vibrazioni)
• Ugelli
• CW o zaffiro (diametro tipico 0.5 mm)
• Usura → getto diffuso (overspray)
• Maschere
• Per controllare la diffusione o per realizzare rimozione selettiva
• Gomma o metallo
• Abrasivi
• 10-50 μm, 300g/h
• Al2O3, SiC, vetro, NaHCO3
• Non vengono riutilizzati
Applicazioni AJM
• Taglio di piccoli fori scanalature e geometrie complesse su materiali molto duri o fragili e non metallici
• Sbavatura (prodotti fonderia e forgiatura)
• Smussatura
• Incisione (materiali chimicamente inerti)
• Rimozione di ossidi e altri strati superficiali (vernici, incrostazioni)
• Pulizia di pezzi con superfici irregolari (da oli, grassi, colle, resine, adesivi)
Processo AJM
• Vantaggi
• Materiali sensibili alla temperatura e fragili
• Bassi costi d’investimento
• Superfici difficili da raggiungere
• Materiali molto duri
• Le parti non sono in vibrazione
• Svantaggi
• Taglio deviato
• Bassi MRR
• Rastremazione
• Distanza ugello pezzo (7-13mm) basso per taglio
• Particelle possono rimanere inglobate nel pezzo