Che cos'è il taglio ad acqua (water jet)
Il taglio a getto d'acqua (water jet) rappresenta la frontiera ideale del taglio di tutti i tipi di materiale. E' una tecnologia nata dai settori aerospaziali per permettere il taglio netto e "freddo" (per distinguerlo da quello termico proprio delle tecnologie del laser, plasma e ossitaglio) anche di spessori elevati su materiali compositi e speciali. In questi ultimi anni questa tecnologia si è evoluta particolarmente grazie alle innovazioni tecnologiche e metallurgiche. I materiali che costituiscono tutto l'impianto di taglio (dalla pompa, all'intensificatore fino ad arrivare al getto effettivo) resistono infatti a pressioni di esercizio richieste sempre più elevate (6000 bar).
I vantaggi del sistema di taglio waterjet
- nessuna alterazione termica, strutturale e superficiale
- assenza di vapore, polveri , fumi dannosi per la salute dell'operatore
- assenza di rigenerazione utensile
- elevata precisione di taglio (dal decimo di mm per tagli di tipo medio fino al centesimo di mm per tagli di elevata precisione)
- ottima qualità della superficie tagliata
- nessuna formazione di sbavature, anche negli angoli
- fenditura minima nel taglio (fino ad 1,5 mm per elevati spessori)
- staffatura minima del pezzo
- nessun bisogno di lavorazioni successive (per esempio la trapanatura di preforatura di maschiatura).
- aumento della velocità di taglio delle eventuali successive lavorazioni ad asportazione di truciolo (fresatura e tornitura) rispetto a un taglio termico.
- esecuzione rapida di prototipi
- produzione flessibile, just in time
- consumo intelligente e ottimale del materiale con l'utilizzo di CAD/CAM
- disponibilità dei sistemi PC e CNC cablati direttamente in macchina
Principio di funzionamento dell'intensificatore di pressione
L'acqua, opportunamente trattata, viene pressurizzata e accuratamente filtrata. Essa raggiunge poi il cilindro di alta pressione attraverso un circuito predisposto. Il gruppo è composto da una pompa elettro-idraulica in cui la pressione dell'olio raggiunge i valori nominali di circa 250 bar, collegata a un pistone a doppio effetto a circuito aperto. Tale pistone diventa una pompante olio-acqua e l'intensificazione (da 250 a 4200 bar nel caso delle pompe di vecchia generazione) avviene per scambio di energia di pressione dall'olio all'acqua.
Gli stantuffi del doppio effetto, montati sul pistone idraulico a olio in moto alternato, comprimono l'acqua all'interno del circuito a valle costituito da opportune tenute meccaniche. Il rapporto tra l'area del cilindro idraulico a olio e quella del cilindro di alta pressione ad acqua è di 20:1. Viene sviluppata così una pressione dell'acqua di taglio di circa 4000 bar. Le corrispondenti valvole di non ritorno permettono l'ingresso dell'acqua proveniente da una pompa di sovralimentazione che mantiene i picchi di pressione di aspirazione in valori non al di sotto di 7/11 bar. E' contenuto così l'effetto della cavitazione, non trascurabile in condizioni di lavoro spinte.
Per ottenere un flusso ottimale con sbalzi di pressione limitati si utilizza un accumulatore che è una camera la cui area di passaggio dell'acqua è sensibilmente più elevata rispetto a quella del circuito. Questa è la zona in cui la pressione tende ad aumentare innalzando la media fra i suoi picchi alti e bassi dovuti al doppio effetto chiamato "smorzamento". L'acqua ritorna poi normalmente lungo il circuito fino a uscire alla pressione atmosferica, scambiando la sua energia di pressione in cinetica e permettendo il processo di taglio. La pompa ad alta pressione viene collegata alla testa di taglio attraverso delle tubature d'acciaio inossidabile. Un orifizio di zaffiro o diamante trasforma la pressione in un getto d'acqua ad alta velocità (circa 800/1000 m/s).
Per aumentare il potere di erosione dell' acqua è opportuno aggiungere della polvere abrasiva. L'acqua, l'aria e l'abrasivo vengono amalgamati in una camera di miscelazione, spinti nel focalizzatore e accelerati. Il risultato di questa tecnica è un forte getto in grado di tagliare materiali di elevato spessore e di diversa consistenza come metalli, ceramiche, roccia e vetro antiproiettile.
Metodi di taglio
I metodi di taglio a getto d'acqua sono due:
Taglio con getto d'acqua pura
E' utilizzato per il taglio di materiali teneri quali tessuti, elastomeri, fibre grezze, plastica, generi alimentari, carta, ecc. Il getto passa attraverso un orifizio diamantato con un diametro di un decimo di millimetro, convertendo l'energia potenziale dell'acqua in energia cinetica e permettendo di tagliare a una velocità di circa 800/1000 m/s, con una pressione di 4000 bar.
Taglio con getto d'acqua e abrasivo
E' usato per quei materiali difficilmente separabili con il solo getto d'acqua e duri come quelli metallici e sinterizzati. Si aggiunge perciò all'acqua un flusso di particelle abrasive per aumentarne il potere di erosione. L'acqua, l'aria e l'abrasivo vengono amalgamati in una camera di miscelazione, spinti nel focalizzatore e accelerati. Il risultato di questa tecnica è un forte getto in grado di tagliare materiali di elevato spessore e di differente consistenza.
Sistema di taglio a getto d'acqua 2-D
Il tradizionale sistema di taglio a getto d'acqua 2D è composto dallo schema classico dei 3 assi e può essere usato con acqua pura o con acqua e abrasivo. Per ottimizzare il rendimento e la produttività è possibile tagliare con ugelli multipli (più teste di taglio), a strati sovrapposti e con il metodo del taglio in comune per pezzi solitamente aventi lati lineari combacianti con la stessa lunghezza. Il sistema CNC usato, unito in rete ad un PC, è il FANUC 18i. Usando il sistema CAD/CAM con nesting automatico sono migliorati l'efficienza e l'utilizzo del materiale, riducendo notevolmente gli scarti. (v. file flash 2D_SCH.SWF).
Potenzialità e caratteristiche del sistema di taglio a getto d'acqua di TM Sommaggio srl
- Piano di lavoro con 2 teste di taglio: 4 x 2 m
- Piano di lavoro con 1 testa di taglio in un' unica fase: 3,6 x 2 m
- Uso di 2 teste di taglio per aumentare la produttività e diminuire sensibilmente i costi dei pezzi (Questa soluzione è limitata a spessori fino a 30 mm per una buona qualità di taglio)
- Uso di 1 testa di taglio per tagliare spessori fino a 150 mm
- Taglio tubi circolari, quadri e rettangolari
- Prefori di filettatura fino ad un minimo di M5 (4,2 mm) per spessori fino a 25 mm
Campo d'applicazione per il taglio a getto d'acqua
La tecnologia del taglio ad acqua per la sua flessibilità è usata in moltissimi ambiti: aerospaziale, civile e industriale, nel settore del legno, tessile e della carta, nell'industria automobilistica, nelle industrie per forniture elettriche ed elettroniche, nelle industrie alimentari. Contrariamente ai metodi di taglio tradizionali, la tecnologia del taglio ad acqua incontra il favore di tutti grazie al suo contenuto costo di investimento e costo produttivo. Con questo sistema si possono tagliare diversi materiali: dal metallo, alla plastica, al granito. Uno spessore di 150 mm o superiore non rappresenta una difficoltà per questa tecnologia di taglio. Il getto d'acqua inoltre permette di ottenere un taglio di alta qualità sia su contorni semplici che complessi.
Applicazioni generali del taglio in 2D
- metalli: acciaio inossidabile, acciaio al carbonio, leghe di acciaio, alluminio, titanio, rame
- edilizia: pietre decorative, marmi, graniti, piastrelle, lane di vetro e minerali
- vetro: vetro di sicurezza, vetro laminato, vetro antiproiettile
- carta: cartone, carta crespa, carta per stampa
- alimentare: prodotti surgelati, cibi cotti
- altro: legno compensato, pelle, tessuti, compositi, gomma, materie plastiche, guarnizioni, materiali espansi
Particolari vantaggi del sistema di taglio a getto ad acqua
- Taglio di campionature per la piegatura di rinforzi di serbatoi
- Taglio di piastre che non devono subire alterazioni termiche (le uniche alterazioni possono essere dovute al taglio delle linee di tensione della laminazione della lamiera)
- Migliore gestione dei tempi morti rispetto ad un laser per produzione di campionature, dove è necessario effettuare dei cambiamenti geometrici e/o dimensionali in tempi brevi
- Migliore saldabilità della zona tagliata. La saldatura di piastre tagliate ad acqua risulta più aggrappante e più veloce. I pezzi tagliati ad acqua risultano più facilmente saldabili a TIG.
- Taglio di piastre con fori di diametro inferiore allo spessore della lamiera. I laser tendono invece a raggiungere un rapporto 1:1 fra i fori e lo spessore della lamiera stessa.
- Prefori di filettatura fino a un minimo di M5 (4,2 mm) per spessori fino a 25 mm. Questa procedura consente di ottenere più fori sulla stessa fase di lavoro, permettendo la riduzione delle fasi di lavoro e un minore costo complessivo del taglio/maschiatura (il maschio dura di più perché il foro è tagliato a freddo e non temprato da un taglio termico come il laser).
- Migliore resistenza della verniciatura su piastre tagliate ad acqua.
