Usinagem 2. Aula 2 Corte por jato de água

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1 Usinagem 2 Aula 2 Corte por jato de água

2 Corte com Jato de Água Bem apropriada para cortar metais com altíssimo desempenho, a tecnologia de jatos de água, quando utilizada com a adição de abrasivos, produz cortes limpos, sem rebarbas, que não requerem acabamentos secundários e não permitem o surgimento de regiões afetadas pelo calor. Virtualmente todos os tipos de corte são possíveis, desde uma perfuração rápida até cortes detalhados para aplicações automotivas. Os sistemas de corte com jatos de água são também menos dispendiosos do que os sistemas a laser, tornando-os uma opção incontestável para o corte de metais, inclusive o aço na indústria manufatureira.

3 Surgimento Foi iniciado pelo Dr. Norman C. Franz que adquiriu a primeira patente do corte por jato de água em alta pressão em Ele era engenheiro florestal, e com o intuito de buscar novas maneiras de cortar toras de madeira, estudando a água em alta pressão para ser ferramenta de corte, patenteando assim sua ideia como jato d agua. Dando continuidade à sua ideia, nos anos 70, e se engajou na área de pesquisa e desenvolvimento em tecnologia de usinagem por jato de água, projetando ainda no início da década de 70 a primeira bomba de ultra pressão, sendo o primeiro sistema de corte por jato de água comercialmente viável.

4 Mercado E então a tecnologia por jato d água só vem crescendo cada vez mais. Desde a sua comercialização, no início dos anos 80, o jato de água com abrasivo vem sendo aceito como ferramenta de corte por um número cada vez maior de indústrias, incluindo as aeroespaciais, nucleares, fundições, automobilísticas, de pedras ornamentais, de vidros e de construção.

5 Corte com Jato de Água Um sistema básico de corte de jato de água consiste de : uma bomba de água, sistema de filtragem, bomba hidráulica, bomba do intensificador, cabeçote de corte, dissipador de energia e coletor; A bomba de água aumenta a pressão da água ao nível necessário para o intensificador; Os filtros removem as partículas que podem danificar a vedação da bomba e válvulas de retenção e orifícios;

6 Corte com Jato de Água A bomba hidráulica fornece 3000psi de óleo ao intensificador; O óleo faz funcionar pistões grandes que agem em pistões menores, para aumentar a pressão da água; Existe também um reservatório para abrasivo, uma válvula medidora, uma câmara de mistura e um bocal focalizador; O cabeçote de corte é operado pneumaticamente em conjunto com a válvula medidora de abrasivo;

7 Passo a passo Primeiro passo é o tratamento da água, onde ela precisa ser filtrada para não restar impurezas e assim não entupir o bico de corte, não afetando assim o desempenho e a manutenção do sistema de alta pressão. A segunda parte é a elevação da pressão da água, onde bombas potentes elevam a pressão da água a aproximadamente bar, a água pressurizada é armazenada em um acumulador, onde é regularizado o fluxo de saída do fluído, até ser levada por tubulações aonde chega em um bocal feito de safira.

8 Passo a passo Depois temos a agregação de material abrasivo, que permite que materiais mais duros sejam cortados mais rapidamente com a aceleração do processo de erosão. Nessa parte, existe um bocal, aonde o material abrasivo em pó é encontrado, para posteriormente se juntar à água e se tornar essa mistura. A parte principal vem em seguida, que é o corte do material. A força da água vem tão forte que supera a resistência à compressão do material, que dependendo de suas características, pode se resultar em erosão, cisalhamento ou tensão localizada.

9 Corte com Jato de Água Características Principais do Corte a Água: 1 Entrada de Água a alta pressão 2 Jóia 3 Abrasivo 4 Tubo de Mistura 5 Guarda 6 Jato de Água Cortante 7 Material a ser Cortado

10 Corte com Jato de Água Quando a o cabeçote é ativado a válvula medidora abre e permite o fluxo de abrasivo; O sistema de corte desenvolve altas quantidades de energia no bocal de corte, sendo que 75% desta energia será absorvida após o processo de corte. Nas porções superiores do entalhe de corte as partículas abrasivas removem o material por impacto; A profundidade do corte depende da velocidade com que o cabeçote é movimentado;

11 Passo a passo O movimento do jato se dá por motores elétricos controlados por um computador, ou a peça sobre uma mesa estacionária, pode ser movimentada, e o jato fica parado passando água verticalmente. Por último temos a coleta e o descarte de água, aonde após atravessar o material, o jato d água é amortecido num tanque, contendo água e também esferas de aço ou pedras britadas, e em alguns casos a água é armazenada em uma unidade coletora móvel. Como esse processo não possui efluentes tóxicos, o descarte pode ser feito normalmente, além da limpeza manual do tanque não oferecer riscos nem para o operador e nem para o meio ambiente.

12 Passo a passo Sistemas de corte com manipuladores controlados por CNC melhoram a flexibilidade e a repetibilidade dos programas de corte; Devido ao fato do tubo de mistura não encostar na peça a ser cortada cortar ângulos precisos e formatos especiais; permite A largura do fluxo de água minimiza a largura do corte aproveitando melhor a chapa a ser cortada;

13 Passo a passo

14 Variáveis do processo A velocidade do corte e características do corte dependem das propriedades do material a ser cortado; A otimização dos parâmetros de corte dependem dos seguintes fatores: pressão e vazão da água, tamanho do orifício, taxa de escoamento do abrasivo, velocidade de movimentação da máquina, distância entre a ferramenta e a peça a ser cortada;

15 Variáveis do processo Vários fatores podem influenciar na usinagem por jato d água, alguns deles são: a pressão, que determina o nível de energia das moléculas de água. Quanto maior a pressão, mais fácil fica vencer a força de coesão das moléculas do material que se pretende cortar; o fluxo, que determina o índice de remoção do material, podendo ser aumentado de duas maneiras: aumentando a pressão da água ou aumentando o diâmetro do orifício da safira; o diâmetro do jato, podendo variar de 0,5 mm a 2,5 mm.

16 Variáveis do processo A tecnologia de corte de jato de água de ultra pressão utiliza pressão entre e psi; A pressão é obtida através de bombas de ultra pressão que normalmente conduzem água a uma pressão de bares por um orifício de a 0.016, gerando jatos com uma velocidade de m/seg.; Três vezes a velocidade do som;

17 Variáveis do processo Pressão de água: ao se aumentar a pressão de água aumenta-se automaticamente a velocidade de jato de água e até certo ponto a taxa de corte, se a pressão é elevada em excesso a eficiência dos componentes hidráulicos diminui, em certos materiais a alta pressão pode causar delaminação; Vazão de água: é alterada com a troca do orifício e da pressão, a razão entre a vazão de água e aumento na taxa de corte é proporcional até certo limite; Bocais de secção maior facilitam a mistura de água e abrasivo permitindo o corte mais eficiente;

18 Variáveis de processo Também é possível fabricar jatos com diâmetros menores para casos especiais; abrasivos, onde a velocidade de corte do sistema é aumentada quando se aumenta o tamanho da granulação do abrasivo. Em compensação, abrasivos com menores tamanhos de grãos produzem uma superfície cortada com melhor qualidade. Porém, partículas muito finas de abrasivo são praticamente ineficientes.

19 Variáveis do Processo Tipo do abrasivo: dependo do material a ser cortado, deve-se avaliar a relação custo/benefício; Custo do abrasivo Benefício: qualidade superficial desejada Velocidade do jato: bastante complexo, depende de vários fatores,

20 Variáveis do processo O abrasivo mais utilizado é a granada, porém pode ser utilizado também o óxido de alumínio, a sílica, o metal duro granulado e o nitrato de silício. No caso para usinar a cerâmica ou materiais mais duros também podem ser utilizados abrasivos a base de carbeto de boro.

21 Variáveis do processo Fluxo de abrasivo: ao se aumentar a quantidade de abrasivo de aumenta a velocidade de corte até certo ponto, após este ponto a velocidade de corte declina, a lata quantidade de abrasivos aumenta o desgaste do tubo abrasivo; Tamanho das partículas do abrasivo: diferentes tamanhos de partículas abrasivas afetam a qualidade do corte, em geral partículas maiores produzem um corte mais rápido, partículas menores produzem superfícies mais lisas, Partículas maiores são mais fáceis de escoar mas desgastam mais o sistema.

22 Variáveis de processo Distância entre a ferramenta e a peça a ser cortada: varia entre 0.5 e 2.5 mm, é comum utilizar a regra que a distância entre o tubo de mistura e o material a ser cortado seja o dobro do diâmetro do tubo de mistura.

23 Vantagens O corte com jatos de água é um dos processos mais versáteis da indústria e o que mais tem crescido nos últimos anos; O Jato de água com ultra pressão corta a frio sem alterar a microestrutura do material; Pode cortar chapas final até chapas com 10 polegadas de espessura; Pode cortar qualquer classe de material existente; Utiliza-se sem abrasivo quando se deseja cortar: espuma, cartão, papel, borracha, plástico, fibra de vidro, materiais de vedação, tapeçarias; Utiliza-se com abrasivo quando se deseja cortar metais como aço inoxidável, aço carbono, aço temperado, ligas de alumínio, ligas de titânio, latão, mármore, granito, vidro, cerâmica, azulejo, materiais compósito.

24 Vantagens O corte de jato de água pode ser movimentado por robôs e controlados por software que otimizam velocidades e padrões de corte e definem padrões de corte para todo tipo de material; Permite trabalhar com várias camadas (material empilhado); O corte é realizado por erosão; Tempo baixo de preparação e configuração do equipamento; Pouca perda de material; Sistemas de corte com manipuladores controlados por CNC melhoram a flexibilidade e a repetibilidade dos programas de corte; Devido ao fato do tubo de mistura não encostar na peça a ser cortada cortar ângulos precisos e formatos especiais; permite A largura do fluxo de água minimiza a largura do corte aproveitando melhor a chapa a ser cortada;

25 Vantagens Baixa temperatura evita distorções, não há necessidade de rebarbação, recozimento ou usinagem secundária de superfícies afetadas pelo calor para obter dimensões finais; O corte é efetuado sem vibração minimizando a tensão mecânica na borda do material, eliminando a necessidade de suportes ou acessórios. O processo corta em qualquer direção, e a pequena ferramenta de corte de peso leve permite que o processo seja altamente produtivo;

26 Desvantagens A principal delas é a velocidade do processo. Nesse ponto, o corte por jato de água perde para os sistemas de corte com chama, encarecendo o processo. O abrasivo escolhido deve ser mais duro que o material que irá cortar. Chapas de metal de pequena espessura tendem a sofrer esforços de dobramento, apresentando rebarbas na face de saída. Materiais cerâmicos têm sua resistência menor após o corte com jato de água e abrasivo. Vidros temperados, projetados para quebrar a baixas pressões, também não podem ser cortados por esse sistema.