Prodotti KMT Waterjet - La tecnologia di taglio più versatile

Il taglio a getto d’acqua abrasivo funziona secondo il principio che prevede l’uso di acqua ad alta pressione generata dalla pompa per creare un getto ad alta velocità attraverso un orifizio di precisione. L’orifizio di precisione è il punto in cui l’acqua ad alta pressione si trasforma in acqua ad alta velocità. Questo getto d’acqua crea un vuoto in una camera di miscelazione dove le particelle abrasive vengono trascinate nel flusso ad alta velocità. Grazie al trasferimento di quantità di moto, le particelle abrasive accelerano fino a raggiungere velocità simili a quelle del getto d’acqua e vengono rifocalizzate in un flusso di taglio coeso attraverso un tubo di focalizzazione adiacente alla camera di miscelazione (vedi Figura 3 nella scheda successiva).

Questa miscela di acqua e abrasivo che esce dal tubo di miscelazione è il getto di taglio visibile. Nei metalli, le particelle abrasive sono responsabili della capacità di taglio del getto, che avviene per erosione. Nei materiali più morbidi, l’acqua ad alta pressione contribuisce all’azione di taglio.

Una pressione più elevata si traduce in una velocità di taglio più elevata, in un costo inferiore per pezzo e, di conseguenza, in una maggiore produttività? Per rispondere a questa domanda, dobbiamo prima definire alcuni termini, tra cui la potenza disponibile del getto. Secondo la definizione dei produttori di getti d’acqua, la potenza può essere rappresentata dalla seguente equazione, dove K è una costante, P è la pressione e A è l’area della sezione trasversale dell’orifizio:

Potenza = K × ^P15 × A

Dall’equazione risulta chiaro che, a parità di potenza, una pressione più elevata utilizza un orifizio di dimensioni minori, mentre un orifizio più grande è in grado di supportare solo una pressione inferiore. Ad esempio, una pompa da 50 cavalli che funziona a 60.000 bar avrà un orifizio massimo di 0,014 pollici con una portata maggiore; utilizzando la stessa potenza a 90.000 bar si avrà un orifizio massimo di 0,010 pollici con una portata ridotta.

Se entrambi i getti hanno la stessa potenza, come si tiene conto del potenziale aumento della velocità di taglio? La risposta si ottiene semplificando ulteriormente l’equazione, dividendo la potenza per l’area della sezione trasversale del getto (A) per ottenere la densità di potenza (Pd). Come prima, K è una costante e P è la pressione.

Pd = K × ^P15

La potenza dell’equazione precedente dipende dalla pressione e dal volume, ma la densità di potenza dipende solo dalla pressione che la pompa genera e, di conseguenza, dalla velocità del getto.

Ricordiamo la fisica di un’operazione a getto d’acqua abrasivo. Le particelle abrasive sono accelerate dal flusso d’acqua ad alta velocità; maggiore è la velocità del getto, più velocemente le particelle abrasive escono dal tubo di miscelazione e maggiore è la densità di potenza.

La maggiore densità di potenza del getto da 90KSI consente di raggiungere velocità di taglio più elevate. In altre parole, una pressione più elevata porta a un flusso d’acqua più veloce, a particelle abrasive più rapide e, in definitiva, a un taglio più veloce.

L’abrasivo ha un’influenza significativa sull’efficienza operativa di un getto d’acqua abrasivo e rappresenta una parte importante dei costi operativi. Nelle applicazioni tipiche si usa il granato come abrasivo, che può essere di origine alluvionale (sfuso, come sulle spiagge) o estratto da miniera ed è chimicamente inerte.

Gli abrasivi si misurano in “mesh”, un’unità di misura che si riferisce alle dimensioni delle maglie dei setacci di lavorazione; un numero di mesh più alto indica abrasivi più fini. Ad esempio, il 220 mesh ha particelle più fini rispetto all’80 mesh. Il taglio di materiali fragili come il vetro potrebbe richiedere abrasivi più morbidi, come l’olivina, per evitare scheggiature e crepe; ecco perché è importante abbinare l’abrasivo all’applicazione.

Ogni numero di maglia ha una gamma (o distribuzione) di dimensioni delle particelle e occorre prestare attenzione nella scelta del tubo di focalizzazione per evitare l’intasamento da parte di particelle abrasive sovradimensionate. Come regola generale, il diametro interno del tubo di focalizzazione dovrebbe essere pari a tre volte la dimensione della particella abrasiva più grande della distribuzione.

Un getto d’acqua a una data pressione può contenere un numero limitato di particelle abrasive prima che queste inizino a ostacolarsi a vicenda. Troppo abrasivo riduce l’efficienza del trasferimento di quantità di moto e rallenta la velocità di taglio. Questo limite viene comunemente chiamato “rapporto di carico massimo ” o “portata massima di abrasivo ”. Maggiore è la dimensione dell’orifizio e la portata che lo attraversa, maggiore sarà la velocità di alimentazione dell’abrasivo necessaria per raggiungere la massima potenza di taglio del getto. Questo incide anche sul costo complessivo per pezzo: più abrasivo si usa nel processo, più alto è il costo per pezzo.

Tornando all’esempio dei 50 HP con la portata inferiore dell’orifizio da 0,010 pollici a 90 KSI, quando il getto raggiunge il suo rapporto di carico massimo, ha la massima potenza di taglio. A parità di potenza in HP a una pressione di 60 KSI, il getto dall’orifizio da 0,014 pollici non raggiunge ancora il rapporto di carico massimo a causa della portata più elevata. A 60 KSI, il processo richiede più abrasivo per raggiungere il picco e, di conseguenza, un maggiore consumo totale di abrasivo, il che incide sul costo dell’operazione e sul costo per pezzo.

In sintesi, una pressione più elevata comporta una minore quantità di abrasivo necessaria per raggiungere la massima potenza di taglio, il che si traduce in un minor utilizzo di abrasivo e in un minor costo per pezzo.

Un aspetto importante di qualsiasi discussione sul taglio a getto d’acqua è l’influenza della larghezza del taglio. Cos’è la larghezza del taglio? In parole semplici, è la larghezza del materiale che viene asportato durante il processo di taglio. Più grande è l’orifizio, più largo è il taglio.

Soprattutto quando si tagliano materiali costosi, il taglio a getto d’acqua con un taglio largo non offre davvero alcun vantaggio. L’elevata densità di potenza, l’orifizio piccolo e il taglio stretto di un sistema da 90 KSI aiutano a controllare il getto d’acqua abrasivo lungo raggi stretti e angoli. È possibile apportare modifiche ai sistemi a getto d’acqua con KSI inferiore e orifizi più grandi, ad esempio riducendo il rapporto tra il diametro del tubo di focalizzazione e quello dell’orifizio avvicinandolo a 2,0: in pratica, un getto da 0,014 pollici utilizzerebbe un tubo di focalizzazione da 0,030 pollici. Questo, però, può ridurre la durata del tubo di focalizzazione, poiché un maggior numero di particelle abrasive entra in contatto con le pareti del tubo durante la funzione di rifocalizzazione.