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Automazione del taglio
Le macchine da taglio a getto d'acqua CNC (controllo numerico computerizzato) sono diventate estremamente popolari per il taglio 2D di lamiere piane, anche in applicazioni di lamiere per impieghi gravosi come centri di assistenza in ambito siderurgico, produttori di apparecchiature e fabbricanti. Alcuni dei principali vantaggi del taglio a getto d'acqua sono la linearità del taglio e l'assenza di una zona termicamente alterata. Per comprendere perché questa tecnica offre tali vantaggi, diamo una rapida occhiata al funzionamento del taglio a getto d'acqua.
A differenza di un processo di taglio termico, come quelli al plasma, a ossicombustibile o laser, il processo a getto d'acqua è un processo di segatura meccanica. L'effetto è simile a quello di una sega a nastro, ovvero una sottile lamina di metallo con denti affilati che, tirandola, taglia il materiale. Allo stesso modo, il processo di taglio a getto d'acqua utilizza un sottile flusso d'acqua con pezzi di roccia taglienti che vengono spinti attraverso il materiale.
I pezzi di roccia, o abrasivo, sono solitamente costituiti da granato frantumato. In alcune applicazioni vengono utilizzati altri materiali ma, per il taglio di lamiere, il granato è di gran lunga il più comune. Il granato deriva da una roccia relativamente dura ed è anche comunemente utilizzato per la carta vetrata. Ogni granello di abrasivo che attraversa il sistema consumerà un po' del materiale.
Tuttavia, versare getti d'acqua abrasivi su una lamiera di metallo non è sufficiente per tagliarla. Ciò che fa funzionare il processo è la velocità con cui l'abrasivo colpisce la lamiera. La quantità di moto di un oggetto è uguale alla sua massa moltiplicata per la sua velocità. Un granello di abrasivo ha poca massa, quindi, per avere effetto su una lamiera d'acciaio, deve avere una velocità elevata per accelerare l'abrasivo a una velocità sufficiente a tagliare materiali duri; l'acqua viene pressurizzata a "pressione ultra-elevata" per poi essere rilasciata attraverso un piccolo orifizio. Ad esempio, se si utilizza il tubo dell'acqua in un giardino, quando si riduce l'apertura dell'ugello, si ottiene un volume d'acqua inferiore, che fuoriesce a una velocità maggiore. Questo è ciò che accade nella testa di taglio a getto d'acqua.
La pressione di taglio a getto d'acqua tipica è compresa tra 50.000 e 60.000 PSI (per pollice quadrato). Molti sistemi più recenti sono pressurizzati fino a 90.000 PSI. L'acqua a questa pressione viene quindi rilasciata attraverso un piccolo orifizio lavorato a macchina e realizzato in diamante o zaffiro, di solito nell'intervallo da 5 a 15 millesimi di diametro di pollice. Il flusso d'acqua risultante è supersonico, ovvero è più veloce della velocità del suono. Fortunatamente, è un volume basso, solo circa 1,89 litri al minuto.
La formazione del flusso d'acqua dall'orifizio del gioiello e la miscelazione dell'abrasivo nel flusso avvengono all'interno di una testa di taglio a getto d'acqua, ad esempio la KMT Autoline™ II. Per portare l'abrasivo nell'acqua, il flusso passa attraverso una camera a forma di imbuto, dove l'abrasivo viene raccolto dal flusso d'acqua e accelerato. Il flusso d'acqua, che ora trasporta particelle abrasive, passa quindi attraverso un tubo di concentrazione, o ugello, con il quale tutto l'abrasivo viene completamente inserito nel flusso d'acqua e mosso nella stessa direzione.
Quando fuoriesce dal tubo di concentrazione, il flusso supersonico di acqua e abrasivo consumerà rapidamente qualsiasi materiale che attraversa, inclusi alluminio, acciaio, acciaio inossidabile, piastre corazzate, granito, piastrelle, laminati e persino vetro (sebbene il vetro temperato sia troppo fragile).
Poiché ogni particella abrasiva rimuove solo una piccola quantità di materiale per erosione, viene generato poco calore. Inoltre, il calore prodotto viene rapidamente dissipato dal flusso d'acqua prima che abbia il tempo di riscaldare il materiale circostante. Di conseguenza, il taglio del metallo non produce una zona termicamente alterata. Il taglio a getto d'acqua è quindi un processo di taglio a freddo.
Non solo queste particelle abrasive in rapido movimento tagliano senza formare una zona termicamente alterata, ma la quantità di moto del flusso d'acqua le mantiene in movimento in linea retta molto tempo dopo che sono uscite dal tubo di concentrazione, producendo così un bordo di taglio estremamente dritto e preciso su diversi materiali.