La guía definitiva del corte por chorro de agua

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La guía definitiva del corte
por chorro de agua
Chip Burnham
Vicepresidente
Flow International Corporation
La última tecnología en corte por chorro
de agua
La tecnología de corte por chorro de agua es uno de los segmentos dentro de la máquinaherramienta más crece en todo el mundo. No existe prácticamente nada que no puedan cortar. Es
por ello que empresas de todo tipo y tamaño están incrementado su eficiencia y productividad al
utilizar esta tecnología en sus operaciones.
Fundamentos del corte chorro de agua
El proceso de corte por chorro de agua ofrece muchas ventajas que pueden impactar
positivamente en la reducción de costes, incremento de la eficiencia y calidad de su taller. Un
conocimiento profundo de la tecnología, le hará comprender las ventajas que esta puede aportar a
su operación.
El corte por chorro de agua comenzó su andadura en la industria a principios de la década de
1970, cortando materiales blandos como el cartón. A mediados de la década de 1980, el equipo
liderado por el Dr. Mohamed Hashish inventó el corte por chorro de agua con abrasivo,
expandiendo así las capacidades de la herramienta para cortar materiales duros. La tecnología
básica es simple y sin embargo, complicada al mismo tiempo.
En su nivel más básico, el agua circula desde la bomba al cabezal de corte. Sencillo de entender,
operar y mantener. El proceso, sin embargo, incorpora materiales e ingeniería sumamente
complejos.
En la actualidad, las bombas trabajan a presiones nominales de entre 4100 y 6500 bar.
Simplemente para comparar, la presión del agua en su hogar es de unos 4 bar y en una manguera
de bomberos de unos 14 bar. En la máquina-herramienta de chorro de agua, el agua a presión al
cabezal de corte a través de conducciones de ultra-alta presión. En el cabezal de corte, una válvula
de corte accionada neumáticamente hace que el agua pase a través un orificio de pequeño
diámetro, creando así un flujo de agua supersónico.
Aun siendo la presión muy elevada, el chorro de agua realmente no cortan solamente gracias a la
presión, si no empleando la relación de esta con la velocidad. La presión se convierte en velocidad
cuando el agua atraviesa el orificio del cabezal de corte. Cuanto mayor es la presión, mayor es la
velocidad del flujo. A 4 bar, el agua corriente que sale de un grifo se desplaza a 103 km/h. A 6500
bar, el chorro de agua se desplaza a casi 4000 km/h, más de tres veces más rápido que la
velocidad del sonido.
Corte por chorro de agua pura
El corte por chorro de agua pura fue el primer método de corte empleando agua que se utilizó.
Proporcionando siempre una geometría sumamente detallada y una alta velocidad de corte, es
capaz de funcionar las 24 horas del día. Entre los mayores usos del corte por chorro de agua pura
en la actualidad se encuentran materiales como las juntas, espuma, pañales desechables, papel
tisú, plástico, moqueta y alimentos.
Corte por chorro de agua con abrasivo
El chorro de agua con abrasivo incorpora en el cabezal de corte una mezcla agua pura y arena, que
se utiliza para cortar materiales duros como metales, materiales cerámicos, piedra, vidrio y
materiales compuestos. Con Flow, se puede pasar de corte por chorro de agua pura a corte con
abrasivo, ya sea sobre una plancha delgada o de más de 25 cm de espesor, en menos de 2
minutos.
La incorporación de abrasivo al flujo de agua supersónico multiplica por mil la potencia de corte.
Para evitar el paso de barro a través de la bomba, el abrasivo se mantiene limpio y seco en una
tolva de transferencia y se incorpora al cabezal de corte en el último momento. Una vez en el
cabezal de corte, el agua acelera el abrasivo y este sale del tubo de mezcla tal como lo haría un
proyectil al salir de un rifle.
Por lo tanto, estamos ante una mezcla de agua, abrasivo y un poco de aire. El proceso utiliza
aproximadamente 4 l/min de agua y 0,45 kg/min de abrasivo. Los tamaños del grano del abrasivo
varían desde el 50 al 220, pero el más común es el grano 80.
Las ventajas del corte por chorro de agua
El proceso del chorro de agua está reconocido como uno de los procesos de corte más versátiles
y de más rápido crecimiento en aplicaciones por todo el mundo. El chorro de agua complementa o
sustituye a otras tecnologías, tales como fresado, láser, electroerosión o plasma. En el corte por
chorro de agua no se utilizan gases ni líquidos nocivos, y no se genera ningún tipo de residuo
peligroso. En una superficie cortada por chorro de agua no quedan ni zonas de afectación térmica
(ZAT) ni tensiones mecánicas. Se trata de un proceso de corte en frío realmente versátil y eficiente.
Proceso de corte en frío
El chorro de agua con abrasivo elimina el material de forma diferente que otros procesos, dado
que es un proceso de corte en frío. Se retira una cantidad muy pequeña de material con cada
impacto de cada grano de arena siendo este proceso, dada su velocidad extremadamente alta, de
erosión supersónica. Se genera tan poco calor que incluso al cortar un detector térmico de
termopar por la mitad, que no se producen cambios en el material.
Cada incisión es tan pequeña y el grano de arena tan rápido que no da TIEMPO a que el calor
penetre en el material restante. La transmisión del calor requiere tiempo: pase el dedo por una
llama de una vela, primero rápido y luego despacio, para comprobar que el calor necesita tiempo
para causar algún efecto. El calor se disipa en cada diminuta viruta de material retirado, sin afectar
en absoluto al material cortado.
En palabras del Dr. Hashish: «En las pruebas llevadas a cabo en Flow junto con
Michigan Tech, se realizaron cortes a través de termopares engarzados en muestras
de aluminio. Los datos reflejaron que el aumento de la temperatura local se encuentra
en el orden de unas pocas decenas de grados, una magnitud insuficiente para
provocar ningún tipo de efecto mecánico, metalúrgico ni térmico».
Las ventajas de un proceso de corte en frío pueden apreciarse inmediatamente al sacar la pieza de
la máquina. No existen zonas de afectación térmica (ZAT) y el borde cortado que queda es
homogéneo y conserva sus propiedades originales. Supone una ventaja muy importante para los
ingenieros, puesto que pueden estar seguros de que el material se comportará tal y como es de
esperar. A menudo se especifica que los componentes críticos de la industria aeroespacial se
corten sin calor, o que, si se cortan con calor, el borde requiere un «acabado» que supone la
eliminación cuidadosa del material afectado por el calor. Además, la ZAT a menudo endurece las
superficies y las hace más quebradizas, lo que dificulta operaciones secundarias tales como el
roscado el biselado.
Otros procesos de corte utilizan el calor o lo generan al cortar el material. Tanto el láser como el
plasma utilizan el calor para fundir el material procesado, sometiéndolo así a un enorme calor.
El material se funde por efecto del haz y se arrastra mediante un gas auxiliar. La electroerosión
por hilo elimina material a través de rayos diminutos. El rayo salta del hilo al material procesado,
para fundirlo y eliminarlo a continuación con el fluido de lavado. Las sierras y la mecanización
(fresadoras/tornos) generan calor y endurecimiento de la pieza dado el rozamiento entre
herramienta y viruta.
Ninguno de estos cambios inducidos por el calor y el esfuerzo ocurren durante la acción de
erosión supersónica del proceso del chorro de agua.
Versatilidad
El chorro de agua ha demostrado que puede realizar tareas que otras tecnologías simplemente
no pueden. Desde cortar detalles extremadamente finos en piedra, vidrio y metales, perforar
rápidamente orificios y cortar titanio grueso, hasta cortar alimentos; el chorro de agua ha
demostrado una flexibilidad única.
El chorro de agua puede incorporarse a diferentes tipos de maquinaria:
■ Limpieza con agua a presión, para la retirada de pintura principalmente
■ Chorros utilizados para el corte longitudinal de papel tisú a alta velocidad
■ Sistemas de un solo eje utilizados para el corte de productos de panadería, placas de
fibrocemento u otros productos bobinados, u otros acoplados a robots de 7 ejes utilizados
para recortar interiores en automóviles.
La forma común en la que se presenta el corte por chorro de agua es la máquina-herramienta, con
un aspecto similar a las máquinas de corte por láser o plasma.
En una máquina-herramienta, el material se coloca (o se fija) sobre una mesa de trabajo,
moviéndose el cabezal de corte sobre un plano XY. En ocasiones, el cabezal debe su movimiento a
cinco ejes que permiten el biselado o corte en 3D.
El sistema de corte de formas consta de:
1. El sistema de ultra-alta presión con bomba y cabezal de corte.
2. El sistema de control, motores con su pertinente sistema de retroalimentación y el
software utilizado para programar y mover la máquina.
3. La máquina, los ejes X, Y y Z, los ejes de muñón y una fijación para soporte de materiales.
Otra ventaja importante del corte con chorro de agua es que no deforma el material objetivo. Si su
material no presenta tensiones al empezar, seguirá así una vez usted haya acabado de cortar con
un chorro de agua.
Quizá trabaje con materiales que ya contienen tensiones al colocarlos sobre la mesa de trabajo del
chorro de agua. Por ejemplo, el vidrio templado contiene un alto grado de tensión por su
naturaleza, de modo se convierte en miles de pequeños fragmentos en cuanto se rompe. El vidrio
templado no debe cortarse nunca, ni siquiera con un chorro de agua.
Otro ejemplo es el alivio de tensión inducido al cortar desde el exterior del borde de una pieza de
metal laminado en frío. Las chapas de acero inoxidable suelen contener tensiones causadas
durante las secuencias de laminado en frío. En tales casos, el material puede estar ya repleto de
tensiones y puede alabearse al cortar en su borde exterior con el chorro de agua. El chorro de agua
con abrasivo no indujo la tensión: la alivió, pero eso es lo que originó el alabeo. Por estos motivos,
muchos usuarios simplemente inician el corte justo dentro del borde del material que presenta
tensiones, evitando siempre cortar el contorno exterior y minimizando el alabeo causado por el
alivio de la tensión.
Además, las máquinas de chorro de agua actuales a menudo están equipadas con dispositivos
que siguen los contornos y que se desplazan hacia arriba y hacia abajo de la chapa de material
alabeada. Aunque esta posibilidad resulta útil, tenga en cuenta que no es posible conseguir una
pieza de alta precisión a partir de una chapa alabeada sin aplanar la chapa durante el corte y
garantizar que también quede plana en su aplicación final. Si su material está seriamente
alabeado, su pieza nunca podrá ser del todo precisa.
Una solución versátil
Son numerosos los motivos de la creciente adopción de la tecnología de corte por chorro de agua.
Su versatilidad, fácil instalación y sencillez de uso y la producción de piezas de alta calidad hacen
de él la opción ideal para cualquier organización productora que busque reducir costes y aumentar
la eficiencia.
Como proveedor líder en el mundo de máquinas-herramienta de chorro de agua, Flow International
Corporation ofrece la gama más amplia de productos para satisfacer sus necesidades de corte
por chorro de agua. Fabricamos máquinas pequeñas y básicas para la producción sencilla y
genérica; modelos de gama alta para cortes intrincados para empresas con altos volúmenes de
producción; y equipos especializados para empresas tales como Boeing y Kimberly-Clark.
Nuestros ingenieros de aplicaciones están a su disposición para responder a cualquier pregunta o
estudiar sus actuales problemas de fabricación, para determinar si el corte por chorro de agua es
la solución idónea para usted. Visite nuestra página web para saber más o contacte con nosotros
para un corte de prueba: www.FlowWaterjet.com.
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