Introducción a las Máquinas de Corte con Agua
El secreto de lograr
un corte con agua radica en dirigir un chorro de agua a través de una boquilla
de zafiro, rubí o diamante de diámetro muy pequeño (0,1 – 0,4 mm) impulsado por
una bomba capaz de suministrar presiones tan elevadas como 6000 bares (600 MPa)
o más, y velocidades ultrasónicas. Si a este dispositivo se añade el aporte de
un abrasivo que se mezcla previamente con el agua, el poder de corte se
incrementa y la variedad de aplicaciones se amplía a prácticamente cualquier
material.
Es por eso que,
básicamente, se distinguen dos tipos de corte con agua:
Corte con chorro de
agua pura.
Corte con chorro de
agua y abrasivo, donde el abrasivo cumple la función de una herramienta de
corte.
Ya sea uno u otro
método, generalmente emplean el mismo tipo de máquina, cuyo esquema vemos en la
figura de abajo. La diferencia principal entre ambos métodos es que el equipo
de corte con agua pura no incluye la tolva de abrasivo y, por ende, como
veremos más adelante, el cabezal de corte tiene un diseño diferente.
Ilustración 1 Máquina de corte con agua
- Sistema de suministro de agua a presión ultra alta
Originalmente, el agua
proveniente de un tanque es impulsada mediante un compresor e ingresa a baja
presión en la bomba intensificadora. Esta actúa como un amplificador, ya que
convierte la energía del fluido hidráulico de baja presión en agua a presión
ultra alta.
Un sistema hidráulico proporciona
potencia hidráulica a un pistón reciprocante en la sección central de la bomba
intensificadora. Un sensor de contacto, situado en cada extremo del recorrido
del pistón, envía señales a controles electrónicos para desplazar la válvula de
control direccional e invertir la dirección del pistón. La bomba
intensificadora, con un émbolo en cada lado del pistón, genera presión en ambas
direcciones. Mientras uno de los lados de la bomba se encuentra en la carrera
de admisión, el lado opuesto está generando salida a presión ultra alta.
Durante la carrera de admisión del émbolo, el agua filtrada ingresa en el
cilindro de alta presión a través de una válvula de retención.
Una vez que el émbolo invierte la
dirección, el agua se comprime y sale como agua a presión ultra alta e ingresa
en un recipiente de presión (atenuador). El atenuador suaviza las fluctuaciones
de presión de la bomba intensificadora y proporciona un flujo constante y
estable del agua a presión ultra alta en el cabezal de corte.
- Mesa y dimensiones
La mesa de control de movimiento
está construida, por lo general, en acero inoxidable y aluminio estructural.
Dependiendo de las necesidades y del fabricante, sus dimensiones varían desde
menos de 2 metros para el eje X hasta más de 12 metros para el eje Y, con una
gran diversidad de medidas intermedias. El espesor máximo de material que puede
cortarse con estos equipos de corte con agua es de 200 mm (eje Z), las velocidades
de corte son de alrededor de 20 metros/min y la tolerancia promedio suele ser
de ± 0,05 mm/m.
El fondo de la mesa presenta
cavidades para que los lodos (mezcla de agua y abrasivo) puedan escurrir.
Generalmente, el proceso de limpieza se realiza con sistemas extractores
continuos que recogen los lodos depositados en la cuba de corte y separan el
agua para reciclarla.
- Cabezal de corte
Cualquier máquina de corte con
agua tiene al menos un cabezal de corte (puede haber varios) y dependiendo del
sistema de agua pura o agua y abrasivo, estos cabezales presentan los diseños
que vemos en la siguiente figura.
Ilustración 2 Tipos de cabezales
El o los cabezales están montados
sobre brazos que se desplazan por el plano XY de la mesa y en la dirección Z,
formando un sistema de corte. Los equipos más complejos cuentan con cabezales
de hasta 5 o 6 ejes, que permiten el corte en ángulo de hasta 90º y en tres
dimensiones (3D) con giro infinito, lo que ahorra tiempo y maximiza el
rendimiento de estos equipos.
- Abrasivo
El abrasivo se compone de finas
partículas de arena de granate, un material natural no tóxico que puede
depositarse en vertederos o reciclarse para uso repetido mediante sistemas
accesorios que comercializan algunas marcas.
El poder abrasivo de los granos
incrementa mil veces el del agua, por lo que puede comprenderse la cantidad de
materiales duros que pueden cortarse mediante la combinación de un chorro a
presión ultra alta y granos de abrasivo. Generalmente, una máquina de corte con
agua emplea de 250 a 700 g de abrasivo por minuto.
Ilustración 3 Abrasivo
- Sistema de control
El movimiento de este sistema de
corte es controlado por computadora, por lo que puede aceptar archivos CAD/CAM.
Aunque parezca lo contrario, el manejo computarizado del sistema de corte no es
complicado y un operador sin experiencia debería ser capaz de aprender a operar
y mantener una máquina de corte con agua tras un mínimo de una semana de
capacitación, gracias a la diversidad de programas de anidación de CAD/CAM que
ofrece el mercado actual.
Estos programas permiten la
regulación de parámetros básicos como, entre otros, las propiedades del material, el caudal del chorro, la tolerancia
del corte y el promedio de tiempo para el mecanizado, los cuales determinan el
comportamiento físico del cabezal y del chorro a medida que se desplazan sobre
el material y lo cortan.
Ilustración 4 sistemas de control
- Calidad del agua
Antes de instalar un sistema de
corte con agua, es muy importante realizar un análisis de la calidad del agua a
cargo de una empresa especializada. El agua de entrada debe tratarse para
eliminar la dureza o reducir el contenido de sólidos totales disueltos. No se
recomienda un tratamiento de agua que produzca un contenido de sólidos totales
menor de 0,5 ppm porque la agresividad del agua purificada puede dañar los
componentes de la bomba intensificadora. El agua tratada debe tener un valor de
pH de 6 a 8.
Algunos fabricantes proveen
equipos de tratamiento de agua especiales para el corte con agua, que no solo
eliminan la dureza, sino que además acondicionan el agua y garantizan una
presión constante para su entrada en la bomba intensificadora.
Los equipos de corte con agua
emplean muy poca agua (menos de 4 litros por minuto, dependiendo del tamaño del
orificio del cabezal de corte) y, como mencionamos anteriormente, el agua
utilizada se puede reciclar mediante un sistema de circuito cerrado. Por lo
general, el agua residual es lo suficientemente limpia como para filtrarla y
eliminarla por el desagüe.
Ilustración 5 Calidad del agua
- Aplicaciones del corte con agua
Prácticamente todas las
industrias pueden hacer uso de esta novedosa y versátil técnica de corte,
económica, precisa y amigable con el medio ambiente. Las aplicaciones del corte
con agua incluyen, entre otros, el sector aeronáutico (aleaciones, aislantes,
fibra de carbono, titanio), automotriz (aleaciones, caucho, materiales
compuestos, cuero) y metalúrgico (aceros, aleaciones, latón), así como las
industrias de la construcción (barras, cerámicas, mármol, vigas), del mueble
(cristal, espejos, madera, tejidos), del juguete (espumas, fibras sintéticas,
polímeros, polipropileno), de la alimentación (carnes, repostería) y hasta la
publicidad y el arte (metacrilato, polietileno, PVC, vinilo).
:D
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