Il taglio ad acqua o a getto d'acqua (waterjet cut)

Che cos’è il taglio ad acqua (water jet)

Il taglio a getto d’acqua (water jet) rappresenta la frontiera ideale del taglio dei materiali di qualsiasi genere. E’ una tecnologia nata dai settori aerospaziali per permettere il taglio netto e freddo anche di spessori elevati su materiali compositi e speciali. In questi ultimi anni si è evoluta particolarmente per l’evoluzione tecnologica e metallurgica dei materiali che costituiscono tutto l’impianto di taglio, dalla pompa all’intensificatore fino ad arrivare al getto effettivo, resistendo a pressioni di esercizio richieste sempre più elevate (4200 bar).

I vantaggi del sistema di taglio a getto ad acqua

• nessuna alterazione termica, strutturale
• assenza di vapore, polveri , fumi
• assenza di rigenerazione utensile
• alta velocità di taglio
• alta precisione di taglio
• ottima qualità della superficie
• nessuna formazione di sbavature
• nessun bisogno di lavorazioni successive
• taglio degli angoli senza sbavatura
• fenditura minima nel taglio
• staffatura minima del pezzo
• esecuzione rapida di prototipi
• produzione flessibile, just in time
• consumo intelligente e ottimale del materiale con l'utilizzo di CAD/CAM
• disponibilità dei sistemi PC e CNC
  

Principio di funzionamento dell'intensificatore di pressione

L'acqua, trattata in modo che i parametri chimici rientrino nelle specifiche consigliate, viene pressurizzata tramite una pompa di pre-alimentazione ad un valore tra 7 e 9 bar. L'acqua, accuratamente filtrata, raggiunge il cilindro ad alta pressione attraverso il circuito predisposto. Il gruppo è composto da una pompa idraulica azionata da un motore elettrico. L'olio, portato alla pressione di 200 bar, è pompato alternativamente a destra e a sinistra del cilindro idraulico, all'interno dell'intensificatore, mediante una valvola a quattro vie.

Gli stantuffi montati sul pistone idraulico, in moto alternato, comprimono l'acqua di taglio all'interno del cilindro ad alta pressione dell'intensificatore. Il rapporto tra l'area del cilindro idraulico e quella del cilindro ad alta pressione è di 20:1, generando così una pressione dell'acqua di taglio di 4000 bar. Le corrispondenti valvole di non ritorno permettono l'ingresso dell'acqua pre-pressurizzata e l'uscita dell'acqua in alta pressione. Per ottenere un flusso continuo e privo di sbalzi di pressione, si utilizza un accumulatore. La pompa ad alta pressione viene collegata alla testa di taglio (foto 1) attraverso delle tubature d'acciaio inossidabile. Un orifizio di zaffiro o diamante trasforma la pressione in un getto d'acqua ad alta velocità (circa 800-1000 m/s).

Per aumentare il potere di erosione dell' acqua, si può aggiungere della polvere abrasiva. Dopo l'aggiunta dell'abrasivo, l'acqua, l'aria e l'abrasivo vengono amalgamati in una camera di miscelazione, spinti nel focalizzatore ed accellerati. Il risultato di questa tecnica è un forte getto in grado di tagliare materiali di grosso spessore e di diversa consistenza, come metalli, ceramiche, roccia e vetro antiproiettile. (v. file flash FUNKTION.SWF ).

Metodi di taglio

I metodi di taglio a getto d’acqua (water jet) sono due:

Taglio con getto d'acqua pura

E' utilizzato per il taglio di materiali teneri quali tessuti, elastomeri, fibre grezze, plastica, generi alimentari, carta, ecc. Il getto passa attraverso un orifizio diamantato con un diametro di un decimo di millimetro, convertendo l'energia potenziale dell'acqua in energia cinetica e permettendo di tagliare a una velocità di circa 800-1000 m/s, con una pressione di 4000 bar.

Taglio con getto d'acqua più abrasivo

Per quei materiali difficilmente separabili con il solo getto d'acqua, viene utilizzato il metodo di taglio con aggiunta di abrasivo. Con questo metodo si aggiunge all'acqua un flusso di particelle abrasive, in maniera da aumentarne il potere di erosione. Dopo l'aggiunta dell'abrasivo, l'acqua, l'aria e l'abrasivo vengono amalgamati in una camera di miscelazione, spinti nel focalizzatore ed accellerati. Il risultato di questa tecnica è un forte getto in grado di tagliare materiali di grosso spessore e di diversa consistenza, come metalli, ceramiche, roccia e vetro antiproiettile.

Sistema di taglio a getto d'acqua 2-D

Il tradizionale sistema di taglio a getto d'acqua 2D ha 3 assi e può essere usato con acqua pura o con acqua e abrasivo. Al fine di ottimizzare il rendimento e la produttività, è possibile tagliare con ugelli multipli o a strati sovrapposti. Il sistema CNC usato, unito in rete ad un PC, è il FANUC 18i. Usando il sistema CAD/CAM con nesting automatico si possono migliorare l'efficienza e l'utilizzo del materiale. (v. file flash 2D_SCH.SWF).

Potenzialità e caratteristiche del sistema di taglio a getto d’acqua della TM snc

• Piano di lavoro con 2 teste di taglio: 4 x 2 m
• Piano di lavoro con 1 testa di taglio: 3,6 x 2 m
• Uso di 2 teste di taglio per aumentare la produttività e diminuire sensibilmente i costi dei pezzi
  L’uso di questa soluzione è limitato a spessori fino a 30 mm per una buona qualità di taglio
• Uso di 1 testa di taglio per tagliare spessori fino a 150 mm
• Taglio tubi quadri e rettangolari
• Prefori di filettatura fino ad un minimo di M5 per spessori fino a 25 mm

Campo d'applicazione per il taglio a getto d'acqua

La flessibilita' della tecnologia del taglio ad acqua ne consente l'uso praticamente in tutti i settori dell'industria: aerospaziale, civile ed industriale, nel settore del legno, tessile e della carta, nell'industria automobilistica ed i suoi terzisti, nelle industrie per forniture elettriche ed elettroniche, nelle industrie alimentari. Contrariamente ai metodi di taglio tradizionali, la tecnologia del taglio ad acqua incontra il favore di tutti grazie al suo contenuto costo di investimento e costo produttivo ed alla sua flessibilità. Con questo sistema si possono tagliare i più diversi materiali, dal metallo alla plastica ed al granito. Uno spessore di 150 mm o più non rappresenta una difficoltà per questa tecnologia di taglio. Il getto d'acqua permette di ottenere un taglio di alta qualità sia su contorni semplici che estremamente complessi.

Applicazioni generali 2D

• metalli: Acciaio inossidabile, acciaio al carbonio, lega di acciaio, alluminio, titanio, rame
• edilizia: Pietre decorative, marmo, granito, piastrelle, lana di vetro e minerale
• vetro: Vetro di sicurezza, vetro laminato, vetro antiproiettile
• carta: Cartone, carta crespa, carta per stampa
• alimentare: Cibi cotti, prodotti surgelati
• altro: legno compensato, pelle, tessuti, compositi, gomma, materie plastiche, guarnizioni, materiali espansi

Particolari vantaggi del sistema di taglio a getto ad acqua

• Taglio di campionature per la piegatura di rinforzi di serbatoi
  
  
• Taglio di piastre che non devono subire alterazioni termiche (le uniche alterazioni possono essere dovute al taglio delle linee di tensione della laminazione della lamiera)
  
  
• Migliore gestione dei tempi morti rispetto ad un laser per produzione di campionature dove è necessario effettuare dei cambiamenti geometrici e/o dimensionali
  
  
• Migliore saldabilità della zona tagliata. La saldatura di piastre tagliate ad acqua risulta essere più aggrappante e più veloce. I pezzi tagliati ad acqua risultano essere saldabili più facilmente a TIG.
  
  
• Taglio di piastre con fori di diametro inferiore allo spessore della lamiera. I laser tendono invece a raggiungere un rapporto 1:1 fra i fori e lo spessore della stessa.
  
  
• Prefori di filettatura fino ad un minimo di M5 per spessori fino a 25 mm.
  Questa procedura consente di ottenere più fori sulla stessa fase di lavoro, consentendo una minore pericolosità di sbagli dovuti a diverse fasi e un minore costo complessivo della lavorazione di taglio/maschiatura (il maschio dura di più perché il foro è tagliato a freddo e non temprato da un taglio termico come il laser).
  
  
• Migliore resistenza della verniciatura su piastre tagliate ad acqua.