Tăierea cu jet de apă abraziv

Cadrul didactic coordonator: drd. ing. Eugen Herghelegiu

Universitatea din Bacău, Facultatea de Inginerie

student TCM

Istoric

• Tăierea cu jet de apă abraziv este unul din cele mai noi tehnologii neconvenţionale de prelucrare a materialelor. Pentru prima dată jetul de apă a fost utilizat în exploatarea cărbunelui, în Rusia şi Noua Zeelandă . În anul 1979, Dr. Mohamed Hashish a inventat tăierea cu jet de apă abraziv prin adăugarea materialului abraziv în jetul de apă, în 1980 tot el a folosit pentru prima dată maşina de tăiat cu jet de apă abraziv la tăierea sticlei, oţelului, beton .

• Cu jet de apă abraziv se pot tăia diferite materiale cum ar fi: oţel, oţel inoxidabil, diferite aliaje de nichel, materiale compozite, aluminiu,cupru, titan, piatră, granit, sticlă, plastic etc.

• Tehnologia este utilizată pe scară largă în industria aeronautică, industria automobilelor, construcţie la tăiat piatră, granit etc.

Avantaje:

- Absenţa zonelor afectate de căldură, absenţa durificării termice şi a solicitării materialelor.

- Absenţa prafului, a fumului sau a gazelor toxice.

- Ascuţirea uneltelor nu este necesară.

- Sarcină mecanică redusă a piesei prelucrate.

- Debavurarea nu este necesară.

- Reprelucrarea nu este necesară.

- Viteze de tăiere relativ mari pentru materiale groase. - Tăiere de până la 200 mm, în funcţie de tipul

materialului.

Dezavantaje:- Nu se pot tăia in pachet.- Cost ridicat la prelucrare.- La grosimi mari apar striaţii.

Materialul Abraziv• Un număr mare de materiale abrazive de diferite tipuri

sunt folosite în tehnologia de taiere cu jet de apa cu abraziv.

Diferite forme ale materialului abraziv

Duritatea materialelor abrazive

• Material abraziv înainte de prelucrare

• Material abraziv după prelucrare

Principiu de funcţionare

• Maşina de tăiat cu jet de apa abraziv foloseşte pentru tăiere apă la presiune ridicată în amestec cu material abraziv şi este formată din următoarele componente: sistemul de preparare al apei, sistemul de generare al presiunii, formarea jetului abraziv ca în figura urmatoare.

Schema maşinii de tăiat cu jet de apă abraziv

Sistemul de generare al presiunii

Cap de tăiat cu abraziv

1.Carcasă2.Protecţie cap3.Tubul de focalizare4.Pensetă5.Piuliţă de fixare6.Orificiul pe care pătrunde materialul abraziv

Determinări experimentale

• Determinările experimentale s-au făcut pe maşina HYDRO-JET ECO 0615 din cadrul laboratorului pe un material OL37 cu diferite grosimi la o presiune constanta şi masa abrazivului constantă. Am experimentat pentru diferite grosimi de material, pentru presiunea de 1500 de bar si 1000 de bar pentru un debit de material abraziv de 250 g/min. Materialul abraziv este granat cu dimensiunea granulelor de 80 µm şi o duritate de 7,5 pe scara Mohs.

Maşina de tăiat cu jet de apă HYDRO-JET ECO 0615

Diagrama vitezei în funcţie de grosimea

materialului (1500bar)

Variatia vitezei cu grosimea materialului

v = 4322,1g-1,3359

0

200

400

600

800

1000

1200

0 2 4 6 8 10 12

g [mm]

v [m

m/m

in]

Diagrama vitezei în funcţie de grosimea materialului(1000bar)

Variatia vitezei cu grosimea materialului

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 2 4 6 8 10 12

g [mm]

v [m

m/m

in]

Concluzii

• Aşa cum se observă din diagramele experimentale, la presiuni înalte, viteza de lucru este mai mare decât la presiuni de lucru mai mici şi scade odată cu creşterea grosimii materialului, ceea ce ne conduce la concluzia că productivitatea prelucrării este serios influenţată de creşterea grosimii materialului.

• La scăderea presiunii de lucru la 1000 bar se constată o scădere bruscă a vitezei de lucru odată cu creşterea grosimii materialului. În figura de mai jos se prezintă suprapunerea celor două dependenţe ale vitezei de prelucrare în funcţie de grosimea materialului pentru cele două presiuni de lucru.

• Micşorarea presiunii duce la scăderea vitezei de lucru şi a productivităţii. Totuşi din analiza macroscopică a probelor prelevate se constată că la viteze mici de lucru precizia dimensională şi rugozitatea suprafeţei este mai bună.

Diagrama vitezei în funcţie de grosimea materialului pentru

cele două presiuni de lucru

p=1500 bar

p=1000 bar

0

200

400

600

800

1000

1200

0 2 4 6 8 10 12

g [mm]

v [

mm

/min

]

Bibliografie

• [1]. D.A. Summers, Water jet Technology, Chapman & Hall, 1995.

• [2]. Flow International Corporation, 2009, http://www.flowcorp.com/about-flow.cfm (accessed 20/04/2009).

• [3]. E. Siores, W.C.K. Wong, L. Chen, J.G. Wager, Enhancing abrasive waterjet cutting of ceramics by head oscillation techniques, Ann. CIRP 45 (1) (1996) 215–218.

• [4]. M. Hashish, A modeling study of metal cutting with abrasive waterjets, J Eng Mater Technol 106 (1984) 221–228.

• [5]. M. Hashish, A model for abrasive waterjet performance optimization, J Eng Mater Technol 111 (1989) 154–162.