Tecnologia de corte por jato de água abrasivo: O que precisa de saber

1. Introdução

A tecnologia de jato de água é uma nova tecnologia desenvolvida nos últimos 20 anos e as suas aplicações estão cada vez mais generalizadas. Tem sido aplicada em sectores como o carvão, a maquinaria, o petróleo, a metalurgia, a aviação, a construção, a conservação da água e a indústria ligeira, principalmente para cortar, triturar e limpar materiais.

Especialmente nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da alta tecnologia, os feixes de laser, os feixes de electrões, o plasma e os jactos de água tornaram-se novas ferramentas de corte.

Entre eles, os feixes de laser, os feixes de electrões e o plasma pertencem ao processamento de corte térmico, enquanto o jato de água é o único método de processamento a frio. No corte, trituração e pré-processamento da superfície de muitos materiais, o jato de água tem a sua superioridade única.

O desenvolvimento do jato de água pode ser dividido, grosso modo, em quatro fases:

Exploração e fase experimental: No início dos anos 60, a exploração mineira a jato de água a baixa pressão foi estudada principalmente.

Fase de desenvolvimento do equipamento: Desde o início da década de 1960 até ao início da década de 1970, foram desenvolvidas principalmente bombas de alta pressão, boosters e acessórios de alta pressão, promovendo simultaneamente a tecnologia de jato de água.

Fase de aplicação industrial: Desde o início da década de 1970 até ao início da década de 1980, surgiu sucessivamente um grande número de máquinas de extração a jato de água, máquinas de corte e máquinas de limpeza.

Fase de desenvolvimento rápido: Desde o início da década de 1980 até ao presente, a investigação sobre a tecnologia de jato de água aprofundou-se ainda mais, e novos tipos de jactos, como o jato abrasivo, o jato de cavitação e o jato de vibração auto-excitada, desenvolveram-se rapidamente. Muitos produtos foram comercializados.

As quatro fases de desenvolvimento do corte por jato de água.

• A quarta fase: Fase de desenvolvimento rápido.
• A terceira fase: Fase de aplicação industrial
• A segunda fase: Fase de desenvolvimento do equipamento.
• A primeira fase: Fase de exploração experimental.

Conceito de jato de água abrasivo:

O jato de água abrasivo é um método de processamento especial que utiliza a água como meio, obtém uma enorme energia através de um dispositivo de geração de alta pressão, adiciona abrasivos ao jato de água de alta pressão através de um dispositivo de alimentação e mistura e forma uma mistura bifásica de líquido e sólido.

Baseia-se no impacto e na erosão a alta velocidade do abrasivo e no jato de água a alta pressão para conseguir a remoção do material.

Princípio de processamento do jato de água abrasivo:

O processamento do jato de água abrasivo baseia-se no princípio da pressão hidráulica, que utiliza um gerador de alta pressão ou uma bomba de alta pressão para pressurizar a água a uma pressão ultra elevada.

O desempenho mecânico do motor elétrico é convertido em energia de pressão, e a água com uma enorme energia de pressão é então transformada em energia cinética através de um bocal com pequenos orifícios. Isto forma um jato de água de alta velocidade e cria um certo grau de vácuo na câmara de mistura.

Sob a ação do seu próprio peso e da diferença de pressão, o abrasivo é aspirado para dentro da câmara de mistura e violentamente agitado, difundido e misturado com o jato de água, formando um jato de água abrasiva de alta velocidade que incide sobre a peça de trabalho a uma velocidade extremamente elevada através do bocal abrasivo.

Após o impacto do jato de água abrasivo na peça de trabalho, é produzido um campo de tensão local concentrado a alta velocidade no material, que muda rapidamente, levando à erosão, cisalhamento e, finalmente, à falha e remoção do material.

No processo de processamento por jato de água abrasivo, a função principal é desempenhada pelas partículas abrasivas, e o jato de água actua como um transportador para acelerar as partículas abrasivas.

Em comparação com o jato de água puro, o jato de água abrasivo tem maior energia cinética devido à maior massa e maior dureza das partículas abrasivas, resultando em efeitos de processamento mais fortes.

Dispositivo de jato de água abrasivo

O dispositivo de jato de água abrasivo inclui um sistema de abastecimento de água, um sistema de pressurização, um sistema de canal de alta pressão, um sistema de abastecimento de abrasivo, um dispositivo de cabeça de corte, um dispositivo de receção, um mecanismo de acionamento e um sistema de controlo, como mostra a figura abaixo.

O papel do sistema de abastecimento de água é suavizar a qualidade da água, reduzir a corrosão do canal de alta pressão causada pela qualidade da água e melhorar a vida útil do selo alternativo no sistema de alta pressão.

O componente central do sistema de pressurização é o intensificador de pressão, que geralmente usa reciprocidade hidráulica.

A relação de pressão do intensificador é normalmente selecionada como 10:1 ou 20:1, e a pressão da água de saída do intensificador pode ser ajustada alterando a pressão do óleo do sistema hidráulico de entrada, o que pode aumentar a pressão da água para 100-400MPa, e mesmo até 690MPa e 700MPa. O sistema de passagem de água de alta pressão liga o sistema de pressurização e o dispositivo da cabeça de corte.

Para transportar água a alta pressão e satisfazer os requisitos de movimento rápido e flexível da cabeça de corte, a conduta de água a alta pressão utiliza normalmente tubos de aço inoxidável flexíveis e resistentes a ultra-alta pressão, e é composta por várias juntas de tubos rotativas.

O sistema de abastecimento de abrasivo inclui uma tremonha, uma válvula de fluxo de abrasivo e um tubo de transporte. O abrasivo puro corte por jato de água A cabeça de corte de jato de água abrasivo inclui uma válvula de comutação de água de alta pressão e um bocal de joia. A cabeça de corte por jato de água abrasiva também inclui uma câmara de mistura e um bocal de mistura que mistura o jato de água com o abrasivo.

O bocal de mistura requer uma elevada resistência ao desgaste e é geralmente fabricado em carboneto cimentado. O dispositivo de receção é colocado por baixo da peça de trabalho para recolher o jato abrasivo restante e tem funções como a absorção de energia, a redução do ruído, a prevenção de salpicos e a segurança.

O mecanismo de acionamento e o sistema de controlo controlam o dispositivo de controlo da trajetória de movimento da cabeça de corte, e os métodos de controlo incluem manual, motorizado, NC e CNC.

Abrasivo:

Geralmente divide-se em três categorias: à base de minerais, à base de metais e artificial.

Princípio de seleção:

(1) Bom efeito de corte;

(2) Preço baixo e oferta suficiente.

Os abrasivos mais comuns incluem:

Tab.1.2 Vários abrasivos normalmente utilizados

Bocal:

É composto por um bocal de jato de água, uma câmara de mistura e um bocal de jato abrasivo.

Classificação:

(1) De acordo com o número de jactos de água: bocal de jato único, bocal de jato múltiplo

(2) De acordo com o método de entrada do abrasivo: bocal de alimentação lateral do abrasivo, bocal de alimentação médio do abrasivo, bocal de alimentação tangencial do abrasivo.

1. Bocal de alimentação lateral de jato único abrasivo

1. Câmara de mistura
2. Bocal de jato abrasivo
3. Bico de jato de água

Vantagens: Estrutura simples, boa concentração e estabilidade do jato.

Desvantagens: Fraco efeito de mistura entre o abrasivo e a água.

2. Bico de alimentação tangencial de jato abrasivo simples

1. Bico de jato de água
2. Bocal de jato abrasivo

O abrasivo e o jato de água são totalmente misturados, reduzindo a colisão mútua entre os abrasivos, melhorando assim a capacidade de corte do jato abrasivo.

3. Bocal de alimentação intermédia de abrasivo de jato múltiplo

É utilizado principalmente para limpeza por jato abrasivo ou remoção de ferrugem.

4. Bocal de jato abrasivo com um tubo de endireitamento

1. Corpo do bico
2. Entrada de abrasivo
3. Bico de jato de água
4. Base do bocal
5. Selo
6. Porca de bloqueio
7. Endireitamento de tubos

Tem uma estrutura simples e é fácil de operar. É amplamente utilizado na indústria de corte por jato abrasivo.

Classificação da tecnologia de processamento de jato de água abrasivo:

De acordo com o método de mistura do abrasivo e da água, pode ser classificado em dois tipos:

• Jato de água abrasivo híbrido frontal.
• Jato de água abrasivo híbrido traseiro.

Jato de água abrasivo híbrido frontal:

O abrasivo e a água são misturados uniformemente numa pasta de água abrasiva na tubagem de alta pressão e, em seguida, o jato formado pelo bocal abrasivo é chamado de jato abrasivo misto frontal. Este efeito de mistura é bom, exigindo baixa pressão, mas o dispositivo é complexo e o bocal desgasta-se muito.

Jato de água abrasivo híbrido traseiro:

A adição de abrasivos ao jato de água depois de este estar formado é designada por jato de água abrasivo de mistura posterior. O efeito de mistura é ligeiramente pior, exigindo alta pressão, mas o desgaste do bocal é menor. A investigação teórica e a tecnologia de aplicação do jato de água abrasivo de mistura posterior estão relativamente maduras e têm sido amplamente utilizadas em muitos sectores industriais.

Classificação da tecnologia de maquinagem por jato de água abrasivo.

• Jato de água abrasivo submerso.
• Jato de água abrasivo não submerso.

O jato de água submerso refere-se ao jato que está na água desde a saída até à peça de trabalho, que tem as características de difusão rápida do jato, distribuição uniforme da velocidade e pressão dinâmica.

O jato de água não submerso significa que o jato está no estado natural do ar desde a saída até à peça de trabalho. Em comparação com o jato submerso, tem um maior alcance e um maior comprimento do núcleo, mas a distribuição da velocidade não é uniforme.

2. Mecanismo de corte e lei de corte do jato de água abrasivo.

Mecanismo de corte do jato de água abrasivo:

Ao cortar um material alvo com um jato de água abrasivo a uma determinada velocidade transversal do jato, uma parte do jato de água dispara em direção ao material alvo a uma velocidade constante, enquanto outra parte enfraquece a sua força de corte à medida que penetra mais profundamente no material.

Como resultado, a superfície de corte parece curvar-se na direção oposta à da trajetória do jato, como se mostra na Figura a abaixo. O ângulo entre o eixo da superfície de corte curvada e o eixo original do jato aumenta gradualmente a partir do ponto em que o jato entra no material alvo, e o jato desvia-se cada vez mais ao longo da direção oposta à do percurso.

No entanto, devido à grande inércia das próprias partículas abrasivas, estas não se desviam com o transportador do jato de água, o que leva à separação das partículas abrasivas do jato de água e à erosão da concentração local das partículas abrasivas.

Quanto maior for a aceleração das partículas abrasivas, maior será o ângulo refractado na separação e mais grave será a erosão de concentração. A erosão de concentração local das partículas abrasivas provoca um aumento significativo da quantidade de retificação ao longo da superfície de corte, formando um degrau na superfície de corte.

Por conseguinte, durante a erosão que forma o degrau, o ângulo de deflexão do fluxo de água acima do degrau aumenta continuamente, a deflexão do jato de água da superfície de corte aumenta e a quantidade de trituração abaixo do degrau diminui até que o degrau superior se torne perpendicular à direção original do jato, como mostra a Figura b abaixo.

À medida que a travessia do jato continua, a superfície de corte regressa ao corte liso e à retificação, como mostra a Figura c abaixo. A partir deste ponto, o ciclo de corte recomeça com a transição do corte e retificação suaves para a erosão por deformação e retificação.

Durante este processo, toda a superfície de corte continua a transformar-se num intervalo de percurso e, uma vez que a deflexão do jato de água abrasivo se aproxima de um arco, forma uma secção transversal de corte com um intervalo semelhante a uma onda ao longo da direção do percurso do jato.

• a- A superfície de corte pode ficar dobrada devido ao processo de corte e retificação suave.
• b- A fase de formação da superfície de corte deve-se principalmente à erosão, deformação e retificação.
• c- A superfície de corte é transformada novamente numa superfície lisa de corte e retificação ao longo da direção de avanço.

Modelo matemático de maquinagem por jato de água abrasivo:

M. Hashish, com base na teoria de erosão de partículas sólidas de Finnie e Bitter, e numa série de experiências de visualização, propõe que o processo de remoção de material por um jato de água abrasivo consiste em duas regiões: desgaste de corte e desgaste de deformação, como mostra a figura abaixo.

Na região de desgaste de corte, ou seja, antes da profundidade de corte atingir hC, as partículas abrasivas impactam o material num pequeno ângulo, e o material é removido num modo de micro-corte. Quando a profundidade de corte atinge hC, a velocidade de impacto das partículas abrasivas sobre o material diminui, e o modo de remoção de material muda.

As partículas abrasivas atingem o material num grande ângulo, e o material é removido num modo de desgaste por deformação.

Nesta base, M. Hashish obtém os modelos matemáticos para a profundidade de corte na região de desgaste por corte e a profundidade de corte na região de desgaste por deformação:

onde

• h_c é a profundidade de corte (mm) para o modo de desgaste de corte;
• h_d é a profundidade de corte (mm) para o modo de desgaste por deformação;
• C_k é a velocidade caraterística (m/s);
• d_j é o diâmetro do jato (mm);
• m é o caudal mássico das partículas abrasivas (g/s);
• V_e é a velocidade crítica (m/s) das partículas abrasivas;
• V_o é a velocidade inicial (m/s) das partículas abrasivas;
• ρ_p é a densidade (g/cm3) das partículas abrasivas;
• u é a velocidade de deslocação (mm/s) do bico;
• C_f é o coeficiente de atrito;  
• σ é a tensão de cisalhamento (MPa).

Este modelo inclui quase todos os parâmetros envolvidos na maquinagem por jato de água abrasivo. No entanto, alguns parâmetros, como Vo e Ve, têm de ser determinados experimentalmente. Por conseguinte, os resultados obtidos por diferentes operadores podem variar.

Factores que afectam o desempenho de corte do jato de água abrasivo:

Como o corte por jato de água abrasivo é um processo muito complexo, existem muitos parâmetros que podem afetar o seu desempenho de corte.

Estes parâmetros incluem parâmetros dinâmicos (diâmetro do bocal de água, pressão da água), parâmetros abrasivos (material abrasivo, tamanho, taxa de fluxo), parâmetros do bocal abrasivo (diâmetro do bocal abrasivo, comprimento, material), parâmetros de corte (velocidade de corte, distância de afastamento, ângulo de impacto, número de cortes), parâmetros da peça de trabalho (dureza), etc. No entanto, os parâmetros do processo que são fáceis de controlar incluem principalmente a pressão da água, os parâmetros do abrasivo, a velocidade de corte e a distância de afastamento.

Os principais indicadores para avaliar o desempenho do corte incluem a profundidade de corte, a forma do corte (largura das partes superior e inferior do corte e conicidade do corte) e a qualidade da superfície (rugosidade e ondulação).

Leis de corte do jato de água abrasivo:

(1) A profundidade de corte aumenta com o aumento da pressão da água, da dureza do abrasivo e do número de cortes, enquanto diminui com o aumento da velocidade de corte. Existe uma relação de valor ótimo entre a profundidade de corte, a distância de afastamento, o fornecimento de abrasivo e o tamanho das partículas abrasivas. À medida que a profundidade de corte aumenta, a altura do pico e o ângulo de deflexão das estrias na secção de corte aumentam gradualmente, enquanto a frequência de ocorrência das estrias diminui.

(2) O largura do corte tem uma relação de valor ótimo com a velocidade de corte, e a velocidade de corte óptima é cerca de 1/5 da velocidade de corte máxima. Num único corte, a velocidade de corte é determinada pela propriedades dos materiaisespessura e requisitos de qualidade da secção. Quando a velocidade de deslocação é constante, quanto maior for a pressão, mais lisa será a superfície de corte; quando a rugosidade da superfície é a mesma, quanto maior for a pressão, maior será a velocidade de deslocação.

(3) Com o aumento da pressão do jato ou a diminuição da velocidade de corte, a qualidade da secção de corte é significativamente melhorada. Em comparação com os materiais frágeis, a secção de corte dos materiais plásticos é mais suave e a sua morfologia é mais afetada pela pressão do jato e pela velocidade de corte.

(4) A velocidade da área de corte do jato de água abrasivo diminui com o aumento do valor da energia de fratura do material, aumenta com o aumento da pressão e diminui com o aumento da distância de afastamento. Existe uma relação de valor ótimo entre a velocidade da área de corte e o fornecimento de abrasivo. Quando a velocidade de deslocação e a espessura do material são constantes, existe um valor ótimo de distância de afastamento que resulta na maior profundidade de corte. À medida que a distância de afastamento aumenta, a largura da ranhura aumenta gradualmente. Quando a pressão é constante, quanto menor for a velocidade transversal, maior será a profundidade de corte.

3. Situação atual da investigação sobre a tecnologia de maquinagem por jato de água abrasivo.

Corte por jato de água abrasivo.

M. Hashish é um dos primeiros investigadores a estudar a maquinagem por jato de água abrasivo. Através de experiências com o corte por jato de água abrasivo, descobriu que este pode ser utilizado para cortar feltro, cerâmica, metais, vidro e compósitos sinterizados de grafite sem delaminação.

Além disso, referiu que não existe tensão térmica ou tensão de deformação na zona de corte. Também discutiu o efeito de diferentes parâmetros de corte no desempenho do processamento do material e na taxa de remoção de material, e salientou que a otimização dos parâmetros de corte melhorará consideravelmente o desempenho do corte.

Desde então, uma grande quantidade de investigação nacional e estrangeira e de aplicação da maquinagem por jato de água abrasivo tem-se centrado principalmente no corte. O diagrama esquemático do corte por jato de água abrasivo e a secção transversal da amostra após o corte são apresentados na Figura 3.

De uma perspetiva micro, a essência do corte por jato de água abrasivo é o efeito cumulativo de um grande número de partículas abrasivas que micro-cortam o material da peça de trabalho. A questão fundamental que tem de ser resolvida é o controlo da forma da aresta de corte e da profundidade de corte.

O desenvolvimento e a melhoria do equipamento-chave do corte por jato de água abrasivo e o modelo matemático do mecanismo de corte preciso permitem que esta tecnologia corte materiais metálicos com uma espessura de 100-200 mm e materiais duros e frágeis com uma espessura de cerca de 50 mm.

No entanto, durante o processo de corte por jato de água abrasiva de componentes estruturais espessos, o feixe de jato produzirá um fenómeno de "cauda esvoaçante" devido à atenuação da energia, como se mostra na Figura 4.

A área de corte suave está localizada na borda superior da incisão. Quanto mais se aproxima da parte inferior da peça de trabalho, mais óbvio se torna o fenómeno de "cauda esvoaçante", o que afecta grandemente a rugosidade da superfície, a forma e a precisão posicional da peça de trabalho cortada.

Ao otimizar o processo de corte e ao utilizar a tecnologia de cabeça de corte oscilante com controladores de tolerância, pode ser feita uma compensação inteligente da precisão de corte da incisão, melhorando assim a qualidade do processamento.

Fresagem por jato de água abrasivo

O método de controlo dos parâmetros de maquinação por jato de água abrasiva para remover apenas o material da superfície da peça de trabalho sem a penetrar é designado por fresagem por jato de água abrasiva. O esquema de maquinação e o produto são mostrados na Figura 5.

Embora esta tecnologia ainda se encontre em fase de investigação experimental, muitos investigadores estudaram o mecanismo e o processo desta nova tecnologia de maquinagem por jato de água abrasivo.

Em termos de fresagem por jato de água abrasivo de materiais plásticos, M. Hashish e outros propuseram a viabilidade da fresagem por jato de água abrasivo e descobriram que a velocidade transversal do bico é um parâmetro importante que afecta a uniformidade da fresagem.

Hocheng H estudou a viabilidade da fresagem por jato de água abrasivo de plásticos reforçados com fibras. Ao estudar o mecanismo de formação de detritos da fresagem simples, dupla e múltipla, previram que o desgaste por deformação é o principal mecanismo de corte para a fresagem de plásticos reforçados com fibra. Também analisaram os efeitos da pressão do jato, distância do alvo, velocidade transversal do bocal e taxa de fluxo abrasivo na taxa de remoção de material, profundidade de fresagem e largura de fresagem.

Fowler e Shipway estudaram as características da superfície de materiais fresados por jato de água abrasivo e salientaram que uma elevada velocidade de movimento do bocal, abrasivos de partículas finas, baixa pressão do jato e pequenos ângulos de erosão podem obter superfícies de fresagem com menor ondulação. Paul et al. estudaram o efeito de diferentes parâmetros de fresagem na profundidade de ranhura e na taxa de remoção de material da fresagem por jato de água abrasivo e estabeleceram um modelo empírico utilizando a análise de regressão.

Há menos investigação sobre a fresagem por jato de água abrasivo de materiais duros e frágeis. Zeng JY estudou o efeito do ângulo de impacto do jato na fresagem por jato de água abrasivo de cerâmicas policristalinas e descobriu que a taxa de remoção de material ideal pode ser obtida quando o ângulo do jato é de 90 graus durante o impacto da fresagem. Também estabeleceram e verificaram um modelo matemático da taxa de erosão.

Jato de água abrasivo perfuração

A perfuração por jato de água abrasivo pode ser dividida em dois métodos de processamento: bucha e perfuração. A bucha é o processo de corte do material ao longo de uma curva circular para formar um furo de maior diâmetro. Este processo evoluiu do corte de contorno do jato de água abrasivo, como mostra a figura seguinte (furo #9).

A perfuração é o processo de maquinação de furos de menor diâmetro sem furos, como mostra a figura da direita (furos #3-#8). Guo Z et al. estudaram o mecanismo de maquinação e o processo de perfuração com jato de água abrasivo de materiais cerâmicos como A12 O3, Si3 N4 e SiC, e concluíram que a remoção de material é conseguida principalmente através de micro-fratura, micro-corte e erosão.

Yong Z et al. estabeleceram a relação entre a profundidade da perfuração por jato de água abrasivo e os parâmetros do processo com base em fenómenos caóticos nos processos de erosão. Xing Xizhe introduziu diferentes métodos de processamento de furos por jato de água abrasivo e salientou as muitas vantagens da perfuração por jato de água abrasivo, incluindo a perfuração de furos em materiais duros e frágeis e materiais compósitos laminados que podem fazer furos profundos, pequenos furos e furos irregulares sem zona de impacto térmico, obtendo maior precisão dimensional e menor rugosidade da superfície, e conseguindo facilmente o processamento de furos em superfícies inclinadas.

Torneamento por jato de água abrasivo.

O torneamento por jato de água abrasivo é semelhante ao corte de ponto único num torno convencional, utilizando a rotação da peça de trabalho e o movimento linear ou curvilíneo da cabeça de corte para remover material da peça de trabalho. O esquema de maquinação e o produto são apresentados na Figura 7. As vantagens do torneamento por jato de água abrasivo incluem a baixa força de corte, a ausência de danos térmicos na peça de trabalho e aparas finas sem problemas de quebra de aparas.

M. Hashish propôs pela primeira vez o conceito de torneamento por jato de água abrasiva em 1987 e salientou que o jato de água abrasiva pode ser utilizado para torneamento de materiais especiais difíceis de maquinar, tais como compósitos de carbono/metal, vidro e cerâmica para obter formas complexas.

Ansari et al. demonstraram que o torneamento por jato de água abrasivo é superior ao torneamento convencional para materiais difíceis de maquinar, com velocidades 5-10 vezes mais rápidas para maquinar cerâmicas de SiC. Zhang ZW estudou o efeito dos parâmetros do processo na qualidade da superfície no torneamento de vidro por jato de água abrasivo e verificou que a qualidade óptima da superfície pode ser alcançada a baixas velocidades de deslocação do bocal. Manu et al. estudaram o efeito do ângulo de inclinação do bocal na forma do produto durante o torneamento por jato de água abrasivo.

Jato de água abrasivo e outros métodos de maquinagem.

Para além da tecnologia de maquinagem por jato de água abrasiva acima descrita, os investigadores nacionais e estrangeiros realizaram algumas investigações e apresentaram relatórios sobre técnicas de maquinagem de materiais compósitos utilizando jactos de água abrasiva.

Por exemplo, a micro-maquinação a laser guiada por jato abrasivo é uma tecnologia de maquinação composta por jactos de água e lasers que utiliza plenamente as características da tecnologia de jactos de água e resolve eficazmente problemas como a pequena gama de processamento efetivo e os efeitos térmicos na tradicional processamento a laserO jato de água abrasivo assistido por ultra-sons é um método de processamento de materiais frágeis viável e eficiente que combina jactos de água com ondas ultra-sónicas; o jato de água shot peening é um novo tipo de método de tratamento de superfície para melhorar a vida à fadiga de componentes metálicos através de processos de trabalho a frio, que tem vantagens como a elevada resistência ao peening, baixa pressão de peening e bom efeito de reforço.

4. Características, aplicações e desenvolvimento da tecnologia de maquinagem por jato de água abrasiva.

As vantagens da maquinação por jato de água abrasivo incluem:

• Em comparação com os jactos de água pura, os jactos abrasivos reduzem consideravelmente a pressão necessária para o corte com o mesmo objetivo de corte, destacando as vantagens de segurança e fiabilidade.
• Quando corte de metal com jactos de água abrasivos, geralmente não são geradas faíscas, evitando acidentes de ignição ou explosão de gases nocivos perto da zona de corte.
• Durante o corte, é gerado pouco ou nenhum calor, e qualquer calor gerado pode ser rapidamente eliminado pelo jato de água, resultando em quase nenhuma zona afetada pelo calor na superfície de corte.
• A força de corte na superfície de corte é pequena, pelo que mesmo quando se corta uma folha fina em peças moldadas, a aresta de corte não fica danificada.
• O corte é estreito, a perda de material é pequena, a superfície de corte é lisa e não há rebarbas (pode produzir-se uma pequena quantidade de rebarbas se a velocidade de corte for demasiado rápida).
• Quase não há poeira durante o corte e não são gerados gases tóxicos, o que torna as condições de trabalho relativamente limpas.
• A força de reação de corte é pequena, pelo que o bocal pode ser facilmente movido por um braço mecânico.
• É possível efetuar cortes em toda a volta e o corte de superfícies curvas tridimensionais é fácil, tornando possível cortar peças de trabalho de várias formas.
• As condições de corte são fáceis de controlar, facilitando o ajuste automático e o controlo através de computadores.

As desvantagens da maquinagem por jato de água abrasivo incluem

• O equipamento requer uma potência elevada.
• O bocal desgasta-se rapidamente.
• Não é adequado para processar peças grandes ou para remover rebarbas muito grandes.
• Existe uma falta de software especificamente concebido para a maquinagem por jato de água.

As aplicações da tecnologia de jato de água abrasivo incluem:

• Indústria aeroespacial: Corte de materiais especiais, como ligas de alumínio, estruturas alveolares, compósitos de fibra de carbono, metais em camadas ou vidro plástico reforçado, corte de lâminas de aeronaves com jactos de água sem zonas afectadas pelo calor e endurecimento por trabalho, eliminando a necessidade de processamento subsequente.
• Indústria de fabrico e reparação automóvel: Corte de vários não metálico materiais e componentes compostos, tais como painéis de instrumentos, tapetes, pastilhas de travão em amianto, caixilhos de portas, vidros do tejadilho dos automóveis, painéis de decoração interior, borracha, depósitos de gás em plástico e outros componentes internos e externos.
• Indústria de armamento: Corte de placas de blindagem, carris, vidros à prova de bala, carroçarias de veículos, torres, armas e desmantelamento seguro de várias sucatas de cartuchos.
• Silvicultura, agricultura e engenharia municipal: Utilizadas para abate de árvores, descasque de árvores, irrigação, processamento de alimentos para animais, manutenção de estradas, corte de artesanato e outras tarefas.
• Indústria eletrónica e de energia: Pode ser utilizado para moldar e cortar placas de circuitos impressos e películas finas, discos rígidos de computadores, disquetes, componentes electrónicos, ligas amorfas, núcleos de transformadores e cabos especiais que são difíceis de cortar por métodos convencionais.
• Indústria de fabrico de maquinaria: A utilização do corte com água a alta pressão em vez dos processos de perfuração e cisalhamento pode não só poupar nos custos do molde, mas também reduzir o ruído e a vibração e melhorar a utilização do material. Além disso, pode remover alumina externa em peças de trabalho, núcleos de areia em peças fundidas, revestimentos cerâmicos, rebarbas de cortee outras peças, podendo também cortar peças de ferro cinzento que são difíceis de cortar por métodos convencionais.
• Outros sectores: Corte de mármore, granito, ladrilhos, cerâmica, etc. na indústria de decoração de edifícios, processamento de rolos de papel acabados, papel higiénico, etc. na indústria do papel e processamento de contraplacado, placas de madeira, etc. na indústria da madeira.

As perspectivas de desenvolvimento da tecnologia de maquinagem por jato de água abrasivo são:

Melhorar a fiabilidade e a vida útil da maquinagem por jato de água, especialmente a vida útil de componentes-chave como bombas de alta pressão, mangueiras de alta pressão, juntas e bocais.

Otimização dos parâmetros do processo para melhorar ainda mais a eficiência, reduzir o consumo de abrasivos e diminuir o consumo de energia, tornando os custos mais competitivos.

Desenvolvimento de um controlo inteligente para permitir que os parâmetros do processo sejam ajustados de forma adaptativa durante o processamento, melhorando a precisão da maquinagem, e utilizados para o fabrico de peças com determinados requisitos de precisão, alcançando um efeito técnico e económico que pode ser comparável à maquinagem a plasma e a laser.

Tendências de desenvolvimento da tecnologia de maquinagem por jato de água abrasivo:

Expansão contínua do âmbito de aplicação da maquinação por jato de água, desde o corte 2D e rebarbação até à maquinação de furos e processamento de superfícies 3D.

Investigação teórica sobre a maquinagem por jato de água, nomeadamente o estabelecimento de modelos de maquinagem por jato de água e o estudo da teoria dos escoamentos multifásicos.

Investigação sobre a maquinação de peças de precisão em miniatura utilizando a tecnologia de jato de água abrasivo, bem como a utilização de jato de água abrasivo para torneamento e fresagem.