Serres d'aigua

1990/07/01 Azkune Mendia, Iñaki - Elhuyar Fundazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Industria
• Teknologia

Peces tallades amb doll d'aigua: acer, alumini, titani, plàstic, etc.

Atès que són capaços de tallar qualsevol material, no creiem que sigui inadequat dir que aquestes màquines són serres d'aigua, encara que al principi sembli una altra cosa, però donem compte del naixement i difusió d'aquesta tècnica.

En 1968, el científic Norman Franz va patentar la tècnica del tall de materials amb doll d'aigua a alta pressió a Amèrica del Nord, i tres anys després, una indústria per a desenvolupar aquesta tècnica. Les primeres recerques es van dur a terme en el camp de l'aeronàutica i aviat es va abordar també el de l'automoció. De fet, els fabricants d'automòbils necessitaven eines que tallessin els materials composites sense alterar la seva estructura molecular interna.

L'èxit del doll d'aigua tèbia ha estat enorme. En l'actualitat, per exemple, en el món treballen més de 1.500 màquines d'aquest tipus i més de cinc-cents d'elles a Europa. A Europa Suècia i la República Federal Alemanya van començar a utilitzar aquesta tècnica i més tard es va estendre a França. A Suècia, per exemple, en l'empresa Karman fabriquen puzles de fusta i cartó amb doll d'aigua.

Les màquines es regeixen per controls numèrics i ordinadors, assegurant-se que no hi ha dues peces iguals en el puzle. A més, aquest sistema té l'avantatge que les peces tallades queden muntades en el propi puzle. Per tant, no és d'estranyar que aquesta empresa sueca sigui líder mundial en els puzles i vulgui enaltir la tècnica del doll d'aigua.

Inaugurat a França a principis de 1988, el primer centre de serres d'aigua ha estat sol·licitat per nombroses empreses. Tallen qualsevol cosa: pomes, formatges, formigó, acer, vidre, fusta, marbre o composite. El vidre anti-balenes de 35 mil·límetres de gruix, per exemple, és tallat per un doll fi d'aigua com el paper. El que no poden fer les bales, ho aconsegueix el doll d'aigua.

La base de la tècnica és molt senzilla. El doll d'aigua fi es projecta a una velocitat molt elevada. La velocitat oscil·la entre els 600 i els 900 metres per segon, dues o tres vegades superior a la del so. Perquè l'aigua aconsegueixi aquesta velocitat, no obstant això, s'ha de comprimir a pressions d'entre 2.000 i 5.000 bars, alguna cosa que no pot aconseguir qualsevol. En la cuina de la casa, per exemple, l'aigua només té una pressió d'uns tres bars.

L'aigua utilitzada en la màquina ha de ser neta. Per a evitar la deterioració de les peces del circuit s'elimina la calç, els minerals i altres impureses de l'aigua. Per a això es filtra l'aigua i s'afegeixen materials addicionals.

Doll d'aigua per a tallar la pell. La instal·lació es governa per ordinador.

Una vegada condicionat l'aigua, primer mitjançant una bomba s'aplica una pressió d'uns deu bars, per on passa a una bomba d'alta pressió. Un gran pistó hidràulic l'empeny a un petit pistó amb una pressió de 4.000 bar.

L'aigua a alta pressió flueix fins a l'extrem per les canonades d'acer inoxidable. Els tubs són de petit diàmetre i gran gruix de paret i els extrems són de material molt dur, com els safir. L'orifici dels extrems o injectors sol ser de diferent diàmetre depenent de la mena de material a tallar i del gruix.

Normalment el diàmetre interior dels injectors és de 12, 18, 25 i 35 centèsimes de mil·límetre (per tant, el diàmetre del doll d'aigua). At a pressure of 2.000 bar, the water exits at 640 m/s, if the pressure is 3000 bar, the exit velocity of the water is 770 m/s and 4000 bar at 900 m/s. Dit d'una altra manera, les velocitats són de 2.300, 2.800 i 3.200 km/h.

A aquestes velocitats increïbles l'aigua no mulla la matèria que travessa. Per exemple, una placa de fibra de vidre pot tallar-se molt ràpid (més de 100 metres per minut) sense mullar-se res.

Un altre gran avantatge del doll d'aigua és poder treballar en fred. Per tant, les peces que es treballen no s'escalfen ni es modifica la seva estructura de materials. Per exemple, quan es tallen peces amb làser, aquest avantatge no existeix. El làser talla les peces rostides i els deixa les vores negres. Per exemple, quan es talla l'acer, els grans de l'estructura del material amb làser es fundin i en alguns casos això és perjudicial, com en el cas de l'acer temperat. El doll d'aigua no curta així. Les primeres partícules de material són desplaçades i posteriorment extretes. D'alguna manera, es tracta d'un desgast brusc que es produeix amb aquestes serres d'aigua.

Un altre avantatge d'aquesta tècnica de tall és que una sola màquina pot alimentar molts dolls (per exemple, fins a vuit). En canvi, cada raig necessita el seu equip complet.

Tant amb el làser com amb el doll d'aigua s'estalvia molt material ja que els encenalls que s'aixequen en altres sistemes no surten. La línia de tall és molt estreta i a penes es perd material.

Sembla que el doll en estar treballant a aquestes pressions i velocitats ha de gastar molt d'aigua, però no és així. Les pressions oscil·len entre 2,5 i 0,4 litres per minut. Per tant, un màxim de 240 hores. Es recomana decantar l'aigua utilitzada abans d'abocar-la al clavegueram ja que no és adequat abocar aigua contaminada.

Atesa la composició del doll es poden considerar tres tipus. S'utilitza aigua pura, aigua barrejada amb polímer o aigua barrejada amb material abrasiu depenent de la mena de material a tallar. Quan es tracta d'un material tou i fi, n'hi ha prou amb aigua per a tallar. No obstant això, per a tallar peces gruixudes, a l'aigua se li barregen els polímers.

El robot està llest per a tallar amb doll d'aigua el quadre de comandament de plàstic de l'automòbil.

Els polímers milloren la coherència molecular de l'aigua, la qual cosa permet treballar més lluny de l'injector. Per exemple, a partir d'una vintena de centímetres d'altura el doll es barreja aire i a 70 centímetres de l'injector el doll se substitueix per vapor d'aigua. En barrejar l'aigua amb un 3% de polímer, el cos del doll no es desfà tan ràpid, ja que l'aigua és més conflictiva.

Una altra opció és barrejar abrasius a l'aigua. Aquest sistema s'utilitza per a tallar materials durs com a acer, granit, marbre i titani. Encara que els abrasius de quars es barregen amb l'aigua, el bord tallat queda net i sense rebabas.

No obstant això, una dels avantatges més útils del tall amb doll d'aigua és la seva facilitat d'automatització. En l'època actual en la qual es parla de cèl·lules flexibles de producció, el doll d'aigua és un sistema perfecte. En automoció, per exemple, l'encuny de tall del quadre de comandament de l'interior de l'automòbil té un cost aproximat de vint milions de pessetes. Es tracta d'una despesa molt important, però es pot amortitzar fàcilment amb sèries grans d'automòbils. Avui dia, no obstant això, els models d'automòbil canvien cada vegada més ràpid i l'amortització dels costosos encunys de les premses hidràuliques no és tan fàcil.

A més, el mateix model d'automòbil té en l'actualitat moltes variants perquè el comprador tingui més possibilitats, la qual cosa també implica el canvi d'encuny. Amb el doll d'aigua tots aquests problemes se solucionen fàcilment. Un programa de control numèric governa el doll d'aigua i si hi ha canvis en la peça que es tallarà, n'hi ha prou amb col·locar un programa que està recollit en l'ordinador. Per tant, els ratllats d'aigua són aptes per al seu ús en cèl·lules flexibles de fabricació i els encunys de premses hidràuliques no són cars.

La serra d'aigua també sembla molt adequada per al seu ús en l'àmbit de l'electrònica, especialment per al tall de plaques de circuits impresos. En alimentació, no diguem. El doll d'aigua és l'únic instrument neutre de tall. D'altra banda, els investigadors estan realitzant sessions de tall amb aigua gelada. Cal tenir en compte que a 3.000 bars de pressió l'aigua no es congela a 0 °C, sinó a uns -15 °C. Per tant, volen mantenir l'aigua a pressió a -10 °C i, res més sortir de l'injector, es congelarà en atmosfera lliure. Així el gel tallarà la peça.

En l'equipament per a la utilització d'aquesta tècnica es pot dir que tenen especial importància dos elements: les bombes i els injectors. La casa Bertin ha millorat les seves bombes i inyectoras per a obtenir una pressió de 7.000 bars, obtenint una durada deu vegades superior a la inicial.

Una altra de les capacitats del ratllat d'aigua és poder tallar plaques superposades de gruix i/o pes iguals o diferents. D'aquesta forma es pot tallar més d'una peça cada vegada. A més, la forma de la peça pot ser qualsevol. Una placa de marbre pot tallar-se en forma de gos, per exemple, o donar forma a un arbre.