La tecnología de chorro de agua a alta presión con abrasivo (tecnología AWJ) es un proceso de mecanizado flexible, barato y rápido, que puede mecanizar cualquier tipo de material, como metal, material compuesto, piedra, madera, vidrio o plástico. Es una de las técnicas modernas no convencionales que mejores expectativas genera. Su eficiencia energética y económica para el corte, así como para efectuar cortes precisos de láminas de metal, ha quedado sobradamente demostrada, pero además presenta un enorme potencial en las nuevas aplicaciones (mecanizado 3D) y en el desarrollo y la mejora del control y automatización del proceso.
A continuación, se presentan los resultados obtenidos en la investigación de la tecnología AWJ para el mecanizado de material compuesto reforzado con fibra de carbono (CFRP), realizado por la empresa IAM-CUT, dedicada a dar servicios de corte por chorro de agua a alta presión, en colaboración con Fatronik-Tecnalia, haciendo hincapié en las ventajas que presenta en comparación con otras técnicas más convencionales como el mecanizado por arranque de viruta con una fresa. La experimentación ha sido realizada en una máquina ByJet Pro del fabricante suizo y líder europeo Bystronic, que dispone de una bomba de 3.600 bares de presión máxima.
Conclusiones y tendencias futuras
La tecnología AWJ es uno de los procesos que más potencial presenta para el corte de materiales compuestos como el CFRP. Esta tecnología tiene la capacidad de realizar de forma económica cortes de buena calidad sin que aparezca el problema de la delaminación, problema característico en el mecanizado de materiales compuestos.
En cuanto a los componentes o herramientas que conforman el cabezal de corte y pueden sufrir desgaste, su vida es mucho más larga que la vida de las herramientas de corte con geometría definida para arranque de material. De hecho, el orificio de zafiro, con un coste aproximado de 12 euros (los costes varían en función del fabricante), tiene una vida aproximada de 120-150 horas; la cámara de mezcla, con un coste de 90 euros, tiene una vida de 400-500 horas, y la boquilla de abrasivo, con un coste de 90-150 euros en función de su calidad y geometría, tiene una vida de 75-100 horas. En comparación con el coste de una herramienta PCD, que supone un coste aproximado de 305 euros y una vida de 50 mpara un espesor de 9 mm, la tecnología AWJ permite reducir costes de herramienta hasta el 99%.
Además de la reducción de costes de herramienta, la aplicación de AWJ permite duplicar la productividad. Una operación industrial típica de recanteado de composite con fresa de PCD, con una herramienta de 12,7 mm de diámetro, permite mecanizar un espesor de 9 a 20.000 rpm y a un avance de 1.000 mm/min. La tecnología AWJ permite realizar esta misma operación en el mismo material a una velocidad de 2.000 mm/min, para obtener la misma calidad. Por lo tanto, mientras que, con técnicas convencionales, se obtiene una productividad de 9.000 mm2/min en cuanto al área mecanizada, la tecnología AWJ permite duplicar este valor y alcanzar productividades de 18.000 mm2/min.
Para los nuevos desarrollos de la tecnología, los fabricantes están realizando una gran inversión en desarrollar bombas de mayor potencia, cabezales auto-oscilantes, con el fin de evitar, o en su defecto reducir, la formación de taper y estriaciones, en aumentar la productividad y en realizar nuevos desarrollos para fabricar piezas 3D.
Con el desarrollo de bombas de ultraalta presión de 6.000 bares, que se empezaron a comercializar en 2007 (siendo Flow la empresa pionera e IAM-CUT la primera empresa en adquirir la tecnología en España), se refuerzan las ventajas de utilizar la tecnología AWJ en lugar de la tecnología de arranque de viruta para el mecanizado de CFRP. Con el uso de bombas de menor presión, a menudo se detectaba un embebimiento de los granos de abrasivo entre las capas de material compuesto, lo cual podría debilitar las características mecánicas finales del componente de compuesto, que se vieron superadas con el desarrollo de presiones de 6.000 bares.
Se puede concluir que la tecnología de corte por chorro de agua a alta presión con abrasivo se configura como una prometedora opción para el mecanizado de materiales compuestos; gracias a que se trata de un corte en frío, presenta un bajo desgaste de herramientas y una gran flexibilidad.
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