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Progetto Finale di Ingegneria Meccanica

Titolo: Macchina da taglio di piastre di acciaio inossidabile da getto d'acqua e abrasivi
(Abrasive Waterjet Cutting)

Ingegnero: Marcelo Francisco Bisciglia

Direttore: Ing. Roberto E. Mas
Consigli: Ing. Manuel Kupersmitt, Ing. Edgar Balbastro, Ing. Santiago Zanotti
I n d i c e
Astratto Introduzione Svolgimento Risultati Libro informático AWJ Posta

Astratto: il processo convenzionale da taglio di piastre di acciaio inossidabile, é per mezzo di plasma. Questo genere di taglio ha degli inconvenienti: a) Lascia scoria. b) La zona da taglio é sottoposta a riscaldamenti (zona affettata dal caldo [ZAC]), ció che genera dei cambiamenti di struttura e c) Nella ZAC appare una aureola che danneggia la sua terminazione estetica.
   L'obiettivo del seguente progetto é eliminare le difficoltá appuntate nel processo anteriore effettuando il taglio per mezzo di un getto di fluido ad elevata velocitá.
   il processo da taglio soltanto si puó portare a compimento con l'aggiunto, nel flusso d'acqua, di particole di materiale abrasivo {M-K}. Si puó impiegare come elemento elevatore della pressione dell'acqua, una pompa iniettora lineale (motore Diesel), per cui si deve realizzare una serie di trasformazioni per adattarlo all'uso specifico.
   Riguardo il circuito: a) Si deve realizzare il corretto filtrato dell'acqua per prolungare la vita utile dell'ugello d'acqua {URI}, b) La valvola regolatrice da pressione protegge il circuito da sopra pressioni e c) L'accumulatore di gas mantiene la pressione costante.

Introduzione: Per effettuare il taglio di un materiale determinato abbiamo bisogno di una certa quantitá di energia. Nel processo di taglio si produce ció che denominiamo: trasformazione della energia, l'energia che si consegna diventa energia di deformazione del materiale da tagliare. Quindi, ogni fluido in movimento porta con sé una determinata quantitá di energia (cinetica). In conseguenza, questo fluido dovrá avere una energia maggiore od uguale a quella necessaria per realizzare il taglio.
   Come mezzo portatore di energia in generale, possiamo utilizzare quasi tutti gli elementi liquidi: acqua, oli, alcol e persino metalli liquidi come ad esempio il mercurio. Ormai, l'acqua presenta una serie di vantaggi riguardo agli altri: a) Esiste in quantitá sufficiente ed in qualitá richiesta (potabile), in quasi tutti i posti. b) Infimo costo, nel suo impiego, riguardante gli altri fluidi. c) Facilmente accessibile. d) Non genera fuoco od incendio. e) Ottime condizioni di fluiditá (bassa viscositá), altrimenti sarebbe molto difficoltoso conseguire l'uscita del getto d'acqua da un piccolo orifizio ad alta velocitá.
   Da un'altra parte, l'aria anch'é totalmente scartata come fluido portatore di energia: a) Elevati costi per raggiungere alte velocitá nel fluido (tunnel da vento). b) Molto bassa energia cinetica (Densitá dell'aria = Densitá dell'acqua / 1000). c) Molto difficile di conseguire un effetto puntuale, perciò alta dispersione all'uscire dall'ugello.
   il progetto sta limitato al taglio di piastre di acciaio inossidabili austenitico fino 2 mm di spessore.

Svolgimento: Per il taglio di piastre di acciaio inossidabile austenitico (AISI 310) di 2 mm di spessore c'é bisogno di un valore molto elevato di pressione d'acqua, questo si deve alla bassa densitá del fluido.
   All'aggiungere un elemento elevatore della densitá (particole di metallo) al flusso d'acqua, la pressione necessaria della pompa si vede ridotta a un terzo del valore anteriore. Ma la stessa anche continua ad essere elevata.
   L'alternativa adeguata é aggiungere particole di materiale abrasivo (allumina, garnet, ecc) al flusso d'acqua {M-K}, le quali producono la microtruciolatura del materiale a tagliare {E-M}. Ora la pressione necessaria della pompa d'acqua si situa in 400 atmosfere.
   Riguardo il sistema di mescolato dell'acqua e del abrasivo si puó dire: il succhiamento dell'abrasivo, dalla tramoggia che lo contiene, si realizza da suzione (effetto Venturi) a traverso di una placca orifizio calibrata, essendo necessario una depressione di una decima di atmosfera per ottenere la portata adeguata (3,4 gr/s).
   {S} il materiale di costruzione piú adeguato per il tubo mescolatore, con allumina come abrasivo, é il carburo di boro con carbonio 5 % (B4C - C 5 %). il profilo interiore del tubo deve essere soavemente convergente dalla bocca d'ingresso (diametro 4 mm) fino la bocca d'uscita (diametro 0,8 mm). Una maggiore longitudine del tubo (76 mm) porta di conseguenza una migliore accelerazione delle particole di abrasivo.
   Si puó completare come elemento elevatore della pressione dell'acqua una pompa d'iniezione lineale (motore Diesel), alla stessa le si deve realizzare le seguenti trasformazioni: a) Cambiare il materiale di costruzione degli emboli, cilindri, valvole, seggi di valvola e manicotti d'attacco per acciaio inossidabile martensitico (AISI 440). b) Si omette il sistema di variazione della portata. c) Si modifica il profilo di ogni leva (albero di leve) perché la portata d'acqua sia continua e non pulsante (proprio della iniezione Diesel). d) Si scolpisce in ogni embolo un'incavatura circonferenziale con il quale si ottiene una chiusura idrodinamica per evitare la caduta del rendimento con l'elevazione della pressione.
   É fondamentale realizzare il corretto filtrato dell'acqua {URI} per prolungare la vita utile della ugello d'acqua.
   Si colloca una valvola regolatrice di pressione nel circuito di alta pressione per: a) Proteggere il circuito della sopra pressione nel momento di chiudere (momentaneamente) la valvola solenoide di blocco. b) Che la pompa lavori a bassa pressione durante questo periodo.
   Si colloca un accumulatore a gas (genere membrana) per: a) Assorbire le piccole variazioni di pressione, conseguenza della portata discontinua che consegna la pompa principale, diventandola piú costante. b) Assorbire gli eccessi di pressione dovuto alla chiusura brusca della valvola solenoide di blocco e c) Mantenere il circuito (fra la valvola di anti-ritorno e la valvola solenoide di blocco) alla pressione di lavoro (400 atmosfere), mentre la pompa principale lavora a bassa pressione (chiusura momentanea della valvola solenoide di blocco).
  Nel diagramma si puó osservare i componenti principali del circuito.

La macchina

   Referenze:

Risultati: Per realizzare il taglio di piastre di acciaio inossidabile austenitico (fino 2 mm di spessore) da getto d'acqua, si deve aggiungere al fluido una portata determinata di particole di abrasivo causando ció che denominiamo microtruciolatura del materiale, giacché le cosí dette particole incidono sul materiale a una elevata velocitá (460 km/h).
   Si puó impiegare una pompa iniettora lineale (motore Diesel) come elemento elevatore della pressione d'acqua, per questo si deve realizzare certi cambiamenti per garantire il suo adeguato disimpegno.
   Un corretto filtrato dell'acqua prolunga la vita utile dell'ugello d'acqua. Nell'includere al circuito idraulico una valvola regolatrice di pressione: a) si protegge lo stesso da sopra pressioni, b) si risparmia energia e c) diminuisce il consumo della pompa.
   Da un'altra parte, l'accumulatore di gas aiuta a mantenere costante la pressione dell'acqua.

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Traduzione: Professoressa Maria Bisciglia (Telefono: 54-341-4390148)
 
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