miniatura|200x200px| Diagrama duna màquina de tall per raig daigua. 1. Alta pressió daigua - 2. Enfocament - 3. Cambra de mescla - 4. Tapa - 5. Esquitxades - 6. Peça de treball - 7. Peça de xarxa permanent - 8. Aigua - 9. Part de la peça de treball tallada – 10. Broquet - 11. Sorra abrasivaEl tall per raig d'aigua és un procés industrial capaç de tallar una àmplia varietat de materials utilitzant un raig d'aigua a pressió extremadament alta o una barreja d'aigua i una substància abrasiva. El terme raig abrasiu es refereix específicament a l'ús d'una barreja d'aigua i un abrasiu per tallar materials durs com ara metall, pedra o vidre, mentre que els termes raig d'aigua pur i tall només amb aigua es refereixen al tall per raig d'aigua sense l'ús d'abrasius afegits, sovint utilitzat per a materials més tous com la fusta o el cautxú.
Característiques Com que és un procediment de tall en fred resulta especialment interessant, ja que està demandat en totes les aplicacions en què el material no es pugui veure afectat per la calor. Hi ha nombrosos avantatges que en fan un producte destacat en el món industrial, respecte d'altres mètodes més limitats. El tall per raig d'aigua s'utilitza sovint durant la fabricació de peces de màquines. És el mètode preferit quan els materials que es tallen són sensibles a les altes temperatures generades per altres mètodes; exemples d'aquests materials inclouen el plàstic i l'alumini. El tall per raig d'aigua s'utilitza en diverses indústries, com ara la mineria i l'aeroespacial, per tallar, modelar i escariar.
Història miniatura|Màquina de tall per raig d'aigua de 5 eixos Tot i que l'ús d'aigua a alta pressió per a l'erosió es remunta a mitjans del segle XIX amb la mineria hidràulica, no va ser fins a la dècada del 1930 que els dolls d'aigua estrets van començar a aparèixer com a dispositiu de tall industrial. El 1933, la Paper Patents Company de Wisconsin va desenvolupar una màquina de mesurar, tallar i enrotllar paper que utilitzava una boquilla de raig d'aigua en moviment diagonal per tallar un full de paper continu en moviment horitzontal.Fourness, Charles A et al, Paper Metering, Cutting, and Reeling, filed May 22, 1933, and issued July 2, 1935. Aquestes primeres aplicacions eren a baixa pressió i restringides a materials tous com el paper.
La tecnologia del raig d'aigua va evolucionar a l'era de la postguerra a mesura que els investigadors d'arreu del món buscaven nous mètodes de sistemes de tall eficients. El 1956, Carl Johnson de Durox International a Luxemburg va desenvolupar un mètode per tallar formes de plàstic utilitzant un raig d'aigua a alta pressió amb un raig fi, però aquests materials, com el paper, eren materials tous.Johnson, Carl Olof, Method for Cutting Up Plastic and Semi-Plastic Masses, filed March 13, 1956, and issued April 14, 1959. El 1958, Billie Schwacha, de North American Aviation, va desenvolupar un sistema que utilitzava líquid a ultra alta pressió per tallar materials durs.Schwacha, Billie G., Liquid Cutting of Hard Metals, filed October 13, 1958, and issued May 23, 1961. Aquest sistema utilitzava per subministrar un raig de líquid hipersònic que podria tallar aliatges d'alta resistència com l'acer inoxidable PH15-7-MO. Utilitzat per tallar laminat de bresca per al Mach 3 North American XB-70 Valkyrie, aquest mètode de tall provocava delaminació a alta velocitat, cosa que requeria canvis en el procés de fabricació.Jenkins, Dennis R & Tony R Landis, Valkyrie: North American's Mach 3 Superbomber, Specialty Press, 2004, p. 108.
La tecnologia no va ser efectiva per al projecte XB-70, però el concepte va ser vàlid i es va continuar investigant. El 1962, Philip Rice de Union Carbide va explorar l'ús d'un raig d'aigua pulsant a fins a per tallar metalls, pedra i altres materials.Rice, Phillip K., Process for Cutting and Working Solid Materials, filed October 26, 1962, and issued October 19, 1965. La recerca de SJ Leach i GL Walker a mitjans dels anys seixanta va ampliar el tall tradicional per raig d'aigua de carbó per determinar la forma ideal de la boquilla per al tall per raig d'aigua a alta pressió de pedra,Leach, S.J. and G.L. Walker, The Application of High Speed Liquid Jets to Cutting, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series A, Mathematical and Physical Sciences, Vol 260, No 1110, July 28, 1966, p. 295–310. i Norman Franz a finals dels anys seixanta es va centrar en el tall per raig d'aigua de materials tous dissolent polímers de cadena llarga a l'aigua per millorar la cohesió del corrent en aigua.Franz, Norman C., High Velocity Liquid Jet, filed May 31, 1968, and issued August 18, 1970. A principis dels anys setanta, el desig de millorar la durabilitat del broquet de raig d'aigua va portar Ray Chadwick, Michael Kurko i Joseph Corriveau de Bendix Corporation a idear d'utilitzar cristall de corindó per formar un orifici de raig d'aigua,Chadwick, Ray F Chadwick, Michael C Kurko, and Joseph A Corriveau, Nozzle for Producing Fluid Cutting Jet, filed March 1, 1971, and issued September 4, 1973. mentre que Norman Franz va ampliar això i va crear un broquet de raig d'aigua amb un orifici tan petit com que funcionaven a pressions de fins a .Franz, Norman C., Very High Velocity Fluid Jet Nozzles and Methods of Making Same, filed July 16, 1971, and issued August 7, 1973. John Olsen, juntament amb George Hurlburt i Louis Kapcsandy a Flow Research (més tard Flow Industries), van millorar encara més el potencial comercial del raig d'aigua demostrant que tractar l'aigua prèviament podia augmentar la vida útil de la boquilla.Olsen, John H., George H. Hurlburt, and Louis E. Kapcsandy, Method for Making High Velocity Liquid Jet, filed June 21, 1976, and issued August 12, 1980.
Procés miniatura|200x200px| Un tallador abrasiu per raig d'aigua acaba una eina especial. La primera fase del procés té lloc en el moment en què la comanda entra a oficina tècnica, es dissenya la peça amb el programari de disseny oportú assistit per ordinador (cad) mitjançant el qual s'assignen les mesures de l'objecte, el gruix i el tipus de material a tallar.
Un cop dissenyada la peça a mecanitzar, es refereix, i aquesta es vincula amb el programa particular de la màquina del tall per raig d'aigua.
Ja seleccionades totes aquestes variables es procedeix a l'ajust i la fixació del brut a tallar. D'una banda, cal tenir en compte la distribució del material per tal d'optimitzar-lo i, de l'altra, valorar el material de què es disposa (en existències), ja sigui restes d'altres mecanitzats o material per utilitzar, tractant sempre d'aprofitar les existències per tal de no acumular restes dels uns i dels altres treballs, reduint així costos i rendibilitzant el material.
Característiques del procés miniatura|200x200px| Imatge 1. El dispositiu consisteix en un raig d'aigua a pressió, el diàmetre del broquet del qual oscil·la entre 0,1 mm a 0,4 mm de diàmetre, pel qual surt una barreja d'aigua i abrasiu llançat a una pressió molt elevada, capaç de tallar qualsevol tipus de material.
Un dels elements més importants és el filtre per on surt el raig; en depèn la cohesió del raig que condiciona en gran manera la viabilitat tècnica de l'aplicació, ja que si el raig és cònic es perd potència de tall, precisió, qualitat i les característiques del tall en sec.
Tots els dolls d'aigua segueixen el mateix principi d'utilitzar aigua a alta pressió enfocada en un feix mitjançant un broquet. La majoria de màquines aconsegueixen això fent passar primer l'aigua a través d'una bomba d'alta pressió. Hi ha dos tipus de bombes que s'utilitzen per crear aquesta alta pressió; una bomba intensificadora i una bomba de cigonyal o d'accionament directe. Una bomba d'accionament directe funciona de manera molt semblant a un motor de cotxe, forçant l'aigua a través de tubs d'alta pressió mitjançant èmbols connectats a un cigonyal. Una bomba intensificadora crea pressió utilitzant oli hidràulic per moure un pistó que força l'aigua a passar a través d'un petit forat. L'aigua viatja al llarg del tub d'alta pressió fins a la boquilla del raig d'aigua. A la broqueta, l'aigua es concentra en un feix prim mitjançant un orifici de joia. Aquest feix d'aigua s'expulsa des de la boquilla, tallant el material ruixant-lo amb el raig d'una velocitat de l'ordre de Mach 3, al voltant de . El procés és el mateix per als dolls d'aigua abrasius fins que l'aigua arriba a la boquilla. Aquí, els abrasius com el granat i l'òxid d'alumini s'alimenten a la broqueta a través d'una entrada d'abrasiu. L'abrasiu es barreja amb l'aigua en un tub de mescla i es força a sortir per l'extrem a alta pressió. miniatura|200x200px| Imatge 2. La velocitat de tall és de màxima importància, i aquesta dependrà de factors com la pressió de la bomba i la capacitat de l'intensificador, el diàmetre de la tovera, la quantitat i la qualitat d'abrasiu i de l'espessor de la peça. Pel que fa a valors de velocitat, trobem que tot aquest sistema d'aportació de pressió permet que el líquid surti per l'orifici a una velocitat de 1000 metres per segon.
El motiu d'afegir abrasiu a l'aigua és perquè un simple raig d'aigua no seria capaç de desenvolupar talls com els actuals en els materials més durs, per això se li aporta aquest abrasiu, barreja d'argiles i vidres, que dota el sistema d'un augment de possibilitats de tall.
Aquest raig d'aigua pot tallar tot tipus de materials, des de metàl·lics fins a tous com un pastís, fins i tot s'utilitza per a preparació de superfícies com ara neteges de vaixells, pintura automobilística o indústria aeroespacial. És un procés en què la generació de partícules contaminants és mínima, no aporta oxidació superficial i la generació de ferritja no és un problema en aquest cas.
Avantatges Procés sense aportació de calor. Inexistència de tensions residuals pel fet que el procés no genera esforços de tall. No genera contaminació ni gasos. El mecanitzat el pot realitzar el mateix enginyer que ha dissenyat la peça, ja que no requereix treball manual brut, simplement programar la màquina, ubicar la peça i recollir-la un cop acabada. Reutilització de peces procedents d'altres treballs, abaratint així els costos finals. Si es compara amb els sistemes de plasma, oxitall i làser, en ser aquests tres amb aportació de calor, i l'aigua no, el tall per aigua permet una feina sense afectar cap zona del material sobre el qual treballa. Si es compara únicament amb el làser, el raig per aigua permet tallar gruixos molt més grans.
Desavantatges Profunditat de tall limitada El tall amb raig dʻaigua en comparació al tall per plasma és més lent. La maquinària és força més costosa que per al plasma i l'oxitall (el làser també és molt costós, especialment per a gruixos grans) Requereix més espai, el plasma ocupa una petita font i un compressor que pot ser de 100 l (però amb bona potència), l'oxitall necessita dos tubs prims de gas i el compressor, però el raig d'aigua, així sigui una petita taula de 500x500 mm requereix una gran bomba, una tremuja de provisió de l'abrasiu, connexió d'aigua i una pileta d'aigua sota la taula de tall i un refredador a més del depurador i el descalcificador. És notablement més cara respecte d'insums i peces consumibles, a més de més energia elèctrica (respecte de les altres 3).
Equip necessari PC, es troba a l'oficina tècnica i és on es realitza el disseny de la peça. PC de taller, centre logístic on es reben les ordres del PC d'oficina i aquí és on s'executa l'ordre de treball directament sobre la màquina de tall per aigua.
Bassa d'aigua, lloc on es fa el treball de mecanitzat, generalment d'unes dimensions aproximades de quatre metres de llargada per tres metres d'amplada.
Broquet per on surt el raig d'aigua.
Detall del broquet