TĂIEREA CU JET DE APĂ, METODĂ EFICIENTĂ

DE PRELUCRARE A MATERIALELOR

METALICE, PLASTICE ŞI CERAMICE

Introducere

Procedeul de tăiere cu jet de apă cu abraziv este un procedeu care prezintă unele 

avantaje  față de procedeele de tăiere termică sau mecanică. Tăierea cu jet de apă şi 

jet de apă cu abraziv poate fi folosită pentru tăierea unor materiale ca: titanul, j p p p ,

ceramice, structuri  metalice cu matrice tip fagure, sticlă, Kevlar, grafit şi compuşi de 

lipire fără inducere de exfolieri şi deformări datorate tensiunilor termice de‐alipire, fără inducere de  exfolieri şi deformări datorate tensiunilor termice, de a 

lungul căii de tăiere, materiale  textile materiale din industria alimentară, hârtie, 

au iu a it a a ate la ti e etcauciuc, granit, avansate, plastice, etc. 

Procedeele de tăiere cu jet de apă şi jet de apă cu abraziv au fost acceptate ca 

metode standard de tăiere în unele industrii. De asemenea majoritatea nemetalelor 

pot fi tăiate cu uşurință prin procedeul cu jet de apă.

Scurt istoric

Dr Norman Franz este considerat ca fiind creatorul procedeului de tăiere cu jetDr. Norman Franz este considerat ca fiind creatorul procedeului de tăiere cu jet 

de apă. A studiat folosirea apei sub presiune ultra‐ridicată (PUR) ca şi unealtă de 

tăie e Te e ul PUR e te defi it a a â d o aloa e e te 2100 ba i (30 000 i) Dtăiere. Termenul PUR este definit ca având o valoare peste 2100 bari (30.000 psi). Dr. 

Franz, a dorit să găsească noi metode de tăiere a buştenilor transformându‐i în 

cherestea. 

În 1950 dr. Franz a încercat pentru prima dată tăierea cu jet de apă, prin eliberarea 

unor greutăți mari în coloane de apă forțând astfel trecerea printr‐un orificiu de 

dimensiuni mici. A obținut rafale scurte de presiune foarte mare (foarte des de câteva 

ori mai mare decât presiunea folosită pentru tăiere la ora actuală) cu care a tăiat lemn 

şi alte materiale. ş

Principiul tăierii cu jet de apă 

Tehnologia de bază a acestui procedeu dintr‐un punct de vedere este relativ 

simplă şi în acelaşi timp din alt punct de vedere complexă Sub forma cea maisimplă şi în acelaşi timp, din alt punct de vedere, complexă. Sub forma cea mai 

simplă, constă în trimiterea apei de la o pompă, prin conducte şi evacuarea acesteia 

i t u a de tăie e Co o e tele i i ale ale u ei i talații de tăie e u jet deprintr‐un cap de tăiere. Componentele principale ale unei instalații de tăiere cu jet de 

apă şi abraziv:

o pompa hidraulică 

o sistemul de filtrare a apei;

o amplificatorul şi acumulatorul hidraulic;

o conducte de legătură rigide şi flexibile;

o capul de tăiere;

o sistemul de alimentare cu abraziv;;

o sistemul de poziționare piesă ‐ cap de tăiere;

o unitatea de atenuare a presiunii şi recuperare;o unitatea de atenuare a presiunii şi recuperare;

o sistemul de control şi comandă al procesului.

Principiul tăierii cu jet de apă 

Pompa hidraulică este principala componentă a unui echipament de tăiere cu jet p p p p p j

de apă. Două tipuri de pompe pot fi folosite pentru aplicațiile procedeului de tăiere 

cu jet de apă: o pompă cu acționare directă şi o pompă cu amplificator Amplificatorulcu jet de apă: o pompă cu acționare directă şi o pompă cu amplificator. Amplificatorul 

este o pompă cu mişcare rectilinie în care ansamblul piston/bară de presiune 

eali ea ă o i a e e i o ă de du te i o” li â d î t o a te arealizează o mişcare reciprocă de „du‐te – vino” livrând într‐o parte a 

amplificatorului, apă de mare presiune iar în cealaltă, datorită presiunii scăzute, 

umplerea cu apă a acesteia. Pompele cu amplificator folosesc principiul amplificării. 

Se prezintă în continuare, datele caracteristice ale principiului amplificării pentru 

uşurința înțelegerii modului cum are loc amplificarea de presiune a apei, folosită ca 

instrument tehnologic activ. 

Principiul tăierii cu jet de apă 

Uleiul hidraulic va avea o presiune de maxim 

207 bari; acesta împinge un piston care la 

rândul lui are montată o bară de presiune p

care acționează asupra apei. Această bară de 

presiune are suprafața de contact depresiune are suprafața de contact de 

aproximativ 20 de ori mai mică decât 

u afața i to ului a tfel e iu ea de 207suprafața pistonului, astfel presiunea de 207 

bari a uleiului este amplificată de 20 de ori 

rezultând o presiune a apei de circa 4140 bari.   

Principiul amplificării utilizează aria 

suprafeței, componentă în ecuația presiunii, 

pentru a amplifica sau creşte presiunea: 

Presiunea = Forță / Suprafață

Principiul tăierii cu jet de apă 

În esență există două tipuri de jet de apă: jetul de apă 

simplu şi jetul de apă cu abraziv. Echipamentele sunt 

realizate pentru a utiliza fie jetul de apă pur, fie jetul de 

apă cu abraziv, fie mixt. Indiferent de tip, în primul rând 

trebuie să realizeze o valoare corectă a presiunii apei de 

tăiere.

Procesul de taiere cu jet de apă constă în dirijarea j p j

unui jet de apă de presiune ridicată (3000 ‐ 6000 bari) şi 

vitezămare (500 ‐ 900 m/s) către locul de tăiereviteză mare (500  900 m/s) către locul de tăiere. 

Presiunea, ridicată a jetului de apă exercită tensiuni 

de co p esiu e asup a ate ialului si u a e a fo fecă iide compresiune asupra materialului si urmare a forfecării 

şi eroziunii locale, se produce îndepărtarea materialului şi 

realizarea rostului de tăiere.

Principiul tăierii cu jet de apă 

Capul de tăiere cu jet de apă şi abraziv 

Duză apă(rubin, safir Alimentare (sau diamant)

Ca e ă deElement t â

Alimentare abraziv 

Cameră de amestec 

Tub de focalizare (duză de abraziv)

strângere 

Jet de apă cu abraziv

(duză de abraziv) 

abraziv

Parametri procesului

Parametrii procesului includ parametri hidraulici legați de abraziv, amestecul de 

apă şi abraziv pentru calitatea tăieturii. Parametri ce trebuiesc evidențiați şi corelați 

sunt:

• presiunea jetului de apă;

• viteza de tăiere;

• debitul de abraziv;

• dimensiunea particulelor de abraziv;

• natura abrazivului;

• parametrii camerei de amestec;p

• numărul de treceri.

Parametri tehnici ai postului de tăiere cu jet de apă şi abraziv

tensiune de alimentare: 230 V 50 Hz;‐ tensiune de alimentare: 230 V, 50 Hz;

‐ presiune apă răcire: 3 ÷ 3,5 bar;

‐ presiune apă tehnologică de tăiere: 1500 ÷ 4200 bar;

‐ debit abraziv: 100 ÷ 1800 g/min;

‐ presiune aer comprimat: 5 ÷ 6 bar;presiune aer comprimat: 5  6 bar;

‐ dimensiune de lucru: 1000 x 500 x 100 mm;

‐ viteză de tăiere: 1 ÷ 6000 mm/min;

Materiale

Teoretic – gamă nelimitată de tipuri de materiale ce pot fi debitate cu acest procedeu. 

Ex:

Metale oțeluri de toate tipurile (chiar și tratate termic) aluminiu titan metale neferoaseMetale – oțeluri de toate tipurile (chiar și tratate termic), aluminiu, titan, metale neferoase

Ceramice – sticlă

Piatră – granit, marmură, gresie

Sintetice – plastic armat cu fibră de sticlă sau de carbon

Plastice – termoplastice, termorigidePlastice  termoplastice, termorigide

Izolatoare – spume dure sau moi

Lemn, cauciuc, carton, etc

P d li tProduse alimentare 

Calitatea suprafețelor rezultate

Calitatea tăieturii descrie hi t l i i î li

Calitatea suprafeței Aspectul tăieturii

Excelent, fără striații, cel mai muchia rostului şi înclinarea. Rata de alimentare cu abraziv și viteza de tăiere controlează 

, ț ,precis

Foarte bun, striații minime 

mărimea întârzierii jetului. La debit mare de abraziv, jetul 

i tă b i ă it Bun striații pe jumătateaprezintă curburi mărite pe măsură ce înaintează în material. Vitezele de tăiere reduse 

Bun, striații pe jumătatea      inferioară, cel mai des folosit

realizează tăieturi cu o bună finisare a suprafeței. 

Acceptabil, cu striații

Slab, rar folosit (tăietură de separație)

Calitatea suprafețelor rezultate

Piesa I 

Material: Oțel INOX

I

ț

Grosime: 15 mm

Calitate: Excelentă

Timp de tăiere: 6 min 31 sII

Timp de tăiere: 6 min 31 sPiesa I I

Aceeași piesă (I) tăiată cu o vitezămare de tăiere respectiv un timp de tăiere mic (1Aceeași piesă (I) tăiată cu o viteză mare de tăiere, respectiv un timp de tăiere mic (1 

min 41 sec). Se poate observa influența variației vitezei de tăiere asupra calității 

pieselorpieselor.  

Programare sistem CNCg

•Proiectare CAD•Preluare fisier CAD – programare CNC•Tăiere după contur

Avantajele prelucrării cu jet de apă cu abrazivj p j p

Față de procedeele clasice avem avantajele:

- nu sunt semnalate fenomene termice (lipsa totală a ZIT)nu sunt semnalate fenomene termice (lipsa totală a ZIT)

- nu apar procese de fisurare în suprafața prelucrată 

î ti l l ă ii t d j t f i d ții hi i d- în timpul prelucrării nu sunt degajate gaze sau fum şi nu se produc reacții chimice de oxidare rapidă a suprafeței 

- posibilitatea realizării unor contururi foarte precise (sistem CNC)- posibilitatea realizării unor contururi foarte precise (sistem CNC)

- poate fi folosit pentru a obține piese prototip sau unicat (uşor de automatizat pentru producție de serie mare)p ț )

Dezavantajele prelucrării cu jet de apă cu abrazivj p j p

‐ numai anumite categorii de materiale pot fi tăiate cu avantaje economice (grosimi mari la materiale dure = viteze foarte reduse de tăiere)

‐ pierde acuratețea dimensională la grosimi mari de material (jet disipat la ieşirea din material, calitate proastă a tăieturii la partea inferioară, acuratețe dimensională compromisă)compromisă)

î li â d j t l d ă i î t t dif it d ât l d i t‐ înclinarea, apare când jetul de apă iese într‐un punct diferit decât cel de intrare pe verticală şi poate cauza inexactitate dimensională a pieselor astfel prelucrate

‐ achiziționarea unei astfel de instalații presupune o investiție considerabilă 

Control dinamic al tăierii

Datorită faptului că la tăierea standard (2D) cu jet de apă și abraziv calitateaDatorită faptului că la tăierea standard (2D) cu jet de apă și abraziv calitatea  

acurateții dimensionale scade proporțional cu grosimea materialului taiat și în 

f ți d ti l t i ă t t t i l d t l l tăi iifuncție de tipul acestuia, au apărut programe tot mai complexe de control al tăierii, 

numit control dinamic al tăierii, ce conferă o calitate mai bună a suprafețelor tăiate 

cât și o creștere considerabilă a productivității. 

Un exemplu de software dedicat controlului dinamic al tăierii este FlowMaster, 

software ce controlează poziția capului de tăiere. Realizat cu algoritmi bine stabiliți 

ce iau în considerare tipul, grosimea și conturul de debitat, FlowMaster știe cât 

trebuie înclinat capul de tăiere pentru a se obține piese cu o calitate excelentă a 

suprafețelor tăiate, fără abateri dimensionale sau înclinări. p ț ,

Control dinamic al tăierii

dinamic

Piesă debitată cu control dinamic Timp de tăiere: 6 min 27 sec convențional

Piesă debitată cu jet de apă convențional

Timp de tăiere: 21 min 23 sec

Comparație cu alte procedee de prelucrare 

Exemplu practic: comparație între realizarea piesei p p p ț p

din fundal prin procedeul de tăiere cu jet de apă și 

prin frezareprin frezare. 

Rezultate: Tăiere jet apă Frezare

Instalație de tăiere cu jet de apă și abraziv cu 2 capete

Tăiere jet apă Frezare

Programare 6 minute  12 minute 

lapă și abraziv cu 2 capete Pregătire instalație 2 minute  30 minute

Timp de prelucrare 24 minute  104 minute 

Total 32 minute  146 minute

Scule necesare 1 sculă 7 scule

Date piesă:Cantitate: 10 bucM t i l Al

Mașină de frezat cu 5 axeMaterial:  AlDimensiuni: 53 mm x 98 mmGrosime: 10 mm

Comparație cu alte procedee de prelucrare p ț p p

Comparație între suprafețe și analiza structurii la oțel de 20 mm grosime tăiat cu p ț p ț ș ț gjet de apă și abraziv (stânga) și același oțel tăiat cu Laser (dreapta).  

D t ită f t l i ă d l d tăi j t d ă t dDatorită faptului că procedeul de tăiere cu jet de apă este un proces rece de prelucrare, nu există zone influențate termic în materialul prelucrat deci nu apar modificări în structura acestuiamodificări în structura acestuia. 

Domenii de aplicarep

• Industria sticlei

• Realizarea de mașini utilaje și instalații• Realizarea de mașini, utilaje și instalații

• Construcții navale

I d• Industria auto

• Industria aeronautică și aerospațială

• Ingineria medicală

• Industria alimentară

Considerente economice asupra prelucrărilor analizatep p

Din punct de vedere economic distingem mai multe elemente care pot să influențeze direct sau indirect costurile prelucrării. p

Parametrii care influențează costul prelucrării:- manopera;- energia consumată;

materiale consumabile (abraziv duze grătare de tăiere);- materiale consumabile (abraziv, duze, grătare de tăiere);- amortizarea echipamentului.

Concluzii

1. Din punct de vedere al protecției mediului prelucrarea cu jet de apă este avantajoasă

2. Din punct de vedere al investiției alegerea procedeului de tăiere cu jet de apă p ț g p j pnecesită investițiile cele mai mari dar este totodată cel mai avantajos economic față de celelalte două procedee la care se adaugă celelalte costuri aferente de prelucrări auxiliareauxiliare

3. Principalul avantaj al tăierii cu jet de apă este că permite prelucrarea materialelor cele mai diverse: metalice, nemetalice, compozite, ceramice, rocă, lemn, hârtie, etc.cele mai diverse: metalice, nemetalice, compozite, ceramice, rocă, lemn, hârtie, etc.

4. Datorită cunoştințelor obținute în cercetare şi dezvoltare, s‐au îmbunătățit performanțele tehnice ale procedeului de tăiere cu  jet de apă, respectiv cu jet de apă p ț p j p , p j pşi abraziv.