Sistema de medición garantiza calidad en corte por chorro de agua

Combinando bombas, intensificadores y cabezas de corte articuladas capaces de producir piezas 3D, los equipos de corte por chorro de agua CNC son piezas de alta ingeniería que requieren alta inversión de capital.

En el corazón del proceso se tiene un orificio para corte por chorro de agua, un ensamble que se construye a menudo alrededor de un rubí, zafiro o diamante industrial para concentrar y mantener la fuerza del flujo de corte del chorro de agua.

“Sin el orificio, el sistema completo básicamente pierde su utilidad”, indica Ted Jeringan, presidente de Diamond Technology Innovations, ubicada en Olympia, Washington.

Y con el orificio correcto, el sistema completo puede ser más productivo. Con más de treinta años en la industria de corte por chorro de agua, la compañía de Jernigan fabrica orificios de diamante  para chorro de agua.

Para garantizar la circularidad  y otras propiedades geométricas internas, DTI invirtió en un sistema de medición por video CNC de Nikon Metrology (Brighton, Michigan). Usando el sistema, han reducido los tiempos de medición e incrementado la precisión, lo cual ayuda a eliminar las discontinuidades geométricas del orificio de diamante.

De acuerdo con DTI, los diamantes permiten los agujeros más efectivos para la industria de corte por chorro de agua debido a que están en la parte más alta de la escala de Moh, que mide la dureza de los minerales de uno a 10. El talco está en la parte más baja de la escala con un valor de uno. Aunque los diamantes están a solo un paso de los rubíes en la escala de Mohs, en realidad son 10 veces más duros, indica Jernigan. “En comparación con un diamante, el rubí es como talco en polvo. 

El desafío de los orificios de diamante en el corte por chorro de agua

La dureza del orificio es importante debido a que el corte de materiales súperduros requiere flujos de chorro de agua con abrasivos que son expelidos a presiones de hasta 100,000 psi y a velocidades que se acercan al Mach 3 (tres veces la velocidad del sonido). Ahora, la combinación de abrasivos, alta presión y fuerza puede dañar los orificios con un mal diseño, incluso aquellos que incorporan diamantes.

Esto se debe a que los orificios de diamante pueden contener bordes agudos conocidos como concentradores de esfuerzos. Otros problemas que pueden tener los orificios de diamante son el material de diamante inferior, materiales y métodos de retención deficientes, desalineación con el cabezal de corte y geometrías internas inconsistentes si éstos no son fabricados correctamente. Todos estos problemas pueden conducir a flujos de chorro degradados, desgaste prematuro sobre el equipo aledaño al cabezal de corte, corte menos efectivo y, en últimas, falla prematura del orificio.

Para prevenir estos problemas, DTI emplea el sistema de medición por video CNC NEXIV VMZ-R3020 de Nikon Metrology para inspeccionar sus orificios de diamante. Este sistema combina óptica de aumento de alta magnificación, iluminadores LED para inspección a nivel de micras, procesamiento de imágenes con velocidad de computador y medición automatizada con rutinas de procesos. El VMZ de Nikon inspecciona, mide y reporta, permitiéndole a DTI montar programas que se ajustan a una amplia variedad de piezas y a sus requerimientos de inspección.

Con cualquier sistema de generación de imágenes, todo empieza con la captura superior de imágenes, dice Dennis Fenn, gerente de distrito de Nikon Metrology.

La línea Nikon NEXIV combina óptica con un sistema láser que atraviesa los lentes (TTL) y algoritmos de detección de bordes. El láser TTL permite enfoque rápido y preciso para determinar mediciones de altura y puede usarse para escaneo de superficies y generación de nubes de puntos, recolectando hasta 1,000 puntos por segundo, indica Fenn. El láser puede detectar superficies superiores e inferiores de una capa transparente para medición de espesores de la capa o profundidad de la superficie por debajo de ella.

De acuerdo con la compañía, las fuentes de luz LED proporcionan una temperatura de alto color más estable que no cambia la intensidad, proporcionando imágenes más precisas y tiempos de medición más cortos. Los anillos separados interno y externo del iluminador en la fuente de luz tienen ángulos variables para los ejes ópticos para definir los bordes, que son casi invisibles a la luz coaxial superior. Una función de autoenfoque de imagen ayuda a determinar rápidamente la altura y profundidad de pequeños agujeros o superficies empinadas.

Una vez los programas de inspección están corriendo, las imágenes pueden grabarse en un archivo de instrucción para estas funciones en trabajos posteriores. Los usuarios pueden predefinir reglas para selección del ángulo correcto en las opciones con múltiples bordes con un filtro para evitar puntos anormales, minimizando errores. Se pueden crear automáticamente reportes con resultados de inspección y gráficas en cualquier momento cuando el programa esté corriendo.

DTI inspecciona y mide al nivel de las micras (una millonésima de metro o cerca de 0.000039 pulgadas). “Proporcionamos una amplia variedad de tamaños de orificio”, indica Adam Miranda, gerente de la división de diamantes.

“Cada cliente tiene diferentes requerimientos de corte con diferentes tolerancias y, ciertamente, cada fabricante de equipo original tiene sus propios estándares. Cada producto que suministramos tiene que estar tan cerca a la perfección como sea posible”.

La circularidad del agujero no es la única propiedad del orificio que requiere ser medida. La compañía incorpora ensanchamiento especial en cada diámetro interior del orificio, que permite distribuir uniformemente las fuerzas sobre el área total del diamante durante la operación, eliminando las discontinuidades geométricas.

Sin este ensanchamiento, los campos de estrés pueden incrementarse, lo cual conlleva a desmoronamiento o fractura. No solo producir sino también inspeccionar, medir y confirmar las características del ensanchamiento usando el sistema de medición por video VMZ de Nikon ayuda a garantizar el desempeño del producto. 

Los diamantes Core de DTI son diseñados y fabricados con un proceso elaborado para garantizar un material de diamante bruto impecable, que eliminan los bordes afilados, usan materiales y métodos de retención de soporte de alto grado, incorporan procedimientos de alineación para corte efectivo y garantizan geometrías internas exactas para control preciso de caudal.

Por ejemplo, en un proceso de corte de vidrio de 40 horas para un lente de telescopio, una falla en el orificio del lente en la mitad del proceso de corte significaría tener que desechar la pieza completa.

En corte de piezas de titanio para la industria aeroespacial, uno de los clientes de DTI ha manifestado que los orificios del equipo de chorro de agua con rubí tenían que ser reemplazados cada dos días. En comparación, el orificio de diamante de Core tenía una vida útil de cinco años.

DTI hace énfasis en el control de calidad total del proceso de manufactura, indica el gerente general Merry Hanchey. “Inspeccionamos a medida que fabricamos, y cada orificio pasa por una prueba final que incluye microscopía electrónica de escaneo e interferometría láser.

Los diámetros exteriores del orificio pueden estar entre 0.040 y 0.070 pulgadas, mientras que los diámetros interiores están entre 0.003 y 0.020 pulgadas. Tenemos que tener un proceso que garantice la circularidad y otras propiedades del agujero interno al nivel de las micras”.

DTI se encuentra satisfecha con su sistema de medición por video, pero aún más con el servicio de Nikon. “Fenn siempre está mostrándonos las más novedosas formas para configurar cosas o incorporar nuevas funciones, como un láser que determina donde está realmente la superficie en el espacio y la analiza” indica Miranda.

De acuerdo con Hanchey, el nivel de diseño y proceso de ingeniería de DTI los diferencia de la competencia.

“La capacidad de inspeccionar, medir y certificar nuestro cumplimiento es integral con ese esfuerzo”, indica.

“El entrenamiento que recibimos continúa ayudándonos más de manera mas eficiente en nuestros procesos de producción y control de calidad, y el negocio continúa creciendo, así como la credibilidad de nuestros productos”.