IT201600097457A1 - APPARATUS FOR WATER JET CUTTING - Google Patents

APPARATUS FOR WATER JET CUTTING

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IT201600097457A1
IT201600097457A1 IT102016000097457A IT201600097457A IT201600097457A1 IT 201600097457 A1 IT201600097457 A1 IT 201600097457A1 IT 102016000097457 A IT102016000097457 A IT 102016000097457A IT 201600097457 A IT201600097457 A IT 201600097457A IT 201600097457 A1 IT201600097457 A1 IT 201600097457A1
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IT
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abrasive material
water
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IT102016000097457A
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Inventor
Giancarlo Pastori
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Eurowaterjet S R L
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Description

“APPARATO PER IL TAGLIO A GETTO D’ACQUA” "APPARATUS FOR WATER JET CUTTING"

La presente invenzione si riferisce a un apparato per il taglio a getto d'acqua, o taglio ad acqua, e in particolare a un impianto nel quale il getto di acqua comprende acqua e particelle di abrasivo disperse. The present invention relates to an apparatus for water jet cutting, or water cutting, and in particular to a plant in which the water jet comprises water and dispersed abrasive particles.

Il taglio a getto d'acqua è una tecnologia impiegata per tagliare e/o sagomare pezzi in svariate tipologie di materiali, sfruttando un getto d'acqua ad altissima pressione. Questo tipo di tecnologia é comunemente denominata “Waterjet”. Water jet cutting is a technology used to cut and / or shape pieces in various types of materials, using a very high pressure water jet. This type of technology is commonly referred to as “Waterjet”.

In tale ambito, il termine "acqua", così come il corrispettivo "water", non deve essere inteso limitatamente all'acqua pura (H2O) come fluido operativo. In questo contesto, con il termine acqua ci si riferisce a qualunque fluido, eventualmente miscelato con particelle solide, in grado di fluire attraverso un condotto o un orifizio di un ugello. In this context, the term "water", as well as the corresponding "water", must not be understood limited to pure water (H2O) as an operating fluid. In this context, the term water refers to any fluid, possibly mixed with solid particles, capable of flowing through a duct or an orifice of a nozzle.

Gli apparati impiegati per il per il taglio ad acqua sono generalmente dotati di una testa di taglio in grado di erogare, tramite un apposito ugello, un getto di acqua molto sottile, con un diametro compreso fra 0,1 mm e 0,4 mm, ad altissima pressione, fino a 6.000 Bar e oltre. Per tagliare materiali duri quali metalli, pietre, marmo, vetro, ecc, delle particelle di abrasivo sono disperse nell'acqua per aumentare la capacità erosiva del getto d'acqua. The devices used for water cutting are generally equipped with a cutting head capable of delivering, through a special nozzle, a very thin jet of water, with a diameter between 0.1 mm and 0.4 mm, at very high pressure, up to 6,000 Bar and beyond. To cut hard materials such as metals, stones, marble, glass, etc., abrasive particles are dispersed in the water to increase the erosive capacity of the water jet.

Tali apparati noti sono suddivisi principalmente in due categorie in funzione del tipo di tecnologia applicata: Gli apparati "Abrasive water jet" (AWJ) e gli apparati "Abrasive suspension Jet" o "Abrasive Slurry Jet" (ASJ). Such known apparatuses are mainly divided into two categories according to the type of technology applied: "Abrasive water jet" (AWJ) apparatuses and "Abrasive suspension Jet" or "Abrasive Slurry Jet" (ASJ) apparatuses.

Nei primi, gli apparati AWJ, il fluido ad alta pressione, tipicamente acqua, e l'abrasivo, sotto forma di particelle polverulente asciutte, sono convogliati separatamente in un ugello comprendente una camera di miscelazione dove i due suddetti elementi sono miscelati prima di fluire all'esterno. In the former, the AWJ apparatuses, the high pressure fluid, typically water, and the abrasive, in the form of dry powdery particles, are conveyed separately into a nozzle comprising a mixing chamber where the two aforementioned elements are mixed before flowing to the 'external.

Questi apparati, se pur efficaci e affidabili, presentano alcuni limitazioni. Ad esempio, la presenza di aria dispersa nel getto erogato dall'ugello rende questo tipo di apparati non impiegabili in determinate applicazioni quali ad esempio il taglio di oggetti potenzialmente esplosivi o di oggetti sommersi. Inoltre, con questa tecnologia, una parte non trascurabile dell'energia cinetica accumulata dall'acqua accelerata nell'ugello è dispersa a causa del movimento caotico delle particelle abrasive nel condotto localizzatore dell'ugello. Ciò, peraltro, causa anche una rapida usura di tale condotto che, in genere, dopo poche decine di ore di utilizzo è da sostituire. These devices, although effective and reliable, have some limitations. For example, the presence of air dispersed in the jet delivered by the nozzle makes this type of apparatus not usable in certain applications such as for example the cutting of potentially explosive objects or submerged objects. Furthermore, with this technology, a non-negligible part of the kinetic energy accumulated by the accelerated water in the nozzle is dispersed due to the chaotic movement of the abrasive particles in the nozzle locating duct. This, however, also causes rapid wear of this duct which, in general, must be replaced after a few tens of hours of use.

Diversamente, negli apparati ASJ l'abrasivo e un fluido sono miscelati in una sospensione (denominata "slurry"). In genere il fluido comprende acqua e degli additivi per formare una sospensione che mantiene le particelle abrasive sospese in detto fluido per un certo tempo per evitare che, precipitando verso il basso, possano accumularsi con il rischio di bloccare l'apparato. On the other hand, in the ASJ apparatuses the abrasive and a fluid are mixed in a suspension (called "slurry"). Generally, the fluid comprises water and additives to form a suspension which keeps the abrasive particles suspended in said fluid for a certain time to avoid that, by precipitating downwards, they can accumulate with the risk of blocking the apparatus.

Tale sospensione è quindi pressurizzata e convogliata verso l'ugello. This suspension is then pressurized and conveyed towards the nozzle.

In genere, tali apparati prevedono che solo una parte della portata totale di acqua dell'apparato sia miscelata con l'abrasivo per formare un primo flusso (slurry). Il primo flusso e la restante parte di acqua, confluita in un secondo flusso, sono pressurizzati e inviati verso l'ugello. Generally, such apparatuses foresee that only a part of the total water flow rate of the apparatus is mixed with the abrasive to form a first flow (slurry). The first flow and the remaining part of water, which has flowed into a second flow, are pressurized and sent towards the nozzle.

In alcuni di questi apparati la miscelazione dei due flussi avviene prima dell'ugello, in altri direttamente nella camera di miscelazione dell'ugello. In some of these apparatuses the mixing of the two flows occurs before the nozzle, in others directly in the mixing chamber of the nozzle.

Apparati così configurati superano in parte i limiti dei sistemi AWJ ma, tuttavia, presentano anch'essi alcuni svantaggi. Fra questi, il problema più consistente concerne l'elevata usura provocata dal flusso di abrasivo in sospensione sui vari componenti dell'apparato e in particolare sulle valvole e sui mezzi di pompaggio. Per tale motivo, questi sistemi sono oggi poco diffusi, soprattutto nel settore delle macchine utensili. Devices configured in this way partially overcome the limitations of AWJ systems but, however, also have some disadvantages. Among these, the most consistent problem concerns the high wear caused by the flow of abrasive in suspension on the various components of the apparatus and in particular on the valves and on the pumping means. For this reason, these systems are not very common today, especially in the machine tool sector.

In questo contesto, è scopo della presente invenzione proporre un apparato per il taglio a getto d'acqua che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati. In this context, it is an object of the present invention to propose an apparatus for water jet cutting which overcomes the aforementioned drawbacks of the known art.

È quindi scopo della presente invenzione proporre un apparato per il taglio a getto d'acqua impiegabile senza limitazioni in svariate applicazioni. It is therefore an object of the present invention to propose an apparatus for water jet cutting which can be used without limitations in various applications.

Un altro scopo della presente invenzione è di proporre un apparato per il taglio a getto d'acqua che garantisca una migliore capacità di penetrazione in materiali duri e allo stesso tempo una migliore finitura della superficie lavorata. Another object of the present invention is to propose an apparatus for water jet cutting which guarantees a better ability to penetrate hard materials and at the same time a better finish of the machined surface.

Un altro scopo della presente invenzione è di proporre un apparato per il taglio a getto d'acqua di semplice realizzazione, quindi economico, e che richieda una limitata manutenzione. Another object of the present invention is to propose an apparatus for water jet cutting which is simple to manufacture, therefore inexpensive, and which requires limited maintenance.

Ulteriore scopo della presente invenzione è di mettere a disposizione un apparato per il taglio a getto d'acqua che permetta di ridurre in modo sensibile i costi operativi dell'apparato. A further object of the present invention is to provide an apparatus for water jet cutting which allows to significantly reduce the operating costs of the apparatus.

Oltre ai succitati scopi, è scopo della presente invenzione anche quello di realizzare un apparato per il taglio a getto d'acqua che permetta di ridurre l'impatto ambientale dei materiali di scarto. In addition to the aforementioned purposes, the aim of the present invention is also to provide an apparatus for water jet cutting which allows to reduce the environmental impact of waste materials.

Questi e altri scopi sono raggiunti da un apparato per il taglio a getto d'acqua comprendente: These and other purposes are achieved by a water jet cutting apparatus comprising:

- una sorgente di acqua; - a source of water;

- mezzi di pompaggio, in comunicazione con la sorgente di acqua, per generare un flusso di acqua ad alta pressione; - pumping means, in communication with the water source, for generating a high pressure water flow;

- una sorgente di un materiale abrasivo in sospensione; - a source of an abrasive material in suspension;

e And

- una testa di taglio in comunicazione di fluido con detti mezzi di pompaggio e detta sorgente del materiale abrasivo in sospensione, detta testa di taglio comprendendo una camera di miscelazione per miscelare l'acqua e il materiale abrasivo in sospensione. - a cutting head in fluid communication with said pumping means and said source of the suspended abrasive material, said cutting head comprising a mixing chamber for mixing the water and the suspended abrasive material.

Secondo l'invenzione, la sorgente di materiale abrasivo in sospensione è in comunicazione con detta testa di taglio per mezzo di un canale d'ingresso dell'abrasivo. La testa di taglio è invece configurata per generare una depressione che trascina il materiale abrasivo in sospensione attraverso detto canale d'ingresso dell'abrasivo verso la camera di miscelazione. According to the invention, the source of suspended abrasive material is in communication with said cutting head by means of an abrasive inlet channel. The cutting head, on the other hand, is configured to generate a depression which drags the abrasive material in suspension through said inlet channel of the abrasive towards the mixing chamber.

Il materiale abrasivo in sospensione, differentemente dai sistemi ASJ noti, non è pompato ad altissima pressione verso l'ugello ma è solamente trasportato verso la camera di miscelazione nella quale è intercettato dal getto di acqua ad alta velocità prima di entrare nel condotto focalizzatore. Tale aspirazione è provocata dall'effetto venturi che si crea nella camera di miscelazione quando il flusso di acqua il pressione è fatto passare attraverso uno stretto orifizio prima di sfociare nella suddetta camera di miscelazione. The abrasive material in suspension, unlike the known ASJ systems, is not pumped at very high pressure towards the nozzle but is only transported to the mixing chamber where it is intercepted by the jet of water at high speed before entering the focusing duct. This suction is caused by the Venturi effect which is created in the mixing chamber when the flow of water and pressure is made to pass through a narrow orifice before flowing into the aforementioned mixing chamber.

In tale maniera i componenti dell'apparato sono soggetti a un'usura molto ridotta rispetto a quella che caratterizza i sistemi ASJ noti. In this way the components of the apparatus are subjected to a very low wear compared to that which characterizes known ASJ systems.

Inoltre, grazie all'immissione nella camera di miscelazione dell'ugello delle particelle abrasive in una sospensione fluida, la dispersione di energia causata dal movimento disordinato di dette particelle abrasive, quando intercettate dal getto di acqua in pressione, è ridotta. Ciò permette di aumentare la distanza nella quale il getto di acqua e abrasivo in uscita dall'ugello rimane coeso, vale a dire mantiene una larghezza sostanzialmente costante. Da test effettuati dalla richiedente, l'apparato così configurato garantisce, con la medesima pressione dell'acqua e lo stesso materiale abrasivo, una profondità di taglio più elevata e una migliore finitura superficiale (minore rugosità) rispetto a un sistema tradizionale AWJ. Il flusso più ordinato delle particelle abrasive all'interno del condotto localizzatore, inoltre, permette di ridurre l'usura di tale componente rispetto a un suddetto sistema AWJ. Furthermore, thanks to the introduction into the mixing chamber of the nozzle of the abrasive particles in a fluid suspension, the dispersion of energy caused by the disordered movement of said abrasive particles, when intercepted by the jet of pressurized water, is reduced. This allows to increase the distance in which the jet of water and abrasive leaving the nozzle remains cohesive, that is to say it maintains a substantially constant width. From tests carried out by the applicant, the apparatus thus configured guarantees, with the same water pressure and the same abrasive material, a higher depth of cut and a better surface finish (less roughness) than a traditional AWJ system. The more orderly flow of the abrasive particles inside the localizer duct, moreover, allows to reduce the wear of this component compared to the aforementioned AWJ system.

Secondo un aspetto dell'invenzione, il canale d'ingresso del materiale abrasivo può essere equipaggiato con mezzi di regolazione del flusso del materiale abrasivo in sospensione. According to an aspect of the invention, the inlet channel of the abrasive material can be equipped with means for adjusting the flow of the abrasive material in suspension.

Secondo un altro spetto dell'invenzione, il materiale abrasivo in sospensione può comprendere delle particelle di abrasivo disperse in una sostanza liquida o, preferibilmente, gelatinosa. Vantaggiosamente, detta sostanza gelatinosa può comprende almeno acqua e una sostanza gelificante. According to another aspect of the invention, the abrasive material in suspension can comprise abrasive particles dispersed in a liquid or, preferably, gelatinous substance. Advantageously, said gelatinous substance can comprise at least water and a gelling substance.

Secondo un altro spetto dell'invenzione, il rapporto in volume fra le particelle di abrasivo e la sostanza liquida o gelatinosa nel materiale abrasivo in sospensione è preferibilmente da 1:3 a 1:7. According to another aspect of the invention, the volume ratio between the abrasive particles and the liquid or gelatinous substance in the suspended abrasive material is preferably from 1: 3 to 1: 7.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, detta testa di taglio comprende un condotto focalizzatore del getto (o ugello) con un diametro compreso preferibilmente fra 0,5 mm e 1,3 mm, e una lunghezza compresa preferibilmente fra 100 mm e 200 mm. L'ugello così conformato garantisce una maggiore coesione del getto di acqua e abrasivo erogato, fino a una distanza di circa 60 mm, vale a dire circa cinque volte superiore a quella di un sistema tradizionale AWJ. According to another aspect of the invention, said cutting head comprises a jet focusing duct (or nozzle) with a diameter preferably comprised between 0.5 mm and 1.3 mm, and a length preferably comprised between 100 mm and 200 mm. The nozzle thus shaped guarantees greater cohesion of the water and abrasive jet delivered, up to a distance of about 60 mm, that is to say about five times greater than that of a traditional AWJ system.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, la sorgente del materiale abrasivo in sospensione comprende almeno un serbatoio in comunicazione di fluido con il condotto d'ingresso dell'abrasivo. In una variante preferita, i mezzi di regolazione del flusso sono montati in corrispondenza di un'uscita del materiale abrasivo del suddetto detto serbatoio. Detti mezzi di regolazione possono comprendere, ad esempio, un'apertura, attraverso la quale può fluire il materiale abrasivo in sospensione, e un setto mobile, associato a mezzi di comando, atto a ostruire o liberare in parte o del tutto la suddetta apertura. Tale sistema, particolarmente semplice, permette di dosare in modo rapido la quantità di materiale abrasivo presente nel getto di acqua erogato. Il sistema di regolazione così realizzato permette di tarare l'apparato in modo rapido in funzione del materiale dell'oggetto da lavorare e delle sue dimensioni. According to another aspect of the invention, the source of the suspended abrasive material comprises at least one reservoir in fluid communication with the abrasive inlet duct. In a preferred variant, the flow adjustment means are mounted at an outlet of the abrasive material of the aforesaid said tank. Said adjustment means can comprise, for example, an opening, through which the suspended abrasive material can flow, and a movable partition, associated with control means, able to obstruct or partially or completely free said opening. This particularly simple system allows you to quickly dose the amount of abrasive material present in the jet of water delivered. The adjustment system thus created allows the apparatus to be calibrated quickly according to the material of the object to be machined and its dimensions.

Secondo un altro spetto dell'invenzione l'apparato può comprendere un dispositivo miscelatore per miscelare l'acqua, la sostanza gelificante e le particelle di materiale abrasivo per formare il materiale abrasivo in sospensione. Detto dispositivo miscelatore è preferibilmente equipaggiato con mezzi di pompaggio per trasferire il materiale abrasivo in sospensione nel serbatoio. According to another aspect of the invention, the apparatus can comprise a mixing device for mixing the water, the gelling substance and the particles of abrasive material to form the abrasive material in suspension. Said mixing device is preferably equipped with pumping means for transferring the abrasive material in suspension in the tank.

Secondo un altro spetto dell'invenzione, l'apparato può comprendere mezzi dosatori, associati a detto dispositivo miscelatore, per dosare l'acqua, la sostanza gelificante e le particelle di materiale abrasivo per formare il materiale abrasivo in sospensione. According to another aspect of the invention, the apparatus can comprise metering means, associated with said mixing device, for metering the water, the gelling substance and the particles of abrasive material to form the abrasive material in suspension.

L'apparato così configurato è particolarmente efficace per eseguire lavorazioni in continuo o comunque di durata elevata poiché permette di alimentare alla sorgente un materiale abrasivo in sospensione con caratteristiche costanti durante tutto il processo di lavorazione. The apparatus configured in this way is particularly effective for performing continuous or in any case long-lasting machining operations since it allows to feed an abrasive material in suspension with constant characteristics to the source throughout the machining process.

Secondo un altro spetto dell'invenzione, l'apparato può comprendere: According to another aspect of the invention, the apparatus can comprise:

- un contenitore di raccolta per raccogliere l'acqua e il materiale abrasivo, erogati dalla testa di taglio, e del materiale di scarto della lavorazione; - a collection container to collect the water and the abrasive material, supplied by the cutting head, and the waste material from the processing;

- un sistema recupero e riciclaggio del materiale abrasivo configurato per: - an abrasive material recovery and recycling system configured for:

- prelevare da detto contenitore di raccolta una massa umida di particelle di abrasivo e di materiale di scarto; - taking from said collection container a moist mass of abrasive particles and waste material;

- separare una massa umida di particelle di abrasivo riutilizzabili da una massa umida di particelle di abrasivo non riutilizzabili e di materiale di scarto; - separating a moist mass of reusable abrasive particles from a moist mass of non-reusable abrasive particles and waste material;

- conferire detta massa umida di particelle di abrasivo riutilizzabili nella sorgente del materiale abrasivo in sospensione; - imparting said moist mass of reusable abrasive particles into the source of the suspended abrasive material;

In tal modo, l'apparato permette di riciclare e di immettere nuovamente nel processo di lavorazione il materiale abrasivo ancora impiegabile. Tale fase di riciclo del materiale abrasivo permette di ridurre notevolmente i costi di gestione dell'apparato, sia quelli per l'acquisto del materiale abrasivo sia quelli per il suo smaltimento. In this way, the apparatus allows the abrasive material still usable to be recycled and re-introduced into the manufacturing process. This phase of recycling of the abrasive material allows to considerably reduce the operating costs of the apparatus, both those for the purchase of the abrasive material and those for its disposal.

Il materiale abrasivo più impiegato per il taglio ad acqua è il "garnet", ben noto agli esperti del ramo. Tale materiale da un lato garantisce ottime prestazioni grazie alla sua elevata durezza e resilienza, da un altro lato, però, è particolarmente costoso. Si stima che in media, difatti, il costo per l'acquisto dell'abrasivo garnet può incidere fino al 40% - 60% del costo operativo dell'apparato. The abrasive material most used for water cutting is the "garnet", well known to those skilled in the art. On the one hand, this material guarantees excellent performance thanks to its high hardness and resilience, on the other hand, however, it is particularly expensive. It is estimated that on average, in fact, the cost for the purchase of the garnet abrasive can affect up to 40% - 60% of the operating cost of the device.

Dato che, dopo una lavorazione, una larga percentuale delle particelle abrasive scaricate possiede ancora una dimensione sufficientemente grande da poter essere impiegata in un nuovo ciclo di lavorazione, poter riciclare le suddette particelle è sicuramente auspicabile. Tale percentuale varia in genere fra il 30% e il 70% in funzione della durezza e dello spessore del materiale lavorato. Since, after a processing, a large percentage of the discharged abrasive particles still has a size large enough to be used in a new processing cycle, being able to recycle the aforementioned particles is certainly desirable. This percentage generally varies between 30% and 70% depending on the hardness and thickness of the processed material.

Gli impianti per il riciclaggio dell'abrasivo noti sono provvisti di mezzi per separare ed eliminare, dal materiale prelevato, sia particelle con una dimensione inferiore a una determinata di soglia, le quali possono comprendere particelle polverizzate di abrasivo e del materiale del pezzo lavorato, sia particelle con una dimensione superiore a una determinata soglia che comprendono in genere solo materiale del pezzo lavorato. Known abrasive recycling plants are provided with means for separating and eliminating, from the removed material, both particles with a size lower than a certain threshold, which may include pulverized particles of abrasive and the material of the worked piece, and particles with a size greater than a certain threshold that typically comprise only material of the workpiece.

Le particelle della dimensione corretta, quindi riciclabili, sono essiccate e stoccate per essere di nuovo immesse nel ciclo di lavorazione. The particles of the correct size, therefore recyclable, are dried and stored to be re-introduced into the processing cycle.

In alcuni impianti tale fase di essiccatura precede le fasi di separazione ed è eseguita su tutta la massa di materiale abrasivo prelevato dalla vasca di raccolta. In altri impianti, invece, la separazione delle particelle di abrasive riciclabili avviene prima della fase di essiccatura. In some plants this drying phase precedes the separation phases and is performed on the whole mass of abrasive material taken from the collection tank. In other plants, however, the separation of the recyclable abrasive particles takes place before the drying phase.

Esempi di tali impianti sono descritti ad esempio in WO 9817439 A2 e US 6328638 B1. Examples of such systems are described for example in WO 9817439 A2 and US 6328638 B1.

Impianti di riciclaggio così realizzati sono caratterizzati da un consumo energetico molto elevato, dovuto principalmente alla fase di essiccatura delle particelle. Tale consumo energetico, di fatto, rende la fase di riciclaggio particolarmente costosa al punto tale che il costo dell'abrasivo riciclato è sostanzialmente uguale a quello del materiale acquistato dal produttore. Recycling plants created in this way are characterized by a very high energy consumption, mainly due to the drying phase of the particles. This energy consumption, in fact, makes the recycling phase particularly expensive to the point that the cost of the recycled abrasive is substantially the same as that of the material purchased from the manufacturer.

Nell'apparato della presente invenzione, la massa di materiale abrasivo riciclabile può essere immessa di nuovo nell'apparato ancora umida eliminando la necessità della fase di essiccatura. In the apparatus of the present invention, the mass of recyclable abrasive material can be fed back into the still wet apparatus eliminating the need for the drying step.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione il sistema di recupero e riciclaggio è equipaggiato con mezzi di pompaggio per convogliare detta massa umida di particelle di abrasivo riutilizzabili nel dispositivo miscelatore. According to another aspect of the invention, the recovery and recycling system is equipped with pumping means for conveying said moist mass of reusable abrasive particles into the mixing device.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione di un esempio di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di un apparato per il taglio a getto d'acqua illustrato schematicamente nella figura 1 allegata. Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the description of a preferred but not exclusive embodiment of an apparatus for water jet cutting illustrated schematically in the attached figure 1.

Con riferimento alla figura, con il numero 1 è indicato nel complesso un apparato per il taglio ad acqua. Come accennato più sopra, nel contesto della presente invenzione il termine acqua deve essere interpretato in modo estensivo con riferimento al qualunque liquido, fluido, solido o combinazioni di questi, purché idoneo a essere trattato (compresso, conferito, convogliato) con i normali dispositivi utilizzati per un fluido e in particolare idoneo a essere costretto all'interno di un orifizio di piccole dimensioni quale l'ugello focalizzatore dell'apparato. With reference to the figure, the number 1 generally indicates an apparatus for water cutting. As mentioned above, in the context of the present invention the term water must be interpreted extensively with reference to any liquid, fluid, solid or combinations thereof, as long as it is suitable for being treated (compressed, delivered, conveyed) with the normal devices used. for a fluid and in particular suitable for being forced inside a small orifice such as the focusing nozzle of the apparatus.

L'apparato è quindi fornito di una sorgente di acqua 2 per fornire la suddetta acqua di processo all'apparato. La sorgente di acqua 2 dell'acqua può comprendere un serbatoio oppure una linea di alimentazione continua. Dispositivi di trattamento dell'acqua possono equipaggiare la sorgente 2 per trattare l'acqua di processo per renderla idonea all'impiego in apparati di pompaggio ad alta pressione. Tali dispositivi di trattamento sono ben noti all'esperto del ramo e non saranno descritti più nel dettaglio. Una linea dell'acqua 3 collega la sorgente di acqua 2 a mezzi di pompaggio 4. The apparatus is therefore provided with a source of water 2 to supply the aforementioned process water to the apparatus. The water source 2 of the water can comprise a reservoir or a continuous feed line. Water treatment devices can equip source 2 to treat process water to make it suitable for use in high pressure pumping equipment. Such treatment devices are well known to those skilled in the art and will not be described in more detail. A water line 3 connects the water source 2 to pumping means 4.

Detti mezzi di pompaggio 4 possono comprendere una comune pompa per "waterjet", ad esempio una pompa con intensificatore, una pompa alternativa o una pompa diretta (direct drive) o una pompa servo-elettrica. Said pumping means 4 can comprise a common pump for "waterjet", for example a pump with intensifier, a reciprocating pump or a direct drive pump or a servo-electric pump.

Detti mezzi di pompaggio in genere sono configurati per convogliare l'acqua di processo a una pressione tipicamente compresa fra a 3000 e 6000 Bar. Said pumping means are generally configured to convey the process water at a pressure typically comprised between 3000 and 6000 Bar.

Una linea d'ingresso dell'acqua 5 mette in comunicazione detti mezzi di pompaggio 4 con la testa di taglio 10 dell'apparato. A water inlet line 5 puts said pumping means 4 in communication with the cutting head 10 of the apparatus.

L'apparato 1 comprende inoltre una sorgente, indicata nel complesso con 20, di un materiale abrasivo in sospensione 21. Nella variante illustrata, la sorgente di materiale abrasivo in sospensione 20 (nel seguito anche solo "materiale abrasivo"), comprende un serbatoio 22 nel quale può essere depositato il materiale abrasivo in sospensione 21. Un canale d'ingresso dell'abrasivo 23 mette in comunicazione il serbatoio 22 con la testa di taglio 10. The apparatus 1 also comprises a source, indicated as a whole with 20, of an abrasive material in suspension 21. In the variant illustrated, the source of abrasive material in suspension 20 (hereinafter also only "abrasive material"), comprises a tank 22 in which the abrasive material in suspension 21 can be deposited. An inlet channel of the abrasive 23 puts the tank 22 in communication with the cutting head 10.

Secondo l'invenzione, detto materiale abrasivo in sospensione comprende una sostanza liquida o gelatinosa nella quale sono disperse particelle di materiale abrasivo. Esempi di materiali abrasivi impiegabili nell'apparato dell'invenzione sono garnet, vetro, detriti metallici a base d'alluminio o simili. According to the invention, said abrasive material in suspension comprises a liquid or gelatinous substance in which particles of abrasive material are dispersed. Examples of abrasive materials usable in the apparatus of the invention are garnet, glass, aluminum-based metal debris or the like.

Preferibilmente la sospensione è formata in una sostanza gelatinosa a base di acqua. Più nel dettaglio la sospensione comprende acqua e una sostanza gelificante. Preferably the suspension is formed in a water-based gelatinous substance. More specifically, the suspension comprises water and a gelling substance.

Il rapporto in volume fra la quantità di materiale abrasivo e della sostanza liquida o gelatinosa è preferibilmente da 1:4 a 1:8 e più preferibilmente è da 1:5 a 1:7. The volume ratio between the amount of abrasive material and the liquid or gelatinous substance is preferably from 1: 4 to 1: 8 and more preferably is from 1: 5 to 1: 7.

Secondo l'invenzione, la testa di taglio 10 comprende un corpo 11 nel quale è una camera di miscelazione 12. La camera di miscelazione 12 è in comunicazione di fluido con la linea d'ingresso dell'acqua 5 e con il canale d'ingresso dell'abrasivo 23. According to the invention, the cutting head 10 comprises a body 11 in which there is a mixing chamber 12. The mixing chamber 12 is in fluid communication with the water inlet line 5 and with the inlet channel abrasive 23.

L'acqua in pressione è forzata in un orifizio 13 dal quale sfocia, a velocità molto elevata, nella camera di miscelazione 12. L'elevata velocità genera una depressione nella camera di miscelazione 12 che, a sua volta, aspira il materiale abrasivo in sospensione 21 attraverso il canale d'ingresso dell'abrasivo 23. Il materiale abrasivo in sospensione 21 e il getto di acqua sono quindi miscelati nella camera di miscelazione e, in seguito, convogliati in condotto focalizzatore 14 dal quale è erogato un getto 15 di acqua e materiale abrasivo. The pressurized water is forced into an orifice 13 from which it flows, at very high speed, into the mixing chamber 12. The high speed generates a vacuum in the mixing chamber 12 which, in turn, sucks the abrasive material in suspension 21 through the inlet channel of the abrasive 23. The abrasive material in suspension 21 and the jet of water are then mixed in the mixing chamber and, subsequently, conveyed into the focusing duct 14 from which a jet 15 of water is delivered and abrasive material.

Una testa di taglio idonea è, ad esempio, il modello Dialine prodotto e commercializzato dalla Hyperterm Inc. o il modello Slice Two prodotto e commercializzato dalla Diamond Technology Innovations. A suitable cutting head is, for example, the Dialine model produced and marketed by Hyperterm Inc. or the Slice Two model produced and marketed by Diamond Technology Innovations.

Vantaggiosamente, secondo l'invenzione, tale ugello è equipaggiato con un condotto focalizzatore del getto con una lunghezza compresa preferibilmente fra 100 mm e 200 mm e più preferibilmente compresa fra 140 mm e 160 mm. L'ugello così configurato crea un getto di acqua e materiale abrasivo in grado di rimanere coeso per una distanza maggiore rispetto a quella di un tradizionale sistema AWJ permettendo a tale getto una profondità di taglio più elevata a parità di materiale lavorato. Advantageously, according to the invention, this nozzle is equipped with a jet focusing duct with a length preferably between 100 mm and 200 mm and more preferably between 140 mm and 160 mm. The nozzle configured in this way creates a jet of water and abrasive material capable of remaining cohesive for a greater distance than that of a traditional AWJ system, allowing this jet a higher depth of cut for the same material processed.

Secondo una variante preferita, detto condotto focalizzatore comprende due porzioni unite fra loro da un mezzo di raccordo (non illustrato). In questo modo è possibile impiegare, come porzioni, focalizzatori di lunghezza standard inferiore, più diffusi e meno costosi. Inoltre, poiché la porzione più prossima all'uscita del getto è soggetta maggiore usura, dette porzioni possono essere invertite dopo un certo tempo di lavoro prolungando la vita del focalizzatore prima della sostituzione. According to a preferred variant, said focusing duct comprises two portions joined together by a connecting means (not shown). In this way it is possible to use, as portions, focusers of a shorter standard length, more common and less expensive. Furthermore, since the portion closest to the outlet of the jet is subject to greater wear, said portions can be reversed after a certain working time, extending the life of the focuser before replacement.

Focalizzatori idonei sono ad esempio i modelli Roctec 100 o Roctec 500 prodotti e commercializzati dalla Kennametal Inc. Suitable focusers are for example the Roctec 100 or Roctec 500 models manufactured and marketed by Kennametal Inc.

Per regolare la quantità del materiale abrasivo in sospensione 21 immesso nella camera di miscelazione 12, l'apparato è equipaggiato con mezzi regolatori di flusso 27. Detti mezzi regolatori di flusso 27 comprendono preferibilmente un setto mobile collocato sul canale d'ingresso dell'abrasivo 23 o, preferibilmente, direttamente sull'uscita dell'abrasivo sul serbatoio 22. To regulate the quantity of the suspended abrasive material 21 introduced into the mixing chamber 12, the apparatus is equipped with flow regulating means 27. Said flow regulating means 27 preferably comprise a movable septum located on the abrasive inlet channel 23. or, preferably, directly on the abrasive outlet on the tank 22.

Il setto mobile, allargando o restringendo la sezione dell'apertura di passaggio del flusso di materiale abrasivo, regola la portata di tale materiale convogliata verso la camera di miscelazione per l'effetto della depressione. The movable septum, by widening or narrowing the section of the passage opening for the flow of abrasive material, regulates the flow rate of this material conveyed towards the mixing chamber due to the effect of the depression.

Il setto mobile è manovrabile in modo manuale oppure per mezzo di un attuatore elettrico o pneumatico a esso associato. The movable partition can be operated manually or by means of an electric or pneumatic actuator associated with it.

In una variante preferita dell'invenzione, l'apparato è equipaggiato con un dispositivo miscelatore 24 per miscelare le particelle di abrasivo e la sostanza liquida o gelatinosa per formare il materiale abrasivo in sospensione 21. Vantaggiosamente, detto dispositivo miscelatore 24 è in comunicazione con il serbatoio 22. In a preferred variant of the invention, the apparatus is equipped with a mixing device 24 for mixing the abrasive particles and the liquid or gelatinous substance to form the abrasive material in suspension 21. Advantageously, said mixing device 24 is in communication with the tank 22.

Una pompa 25, se prevista, può alimentare direttamente il materiale abrasivo in sospensione all'interno di detto serbatoio. A pump 25, if provided, can directly feed the abrasive material suspended inside said tank.

Secondo un altro modo di realizzazione dell'invenzione, l'apparato comprende mezzi dosatori 26 associati a detto dispositivo miscelatore 24 per dosare almeno l'acqua, la sostanza gelificante e, eventualmente, le particelle di materiale abrasivo per formare il materiale abrasivo in sospensione. According to another embodiment of the invention, the apparatus comprises metering means 26 associated with said mixing device 24 for metering at least the water, the gelling substance and, optionally, the particles of abrasive material to form the abrasive material in suspension.

Preferibilmente, la percentuale in volume della sostanza gelificante nell'acqua è compresa fra lo 0,5% e il 5% e più preferibilmente è circa il 3%. Preferably, the volume percentage of the gelling substance in the water is comprised between 0.5% and 5% and more preferably it is about 3%.

Secondo un'altra variante dell'invenzione, l'apparato è equipaggiato con un sistema recupero e riciclaggio del materiale abrasivo, indicato nel complesso con 30. According to another variant of the invention, the apparatus is equipped with a recovery and recycling system for the abrasive material, indicated as a whole with 30.

Secondo l'invenzione, tale sistema di riciclaggio comprende un dispositivo di recupero 32 configurato per prelevare una massa umida di particelle di abrasivo e di materiale di scarto da un contenitore di raccolta 31, posto in una zona inferiore all'ugello, nel quale sono raccolti l'acqua di processo e il materiale abrasivo, del getto 15, oltre del materiale di scarto della lavorazione. Un dispositivo di recupero idoneo è descritto ad esempio in US 6299510 B1. According to the invention, this recycling system comprises a recovery device 32 configured to take a wet mass of abrasive particles and waste material from a collection container 31, located in an area below the nozzle, in which they are collected the process water and the abrasive material, of the jet 15, as well as the waste material of the processing. A suitable recovery device is described for example in US 6299510 B1.

Secondo l'invenzione il sistema di riciclaggio comprende anche dei mezzi separatori 33 atti separare la massa umida di particelle di abrasivo riutilizzabili dalla massa umida di particelle di abrasivo non riutilizzabili e di materiale di scarto. According to the invention, the recycling system also comprises separator means 33 for separating the wet mass of reusable abrasive particles from the wet mass of non-reusable abrasive particles and waste material.

In particolare, tali mezzi separatori 33 sono configurati per separare particelle con una dimensione superiore a un certo valore, comprendenti scarti di lavorazione del pezzo, e particelle con una dimensione inferiore a una certa soglia, comprendenti sia scarti di lavorazione, sia particelle di materiale abrasivo frantumate. Tali prodotti sono convogliati in un contenitore di scarti 36 per essere correttamente smaltiti. In particular, these separator means 33 are configured to separate particles with a size greater than a certain value, including processing waste from the piece, and particles with a size below a certain threshold, including both processing waste and particles of abrasive material. shattered. These products are conveyed to a waste container 36 to be properly disposed of.

Tipicamente, i mezzi separatori 33 comprendono un dispositivo ciclone 34, eventualmente associato a un dispositivo di filtraggio 35. Typically, the separator means 33 comprise a cyclone device 34, possibly associated with a filtering device 35.

Tali dispositivi sono noti al tecnico del settore e non saranno quindi descritti maggiormente nel dettaglio. Such devices are known to those skilled in the art and will therefore not be described in more detail.

La massa umida di particelle di abrasivo riutilizzabili può quindi essere stoccata in una vasca di raccolta 37 oppure convogliata verso la sorgente del materiale abrasivo in sospensione 20, ad esempio per mezzo di una coclea o mezzi di pompaggio equivalenti. The moist mass of reusable abrasive particles can then be stored in a collection tank 37 or conveyed to the source of the suspended abrasive material 20, for example by means of an auger or equivalent pumping means.

Vantaggiosamente, tale massa umida di particelle di abrasivo riutilizzabili può essere convogliata direttamente nel dispositivo miscelatore 24 per la produzione di altro materiale abrasivo in sospensione da impiegare nel processo di lavorazione. Advantageously, this moist mass of reusable abrasive particles can be conveyed directly into the mixing device 24 for the production of other suspended abrasive material to be used in the manufacturing process.

Secondo questa variante, ulteriori mezzi dosatori sono preferibilmente previsti per controllare la quantità di materiale abrasivo riciclato immessa nel dispositivo miscelatore 24. According to this variant, further metering means are preferably provided to control the amount of recycled abrasive material introduced into the mixing device 24.

Con il sistema di riciclaggio così configurato è possibile riciclare dal 30% fino al 70% del materiale abrasivo impiegato, in funzione della durezza del materiale e dello spessore del pezzo lavorato. With the recycling system configured in this way, it is possible to recycle from 30% up to 70% of the abrasive material used, depending on the hardness of the material and the thickness of the workpiece.

Grazie alla reimmissione della massa di particelle abrasive riutilizzabili umide, il sistema di riciclaggio è particolarmente vantaggioso dal punto di vista dei costi di gestione, rendendo conveniente il recupero e riciclaggio anche per gli utilizzatori degli apparati per il taglio ad acqua. Thanks to the reintroduction of the mass of wet reusable abrasive particles, the recycling system is particularly advantageous from the point of view of management costs, making recovery and recycling convenient even for users of water cutting equipment.

L'invenzione è stata descritta a scopo illustrativo e non limitativo, secondo alcune forme preferite di attuazione. Il tecnico esperto del settore potrà trovare numerose altre forme di attuazione e varianti, tutte ricadenti nell'ambito di protezione delle rivendicazioni che seguono. The invention has been described for illustrative and non-limiting purposes, according to some preferred embodiments. The person skilled in the art will be able to find numerous other embodiments and variants, all of which fall within the protection scope of the following claims.

Claims (13)

RIVENDICAZIONI 1. Apparato per il taglio ad acqua comprendente: - una sorgente di acqua (2); - mezzi di pompaggio (4), in comunicazione con la sorgente di acqua, per generare un flusso di acqua ad alta pressione; - una sorgente (20) di un materiale abrasivo in sospensione (21); - una testa di taglio (10) in comunicazione di fluido con detti mezzi di pompaggio (4) e detta sorgente del materiale abrasivo in sospensione (20), detta testa di taglio comprendendo una camera di miscelazione (12) per miscelare l'acqua e il materiale abrasivo in sospensione; caratterizzato dal fatto che detta sorgente del materiale abrasivo in sospensione (21) è in comunicazione con detta testa di taglio (10) per mezzo di un canale d'ingresso dell'abrasivo (23), detta testa di taglio essendo configurata per generare una depressione che trascina il materiale abrasivo (21) in sospensione attraverso detto canale d'ingresso dell'abrasivo (23) verso la camera di miscelazione (12). CLAIMS 1. Apparatus for water cutting comprising: - a source of water (2); - pumping means (4), in communication with the water source, to generate a high pressure water flow; - a source (20) of an abrasive material in suspension (21); - a cutting head (10) in fluid communication with said pumping means (4) and said source of the abrasive material in suspension (20), said cutting head comprising a mixing chamber (12) for mixing the water and the abrasive material in suspension; characterized in that said source of the suspended abrasive material (21) is in communication with said cutting head (10) by means of an abrasive inlet channel (23), said cutting head being configured to generate a depression which drags the abrasive material (21) in suspension through said abrasive inlet channel (23) towards the mixing chamber (12). 2. Apparato, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il canale d'ingresso del materiale abrasivo (23) è equipaggiato con mezzi di regolazione di flusso (27) del materiale abrasivo in sospensione (21). 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the inlet channel of the abrasive material (23) is equipped with means for regulating the flow (27) of the abrasive material in suspension (21). 3. Apparato, secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto materiale abrasivo in sospensione comprende delle particelle di abrasivo disperse in una sostanza liquida o gelatinosa. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that said abrasive material in suspension comprises abrasive particles dispersed in a liquid or gelatinous substance. 4. Apparato, secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta sostanza gelatinosa comprende almeno acqua e una sostanza gelificante. 4. Apparatus according to claim 3, characterized in that said gelatinous substance comprises at least water and a gelling substance. 5. Apparato, secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il rapporto in volume fra delle particelle di abrasivo e la sostanza liquida o gelatinosa è da 1:4 a 1:8. 5. Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that the volume ratio between the abrasive particles and the liquid or gelatinous substance is from 1: 4 to 1: 8. 6. Apparato, secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta testa di taglio (10) comprende un condotto focalizzatore (14) del getto con un diametro compreso fra 0,4 mm e 1,5 mm, e una lunghezza compresa fra 100 mm e 200 mm. 6. Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that said cutting head (10) comprises a focusing duct (14) of the jet with a diameter comprised between 0.4 mm and 1.5 mm, and a length comprised between 100 mm and 200 mm. 7. Apparato, secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta sorgente (20) del materiale abrasivo in sospensione (21) comprende almeno un serbatoio (22) in comunicazione di fluido con il condotto d'ingresso dell'abrasivo (23). 7. Apparatus, according to any one of the preceding claims, characterized in that said source (20) of the abrasive material in suspension (21) comprises at least one reservoir (22) in fluid communication with the inlet duct of the abrasive (23 ). 8. Apparato, secondo la rivendicazione 2 e 7, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di regolazione del flusso (27) sono montati in corrispondenza di un'uscita del materiale abrasivo di detto serbatoio (22). 8. Apparatus according to claims 2 and 7, characterized in that said flow adjustment means (27) are mounted at an outlet of the abrasive material of said tank (22). 9. Apparato, secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di regolazione del flusso (27) comprendono un'apertura, attraverso la quale può fluire il materiale abrasivo in sospensione, e un setto mobile, associato a mezzi di comando, atto a ostruire o liberare in parte o del tutto la suddetta apertura. 9. Apparatus, according to claim 8, characterized in that said means for regulating the flow (27) comprise an opening, through which the abrasive material in suspension can flow, and a movable septum, associated with control means, adapted to obstruct or partially or completely free the aforementioned opening. 10. Apparato, secondo la rivendicazione 3 e da 7 a 9, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo miscelatore (24) per miscelare l'acqua, la sostanza gelificante e le particelle di materiale abrasivo per formare il materiale abrasivo in sospensione (21). 10. Apparatus according to claims 3 and 7 to 9, characterized in that it comprises a mixing device (24) for mixing the water, the gelling substance and the particles of abrasive material to form the abrasive material in suspension (21) . 11. Apparato, secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi dosatori (26), associati a detto dispositivo miscelatore (24), per dosare le quantità di acqua, di sostanza gelificante e di particelle di materiale abrasivo per formare il materiale abrasivo in sospensione (21). 11. Apparatus, according to claim 10, characterized in that it comprises metering means (26), associated with said mixing device (24), for metering the quantities of water, gelling substance and particles of abrasive material to form the abrasive material in suspension (21). 12. Apparato, secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere: - un contenitore di raccolta (31) per raccogliere l'acqua e il materiale abrasivo, erogati dalla testa di taglio (10), e del materiale di scarto della lavorazione; - un sistema recupero e riciclaggio (30) del materiale abrasivo configurato per: - prelevare da detto contenitore di raccolta (31) una massa umida di particelle di abrasivo e di materiale di scarto; - separare una massa umida di particelle di abrasivo riutilizzabili da una massa umida di particelle di abrasivo non riutilizzabili e di materiale di scarto; - conferire detta massa umida di particelle di abrasivo riutilizzabili nella sorgente (20) del materiale abrasivo in sospensione; 12. Apparatus, according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises: - a collection container (31) to collect the water and the abrasive material, delivered by the cutting head (10), and the waste material from the processing; - a recovery and recycling system (30) of the abrasive material configured for: - taking from said collection container (31) a moist mass of abrasive particles and waste material; - separating a moist mass of reusable abrasive particles from a moist mass of non-reusable abrasive particles and waste material; - imparting said moist mass of reusable abrasive particles into the source (20) of the abrasive material in suspension; 13. Apparato, secondo la rivendicazione 10 e 12, caratterizzato dal fatto che detto sistema di recupero e riciclaggio (30) è equipaggiato con mezzi di trasporto per convogliare detta massa umida di particelle di abrasivo riutilizzabili nel dispositivo miscelatore (24).13. Apparatus according to claims 10 and 12, characterized in that said recovery and recycling system (30) is equipped with transport means for conveying said moist mass of reusable abrasive particles into the mixing device (24).
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