Design of a novel abrasive feeding system for superfine abrasive waterjet applications

This Research theme presents a solution to abrasive feeding problems in micro abrasive waterjet (µAWJ) technology that guarantees the abrasive flow rate steadiness. A reliable abrasive feeding system gives the possibility to improve the cutting quality in µAWJ, where the low abrasive mass flow rate values make crucial its fine control to meet the required tolerances. A first solution using a “dry” abrasive feeding system was developed at Politecnico di Milano to handle low abrasive mass flow rates through a vibrating lamina, but it is still affected by severe issues linked to abrasive hygroscopicity and to the influence of gravity. This device is taken as reference to evaluate the performances of a novel system. In the new device, a slurry composed by gel and fine abrasive (#200 mesh and #350 mesh) for µAWJ is created to overcome the hygroscopicity issue often causing the cutting head clogging. A custom-designed feeding system is developed exploiting a single piston pump to push the slurry towards the cutting head through a dedicated injection system, thus overcoming the gravity related issues. The performances of both the systems (dry and gel) are compared through experimental campaigns designed according to DOE rules on 5 mm thick aluminum plates. The cutting tests are performed at Politecnico di Milano and at WatAJet Srl through evaluated the systems effectiveness on different machines, finally demonstrating the gel solution superior performances also on long lasting features.

Lo scopo di questo progetto è ricercare una soluzione ai problemi di adduzione dell’abrasivo nel taglio a micro getto d’acqua (µAWJ), che garantisca una portata di abrasivo costante. Un sistema di adduzione dell’abrasivo affidabile dà la possibilità di migliorare la qualità di taglio nel µAWJ, dove le basse portate massiche di abrasivo rendono cruciale un suo controllo preciso per soddisfare le tolleranze richieste. Una prima soluzione, usando un sistema di adduzione con abrasivo “asciutto”, è stata sviluppata presso il Politecnico di Milano per gestire basse portate massiche di abrasivo tramite una lamina vibrante. Questo sistema, però, è ancora affetto da gravi problemi connessi all’igroscopicità dell’abrasivo e all’influenza dello stesso. Questo dispositivo viene preso come riferimento per valutare le prestazioni di un nuovo sistema. Nel nuovo dispositivo, è stata creata una miscela composta da gel e abrasivo fine (mesh #200 e mesh #350) per il µAWJ per superare i problemi legati all’igroscopicità, spesso causa di intoppi nella testa di taglio. È stato sviluppato un sistema di adduzione progettato su misura sfruttando una pompa a pistone singolo per spingere la miscela verso la testa di taglio attraverso un apposito sistema di iniezione, superando così i problemi legati alla gravità. Vengono confrontate le prestazioni di entrambi i sistemi (secco e gel) attraverso campagne sperimentali progettate in base alle leggi del DOE su provini di alluminio spessi 5 mm. Le prove di taglio vengono eseguite presso il Politecnico di Milano e alla WatAJet Srl tramite la valutazione dell'efficacia dei sistemi su macchine diverse, dimostrando infine che la soluzione gel presenta prestazioni superiori anche nella realizzazione di pezzi dalla durata di lavorazione più lunga.