Abrasieve waterjet-bewerking: principes, toepassingen en industriële impact

Waterjetsnijden is een specialistische technologie gebruikt in een grote verscheidenheid aan industrieën van mijnbouw tot voedselverwerking, daterend vanaf rond 1850. In de jaren 60 en 70 werden grote vooruitgang geboekt niet alleen in de technologie en ontwerp, maar ook de productiemethoden van deze hoge-drukpompen. In 1990 werd een hoge-druk waterjetstraal gemengd met een abrasief materiaal en een nieuwe revolutie in vormsnijden werd geboren: abrasieve waterjet-bewerking. Deze ontdekking van toegevoegd abrasief (graniet) aan de hoge-drukstraal veranderde die straal in een nauwkeurig slijpgereedschap dat door ELK materiaal dat het in contact komt kan snijden. Over het volgende decennium werd het proces verfijnd tot een precisiesnijtechnologie voor niet alleen bladmetaal maar letterlijk elk materiaal. Waterjet kan veel materialen verwerken zoals staal, aluminium, kunststoffen, hout, tapijt, schuim, tegels, steen, en letterlijk alles wat u kunt aanraken.

Beperkingen van waterjetsnijden

Hoewel er veel voordelen zijn, zijn er een paar regels en materiaalomstandigheden die ook genoteerd moeten worden. Ten eerste, een waterjet moet helemaal DOOR een materiaal gaan omdat, algemeen gesproken, etsen en abrasieve bewerking tot een gecontroleerde diepte niet met enige nauwkeurigheid mogelijk is. Onderbroken sneden, zoals gaten tussen wanden en buizen, zijn doorgaans geen geschikte toepassingen voor waterjets omdat de jetstraal niet meer gecontroleerd is wanneer hij uit de eerste muur in de ruimte tussen muren verlaat – wat een wijd "hagel" type patroon creëert aan de tegenoverliggende muur.

Laminaten zijn een problematisch materiaal voor waterjets, maar alleen bij het doorboren. Dit is omdat wanneer de jetstraal door het materiaal slijpt/graaft (in een blind gat), het ook probeert de lagen uit elkaar te trekken. Hoewel er enkele lage-druk benaderingen zijn voor deze materialen, zijn ze niet 100% betrouwbaar. Dus, de beste methode is om een startergat te boren voor laminaatbewerking. Gehard glas, bros keramiek, en vergelijkbare materialen zijn ook problematisch omdat ze neigen te scheuren zodra spanning wordt vrijgegeven door de snijactie van het proces.

Voordelen van waterjetsnijmachines

Nu we hebben besproken wat te vermijden op een waterjet, kunnen we uitdrukken dat de rest van de productiewereld en materialen wijd open zijn en gemakkelijk bewerkt kunnen worden door het abrasieve waterjet-bewerkingsproces. De gemakkelijkheid van bediening van een waterjetsnijsysteem maakt het ook zeer aantrekkelijk voor zowel beginnende als expertwerkplaatsen. Typisch is de enige informatie die vereist is voor een waterjet het vormbestand in een eenvoudig DXF-formaat – dan voert de operator het type, de dikte, en de precisie van de gewenste snede in. Vanwege de eenvoud en flexibiliteit zijn er nu veel bedrijven die hun bestaande operatiemethoden vervangen of aanvullen met waterjetsnijmethodes omdat dit een nauwkeurige methode is voor snijden die geen gevaarlijke rookgassen of afval produceert en GEEN thermisch proces is. Dit betekent dat onderdelen gemaakt van warmtegevoelige materialen zoals de meeste kunststoffen niet beschadigd of vernietigd worden in het bewerkingsproces. Vandaag de dag is waterjettechnologie capabel van snijddrukken in excess van 90.000 PSI (90kpsi).

Waterjets worden gedefinieerd door drie majeure factoren:

1. Tafel/verplaatsingsgrootte of capaciteit;
2. Snijddruk; en
3. Snijvermogen (pk).

Een typisch waterjetsysteem zal een tafelverplaatsing van 5' x 10' of 6' x 12' hebben met een werkdruk van 60.000 psi (60kpsi) aangedreven door een 30 pk elektrisch aangedreven hydraulische pomp om die druk te produceren. Pompdruk – en het volume water geproduceerd bij die druk – kan een grote impact hebben op niet alleen de prestaties van de machine, maar ook op de operationele kosten van de machine. Een pomp die werkt op 40kpsi druk kan een paar dollar minder per uur kosten om te draaien, maar kan letterlijk twee keer zo lang duren om hetzelfde onderdeel met dezelfde kwaliteit te snijden als diezelfde machine die op 60kpsi werkt, wat de productiekosten verdubbelt. In een ander voorbeeld, een pomp die 60kpsi produceert bij 30 pk levert 0,6 gallon per minuut (GPM) geperst water op. Dezelfde machine die op dezelfde druk (60kpsi) werkt maar een 60 pk pomp gebruikt, levert 1,2 GPM geperst snijwater op, wat de operator in staat stelt de snijsnelheden voor het exactezelfde onderdeel, tot de exacte dezelfde toleranties, met 40% te verhogen.

Pompen

Er zijn twee grote pomptypen beschikbaar voor aankoop of vervanging op een waterjetsysteem. Bei weitem zijn Intensifier-pompen populairder geweest door de verhoogde snijsnelheden, constante werkdruk en betrouwbaarheid. Hieronder volgt een beschrijving van de pomptypen beschikbaar voor rechte water- en abrasieve waterjetsnijtoepassingen:

Directe aandrijving (Direct Drive)

Typisch worden drie zuigers aangedreven door een elektrische (of benzine/diesel) motor – die een krukas draait en tot 55kpsi produceert. De majeure voordelen van dit pomptype zijn:

• De lagere investeringskosten van de pomp,
• Geen koelwater vereist,
• Geen prestatieverlies door de aandrijving via een oliehydraulisch systeem, en
• Het volume hoge-druk water dat gecreëerd wordt is hoger dan dat van een intensifier-stijl pomp.

De nadelen van deze stijl pomp zijn dat de druk geleidelijk elk uur daalt vanaf het moment dat de pomp aangezet wordt, naarmate de afdichtingen en interne pomponderdelen verslijten, wat de snijsnelheid en afwerking beïnvloedt. Deze pomp heeft ook meer interne slijtageonderdelen wat iets hogere onderhoudsdowntime en kosten vereist.

Intensifier (Versterker)

In deze pomp produceert een elektrische (of benzine/diesel) motor hydraulische oliedruk van (typisch) 3kpsi of hoger. Deze geperste olie wordt dan overgebracht naar een cylinder die een zuiger heen en weer drijft. De zuiger is verbonden met een plunger die 20x kleiner is dan de zuiger. Hoge-druk afdichtingen scheiden de olie in de zuigerkamer van het water in de plunger-kamer. De verschillende verhoudingen in diameter tussen de zuiger en plunger creëren het effect van intensificatie en dus zal de 3kpsi hydraulische oliedruk 60kpsi waterdruk creëren. De majeure voordelen van deze stijl pomp zijn dat de druk hoger en consistenter is, wat toelaat voor verhoogde snijsnelheden en betrouwbare snijafwerkingen. Het nadeel is dat deze pomp koelwater voor de hydraulische olie vereist en iets minder elektrisch efficiënt is.

Beide typen hoge-drukpompen kunnen ingezet worden om te snijden met recht water of abrasief waterjet. Elke abrasieve waterjetmachine kan gebruikt worden als een recht-water machine door simpelweg het abrasieve mengsel te elimineren. Echter, machines ontworpen voor recht-water snijoperaties kunnen significante modificaties vereisen om abrasieve bewerkingsmethoden te gebruiken. Typische toepassingen voor elk zijn hieronder vermeld:

• Recht water: Gebruikt voor toepassingen die met een mes of schaar gesneden kunnen worden zoals voedselverwerking, papier, tapijt, schuim, glasvezelisolatie, pakkingen, etc.
• Abrasieve straalbewerking: Metalen, kunststoffen, tegels, steen, granieten, en alle andere materialen die niet gemakkelijk gesneden kunnen worden.
• Verwerkbare materialen: Staal, aluminium, roestvrije stalen, koper, messing, kunststoffen, schuim, pakkingen, isolatie, tapijt, glas, tegels, steen, hout, etc.

Populaire waterjetfabrikanten zijn Bystronic, Calypso, Esab, Flow, Omax, Jet Edge, Ward Jet, Hydra Jet, Romeo Engineering, Wardjet, en KMT. Als u meer wilt leren over waterjets of andere fabricageapparatuur, bekijk dan de bron hieronder, of neem contact met ons op.