Waterstraalbewerking: Principes, Toepassingen en Voordelen

Wat is Waterstraalbewerking?

Waterstraalbewerking (WJM), ook bekend als waterstraalsnijden, is een niet-traditioneel bewerkingsproces dat een hoge-snelheids waterstraal gebruikt om materialen van het oppervlak van het werkstuk te verwijderen.

Waterstralen worden in dit proces gebruikt, die fungeren als een apparaat in de vorm van een waterzaag. Het water wordt snel opgetrokken en op het doelwerkstuk gericht in dit proces. Het is in staat om abrasieve deeltjes gemengd in waterstraal materialen en sommige metalen met hoge snelheid en druk te gebruiken. Sommige processen gebruiken geen abrasieven, en deze worden zuivere waterstraalbewerkingsprocessen genoemd.

Dit bewerkingsproces gebruikt waterdruk variërend van 200 MPa tot 400 MPa. De druk varieert afhankelijk van het werkstuk waaruit het materiaal moet worden geëxtraheerd. Dit proces is vergelijkbaar met het natuurlijke fenomeen van watererosie. Het wordt primair gebruikt om materialen van non-metalische en zachte werkstukken te verwijderen zoals kunststoffen, rubber, en glas. In dit proces wordt een hoge-snelheids waterstraal gebruikt om materialen van het werkstuk te verwijderen. De basisprincipes van dit proces zijn dat de kinetische energie van de waterstraal moet worden omgezet in drukenergie om het materiaal van het werkstuk te verwijderen.

Wanneer een waterstraal met een werkstuk botst met kinetische energie, wordt de kinetische energie omgezet in drukenergie. Deze geperrigeerde energie zal spanning op het werkstuk veroorzaken, en als gevolg zal het spanning materiaal beginnen te verplaatsen van het werkstuk.

Werkingsprincipe van Waterstraalbewerking

Het werkingsprincipe van waterstraalbewerking is gebaseerd op watererosie. Het materiaal wordt uitgepoten wanneer een hoge-snelheids waterstraal het oppervlak treft. Zachte materialen worden bewerkt met zuivere waterstralen. Om harde materialen te snijden, worden echter sommige abrasieve deeltjes met water gemengd voor bewerking, wat bekend is als AWJM (Abrasieve Waterstraalbewerking).

Onderdelen van Waterstraalbewerking

Het sleutel element in waterstraalbewerking (WJM) is een waterstraal.

1. Reservoir

Een waterreservoir wordt gebruikt voor het opslaan van water dat tijdens het bewerkingsproces wordt gebruikt. Het reservoir bevindt zich doorgaans enigszins boven de gehele opstelling. Dit wordt gedaan om een continue en ononderbroken stroom water te garanderen.

2. Hydraulische Pomp

De hydraulische pomp wordt aangedreven door een 30-kilowatt (kW) elektrische motor en levert olie met drukken tot 117 bar om een heen-en-weer bewegende zuigerpomp, een intensifier, aan te drijven. De hydraulische pomp biedt volledige flexibiliteit voor waterstraalsnijden en reinigingsapplicaties. Het ondersteunt ook enkele of meerdere snijstations voor verhoogde bewerkingsproductiviteit.

3. Hydraulische Intensifier

De intensifier accepteert water bij lage druk (typisch 4 bar) en blaatst het, via een accumulator, bij hogere drukken tot 3000 tot 4000 bar uit. De intensifier zet de energie van de lage-druk hydraulische vloeistof om in ultra-hoogdruk water. Het hydraulische systeem levert vloeistofvermogen aan een heen-en-weer bewegende zuiger in het centrumgedeelte van de intensifier.

4. Accumulator

De accumulator handhaaft de continue stroom van het hoogdruk water en elimineert drukfluctuaties. Het steunt op de comprimeerbaarheid van water (12 procent bij 3800 bar) om een uniforme uittreksdruk en waterstraalsnelheid te handhaven, wanneer de intensifier zuiger zijn richting verandert.

5. Hoogdrukleiding

Hoogdrukleiding transporteert geperrigeerd water naar het snijhoofd. Typische buisdiameters zijn 6 tot 14 mm. De apparatuur staat flexibele beweging van het snijhoofd toe. De snijactie wordt handmatig of via een afstandsbedieningsklep, speciaal ontworpen voor dit doel, gecontroleerd.

6. Mondstuk

In waterstraalbewerking is het een apparaat dat de drukenergie van water omzet in kinetische energie. Het mondstuk in dit geval zet de druk van de waterstraal om in een hoge-snelheidsbundel waterstraal. Om erosie te voorkomen, is de mondstukpunt gemaakt van robijn of diamant.

7. Regulatieklep

Deze regulatieklep regelt zowel de druk als de stroom van het water en leidt het naar de stroomregelaar. De drukenergieën worden op dit punt omgezet in kinetische energie.

8. Stroomregelaar

Een stroomregelaar regelt de stroom van water afkomstig van de regulatieklep. Na het aanpassen van de stroomregelaar, zal het water door het mondstuk passeren, waarbij de hoge druk van het water omgezet wordt in hoge-snelheids water.

9. Vanger

De vanger fungeert als een reservoir voor het verzamelen van de bewerkingsresten meegesleept in de waterstraal. Bovendien vermindert het de geluidsniveaus (105 decibel (dB)) geassocieerd met de vermindering van de snelheid van de waterstraal van Mach 3 tot subsonische niveaus.

Werking van Waterstraalbewerking

Eerst wordt een pomp gebruikt om water met een hoge snelheid over te brengen. Het water treedt de intensifier in bij lage druk en wordt overgebracht naar de accumulator bij een hoge druk van ongeveer 3800 bar. De accumulator is een apparaat dat tijdelijk hoogdruk water opslaat.

Het accumulator hoogdruk water wordt overgebracht naar een regulatieklep, die de richting van het water controleert. De regulatieklep zet waterdrukenergie om in kinetische energie, converterend hoogdruk water naar hoge-snelheids water, wat dan naar de stroomregelaar wordt gestuurd.

De stroomregelaar regelt de stroomsnelheid van het water en leidt het naar het mondstuk. De kinetische energie van het water neemt aanzienlijk toe in het mondstuk, en het mondstuk produceert hoge-snelheids water. Het water verlaat dan het gat en wordt gericht naar het werkstuk. Wanneer de waterstraal het werkstuk bereikt, wordt de kinetische energie terug omgezet in drukenergie, en het werkstuk is onder volle druk.

Deze druk van de waterstraal zal enkele breuken veroorzaken op het deel van het werkstuk waar de waterstraal ligt, evenals enkele scheuren in het oppervlak van het werkstuk, en naarmate de waterstraal het oppervlak van het werkstuk voor een langere periode blijft treffen. De scheur zal verdiepen, en het materiaal zal van het werkstuk worden verwijderd.

Het geëxtraheerde materiaal wordt door water weggevoerd. Na het verwijderen van het materiaal, wordt het water dat het materiaal snijdt verzameld voor later gebruik. Deelen van de spanen gesneden met dit proces zullen in het materiaal in dit water aanwezig zijn. Dit water zal naar verdere zuivering gestuurd worden, of het kan via het gehele straalbewerkingsproces opnieuw samengesteld worden.

Voordelen en Nadelen van Waterstraalbewerking

Voordelen

• Het heeft multidirectionele snijcapaciteit.
• Geen warmte wordt geproduceerd.
• Sneden kunnen op elke locatie gestart worden zonder de noodzaak voor voorgeboorde gaten.
• Benatting van het werkstukmateriaal is minimaal.
• Er is geen afbuiging voor de rest van het werkstuk.
• De graat geproduceerd is minimaal.
• Het gereedschap slijft niet en hoeft daarom niet gescherpt te worden.
• Het proces is milieuvriendelijk.
• Gevaarlijke luchtgetragen stofverontreiniging en afvalverwijderingsproblemen die veelvoorkomend zijn bij andere reinigingsmethodes, worden geëlimineerd.
• Er is meerkoppige verwerking. Eenvoudige spanning elimineert dure en gecompliceerde tooling, wat de doorlooptijd vermindert en de kosten verlaagt.
• Slijpen en polijsten worden geëlimineerd, wat secundaire operatiekosten vermindert.
• De smalle snijspeling stelt strakke nesten in staat wanneer meerdere delen uit een enkele blank worden gesneden.
• Het is ideaal voor ruw uitwerken van materiaal voor near-net-shape.
• Het is ideaal voor laserreflecterende materialen zoals koper en aluminium.
• Het stelt nauwkeuriger snijden van zacht materiaal in staat.
• Het snijt door zeer dik materiaal zoals 383 mm in titanium en 307 mm in Inconel.

Nadelen / Beperkingen

• Het is niet geschikt voor massaproductie vanwege hoge onderhoudsvereisten.
• Initiële kosten zijn zeer hoog.
• Zeer dikke materialen kunnen niet door dit proces bewerkt worden.
• Het wordt gebruikt voor het snijden van zachtere materialen, maar AWJM KAN harder materiaal voor beperkte dikte snijden.

Toepassingen van Waterstraalbewerking

WJM wordt gebruikt op metalen, papier, stof, leer, rubber, kunststoffen, voedsel, en keramieken. Het is een veelzijdige en kosteneffectieve snijproces dat kan worden gebruikt als alternatief voor traditionele bewerkingsmethoden. Het elimineert volledig warmtebeïnvloede zones, giftige rookgassen, hergelaagde lagen, werkverharding, en thermische spanningen.

Het is de meest flexibele en effectieve reinigingsoplossing beschikbaar voor een verscheidenheid aan industriële behoeften. In het algemeen heeft het gesneden oppervlak een zandstraaluitstraling. Bovendien vertonen harder materialen een betere randaafwerking. Typische oppervlakteafwerkingen variëren van 1,6 µm wortelgemiddelde kwadraat (RMS) tot zeer grof, afhankelijk van de toepassing.

Toleranties liggen in het bereik van ±25 µm op dun materiaal. Zowel de geproduceerde oppervlakteruwheid als tolerantie hangen af van de bewerkingsnelheid.

Toepassingen van WJM zijn:

• Waterstraalbewerking wordt gebruikt om te snijden, vorm te geven, en operaties te stroomlijnen in diverse industrieën, inclusief mijnbouw, auto, en luchtvaart.
• Rubber, textiel, kunststoffen, schuim, leer, composieten, tegels, stenen, glazen, voedsel, metaal/papier, en andere materialen worden gemechaniseerd door waterstralen (WJM of AWJM).
• WJM wordt typisch gebruikt om zachte en gemakkelijk te bewerken materialen te snijden zoals dunne vellen en folie, hout, non-ferro metaallegeringen, textiel, honingraat, kunststoffen, polymeren, leerstukken, bevroren, enz.
• AWJM wordt vaak gebruikt om materialen te bewerken die moeilijk te bewerken zijn. Het wordt gebruikt om dikke platen van staal, aluminium, en andere commerciële materialen, versterkte kunststoffen, metaalmatrix en keramische matrix composieten, gelaagde composieten, steen, glas, enz. te bewerken.
• Naast het bewerkingsproces, worden hoogdruk waterstralen gebruikt om resterende spanningen te verwijderen in verfverwijdering, chirurgie, reinigen, peening, en andere toepassingen. Boren, zakfrezen, draaien, en uithalen kunnen ook met AWJM gedaan worden.

Enkele Vragen over Waterstraalbewerking

Welke producten worden gemaakt door waterstraalsnijden?

Waterstraalsnijden stelt bedrijven in staat om een breed scala aan onderdelen en producten te creëren. Insluitende hardware (bouten, tandwielen, etc.), auto-onderdelen, elektrische componenten, grote montageband items, en ontwerpprototypen zijn slechts een paar van de producten die ze met waterstraalsnijden produceren. Waterstraalsnijden kan ook door kunstenaars gebruikt worden om geometrisch nauwkeurige en/of ingewikkelde kunstwerken te maken.

Is waterstraalsnijden duurzaam?

Waterstraalsnijden is van nature een milieuvriendelijk proces. In tegenstelling tot traditionele mechanische snijsystemen, vereist waterstraalsnijden geen koel- of smeroliën. Dit elimineert de noodzaak om chemisch beïnvloede spanen te verwerken. Waterstraal, in tegenstelling tot thermische technieken zoals plasma of laser, produceert geen schadelijke rookgassen tijdens het snijproces. Het granaat abrasief is non-toxisch en inert, en omdat zeer weinig metaal tijdens het snijproces wordt verwijderd, wordt zeer weinig daadwerkelijk metaal verspild. Dit houdt de milieueffecten zeer minimaal.

Hoe nauwkeurig is een waterjetsnijder?

Flow waterjets kunnen producten produceren met extreem strakke toleranties; sommige systemen kunnen toleranties bereiken van 0,001" (0,025 mm). Deeltoleranties voor waterstraalbewerking variëren typisch van 0,003" tot 0,005" van een inch. Voor materialen dikker dan 1 inch, zullen de machines delen produceren met toleranties variërend van 0,005 tot 0,100 inch (0,12 tot 2,5 mm). Vanwege variaties in technologie, zoals besturing en machinestructuur, variëren toleranties breed per fabrikant.

Hoeveel druk heeft een waterjetsnijder?

Waterstraalsnijddrukken variëren typisch van 50.000 tot 60.000 PSI. Veel nieuwere systemen zijn onder druk gezet tot 90.000 pond per vierkante inch. Het water wordt dan uitgepoten door een kleine opening gemachineerd in een diamant of saffier, normaal tussen 5 en 15 duizendsten van een inch in diameter. De resulterende waterstraal is supersonisch, wat betekent dat het sneller reist dan de snelheid van het geluid. Gelukkig is de stroomsnelheid relatief laag, op ruwweg 1/2 gallon per minuut.

Welke veiligheidsaspecten gelden voor waterstraalsnijden?

De waterstraal die de doorsticht, geraakt worden door vliegend puin, en blootstelling aan geluid zijn alle veelvoorkomende gevaren en zorpen verbonden met waterstraalbewerking. Werken in beperkte ruimtes, valgevaren, ademhalings- en ooggevaren, elektrische schok, en potentiële blootstelling aan gevaarlijke stoffen zijn alle risico's verbonden met hoogdruk waterstraalbewerking.

Meerkeuzevragen over Waterstraalbewerking

V. Wat is het sleutelelement van waterstraalbewerking voor materiaalverwijdering?
a) Gereedschaphouder
b) Werkstuk
c) Waterstraal
d) Energiebron
Antwoord: c
Uitleg: Waterstraal is het element dat gebruikt wordt om het werkstuk te snijden en materiaal te verwijderen.

V. Welk van de volgende is geen onderdeel van het bewerkingssysteem van Waterstraalbewerking?
a) Transducer
b) Accumulator
c) Straalsnijmondstuk
d) Hydraulische pomp
Antwoord: a
Uitleg: Transducer is geen onderdeel van Waterstraalbewerking en de andere componenten vallen onder WJM.

V. Wat is de snelheid van de waterstraal in waterstraalbewerking?
a) 100 m/sec
b) 300 m/sec
c) 700 m/sec
d) 900 m/sec
Antwoord: d
Uitleg: Snelheid van waterstraal die gebruikt wordt in Waterstraalbewerking is ongeveer 900 m/sec.

V. Welk type materialen kan niet bewerkt worden met Abrasieve straalbewerking?
a) Zachte materialen
b) Harde materialen
c) Moeilijk te bewerken materialen
d) Geen van de genoemde
Antwoord: a
Uitleg: Zachte materialen zoals snoepjes, dun zacht hout, etc. kunnen niet bewerkt worden met AJM.

Veelgestelde Vragen

Waterstraalbewerking wordt ook genoemd als

Waterstraalbewerking (WJM) ook wel waterstraalsnijden genoemd. Het is gedefinieerd als een niet-traditioneel bewerkingsproces waarbij een hoge-snelheids waterstraal gebruikt wordt om materialen van het oppervlak van het werkstuk te verwijderen. WJM kan gebruikt worden om zachtere materialen te snijden zoals plastic, rubber of hout.

Hoe wordt het materiaal verwijderd abrasieve Straalbewerking

In abrasieve straalbewerking wordt een gefocusde stroom van abrasieve deeltjes, gedragen door hoge druk lucht of gas, op het werkoppervlak via een mondstuk gericht en werk materiaal wordt verwijderd door erosie door hoge snelheid abrasieve deeltjes.

Waar is waterstraalbewerking toepasbaar

WJM proces is met succes toegepast voor verschillende bewerkingsoperaties zoals snijden, boren, ontgraten en draad strippen, etc. Het is ook toegepast in het veld van oppervlaktechniek zoals oppervlaktebehandeling, reinigen, textureren en afwerken, etc.

Welke industrieën gebruiken waterjetsnijders?

Job Shops
Onderwijs
Luchtvaart
Voedselverwerkingsapparatuur
Testen
Metaal Service Centrum

Wie heeft waterstraalsnijden uitgevonden?

Dr. Norman Franz