Waterstraalbewerking - Werkingsprincipe, voordelen en nadelen met toepassing

Waterstraalbewerking (WJM), ook wel waterstraalsnijden genoemd, is een niet-traditioneel bewerkingsproces waarbij een hogesnelheidsstraal water wordt gebruikt om materialen van het oppervlak van het werkstuk te verwijderen. WJM kan worden gebruikt om zachtere materialen zoals plastic, rubber of hout te snijden. Om hardere materialen zoals metalen of graniet te snijden, wordt een schurend materiaal in het water gemengd. Wanneer een schurend materiaal in het water wordt gebruikt voor het bewerkingsproces, wordt dit Abrasive Water Jet Machining (AWJM) genoemd.

Werkingsprincipe

Het is gebaseerd op het principe van watererosie. Wanneer een waterstraal met hoge snelheid het oppervlak raakt, vindt het verwijderen van materiaal plaats. Zuivere waterstraal wordt gebruikt om zachtere materialen te bewerken. Maar om hardere materialen te snijden, worden sommige schurende deeltjes gemengd met het water voor machinale bewerking en dit wordt AWJM (Abrasive Water Jet Machining) genoemd

Schuurmiddelen

De meest gebruikte schurende deeltjes in AWJM zijn granaat en aluminiumoxide. Als schuurmiddel worden ook zand (Si02) en glasparels gebruikt. De functie van de schurende deeltjes is om het snijvermogen van de waterstraal te verbeteren.

Lees ook: 

• Elektrochemische bewerking (ECM) - werkingsprincipe, uitrusting, voor- en nadelen bij toepassing
• Laserstraalbewerking - belangrijkste onderdelen, principe, werken met toepassingen
• Hoe werkt het bewerkingsproces met elektronenstralen?

Belangrijkste onderdelen van waterstraalbewerking

De verschillende onderdelen van waterstraalbewerking zijn

1. Hydraulische pomp

Het wordt gebruikt om het water uit de opslagtank te laten circuleren tijdens het bewerkingsproces. De pomp levert water aan de versterker met een lage druk van ongeveer 5 bar. Er wordt ook een booster gebruikt die de begindruk van water verhoogt tot 11 bar voordat het aan de versterker wordt afgegeven.

2. Hydraulische versterker

Het wordt gebruikt om de druk van water tot zeer hoge druk te verhogen. Het ontvangt het water van de pomp bij 4 bar en verhoogt de druk tot 3000 tot 4000 bar.

3. Accumulator

Het slaat het water onder hoge druk tijdelijk op. Het levert die vloeistof wanneer er een grote hoeveelheid drukenergie nodig is. Het elimineert drukschommelingen in het bewerkingsproces.

4. Mengkamer of buis

Het is een vacuümkamer waar het mengen van schurende deeltjes in water plaatsvindt.

5. Regelklep:

Het regelt de druk en richting van de waterstraal.

6. Stroomregelaar of klep

De stroom van het water wordt geregeld met behulp van de stroomregelaar.

7. Nozzle

Het is een apparaat dat wordt gebruikt om de drukenergie van water om te zetten in kinetische energie bij waterstraalbewerking. Hier zet het mondstuk de druk van de waterstraal om in een hogesnelheidsstraal van een waterstraal. De punt van het mondstuk is gemaakt van robijn of diamant om erosie te voorkomen.

8. Afvoer- en opvangsysteem

Na de bewerking worden het vuil en de bewerkte deeltjes uit het water gescheiden met behulp van het afvoer- en opvangsysteem. Het verwijdert het metaaldeeltje en andere ongewenste deeltjes uit het water en stuurt het terug naar het reservoir voor verder gebruik.

Lees ook: 

• Ultrasone bewerking (USM) - belangrijkste onderdelen, werkingsprincipe, voor- en nadelen bij toepassing
• Verschil tussen omhoog frezen en omlaag frezen – wat is beter?
• Wat is draaibankmachine? Hoofdonderdelen, bediening en werking

Werking van waterstraalbewerking

1. Het water uit het reservoir wordt met behulp van een pomp naar de versterker gepompt.
2. De versterker verhoogt de druk van het water van 5 bar naar 3000 tot 4000 bar. Dit hogedrukwater van de versterker wordt zowel naar het mondstuk als in de accumulator verplaatst.
3. De accumulator slaat het hogedrukwater op en levert het op elk moment dat het nodig is. Het wordt gebruikt om de fluctuatie van de hogedrukvereiste bij het bewerken van hard materiaal te elimineren.
4. Het hogedrukwater wordt vervolgens naar het mondstuk geleid waar de hogedrukenergie van het water wordt omgezet in kinetische energie. Een waterstraal met zeer hoge snelheid (1000 m/s) komt door het mondstuk naar buiten in de vorm van een smalle straal.
5. Schuurmiddelen zoals granaat of aluminiumoxide worden in het mondstuk gemengd met water. In het mondstuk bevindt zich een mengkamer waar de schuurmiddelen worden gemengd met het hogedrukwater.
6. Deze waterstraal met hoge snelheid wanneer deze het oppervlak van de w/p raakt, verwijdert het materiaal ervan.
7. De waterstraal wordt na het bewerken opgevangen door het afvoer- en opvangsysteem. Hier worden de brokstukken, metaaldeeltjes uit het water verwijderd en naar de reservoirtank gevoerd.

De werking zal hetzelfde zijn voor de waterstraalbewerking, maar schurende deeltjes worden niet gemengd met de hogesnelheidsstraal. Er komt alleen zuivere waterstraal uit de uitlaat van het mondstuk.

Voordelen

• Het heeft de mogelijkheid om materialen te snijden zonder de oorspronkelijke structuur te verstoren. En dit gebeurt zo omdat er geen hittebeïnvloede zone (HAZ) is.
• Het is in staat om complexe en ingewikkelde sneden in materialen te produceren.
• Het werkgebied in dit bewerkingsproces blijft schoon en stofvrij.
• Het heeft lage bedrijfs- en onderhoudskosten omdat het geen bewegende delen heeft.
• De thermische schade aan het werkstuk is verwaarloosbaar omdat er geen warmte wordt gegenereerd.
• Het is in staat om zachtere materialen (WJM) zoals rubber, plastic of hout te snijden, evenals hardere materialen (AWJM) zoals graniet.
• Het is milieuvriendelijk omdat het geen vervuiling of giftige producten veroorzaakt.
• Het heeft een grotere precisie van de bewerking. De toleranties van een orde van ± 0,005 inch kunnen gemakkelijk worden bereikt.

Nadelen

• Het wordt gebruikt om zachtere materialen te snijden. Maar AWJM kan harder materiaal van beperkte dikte snijden.
• Zeer dik materiaal kan met dit proces niet worden bewerkt.
• De initiële kosten van WJM zijn hoog.

Toepassing

• Waterstraalbewerking wordt gebruikt in verschillende industrieën, zoals mijnbouw, auto-industrie en ruimtevaart voor het uitvoeren van snij-, vorm- en ruimbewerkingen.
• De materialen die gewoonlijk worden bewerkt met waterstraal (WJM of AWJM) zijn rubber, textiel, plastic, schuim, leer, composieten, tegels, steenglas, voedsel, metalen/papier en nog veel meer.
• WJM wordt meestal gebruikt voor het snijden van zachte en gemakkelijk te bewerken materialen zoals dunne platen en folies, hout, non-ferro metaallegeringen, textiel, honingraat, kunststoffen, polymeren, leer, bevroren, enz.
• AWJM wordt meestal gebruikt om die materialen te bewerken die moeilijk en moeilijk te bewerken zijn. Het wordt gebruikt voor het bewerken van dikke platen van staal, Al en andere commerciële materialen, versterkte kunststoffen, metalen matrix en keramische matrixcomposieten, gelaagde composieten, stenen, glas, enz.
• Naast het bewerkingsproces wordt de hogedrukwaterstraal gebruikt bij het verwijderen van verf, chirurgie, reiniging, uitharden om restspanning te verwijderen, enz.
• AWJM kan ook worden gebruikt om te boren, kamerfrezen, draaien en ruimen.