Waterstraalbewerkingsproces: voordelen en kenmerken

Waterstraalverwerking is een “verwijderingsverwerking” waarbij metaal met waterstralen wordt gesneden. Het wordt gebruikt voor het nauwkeurig en gemakkelijk vervormen van verschillende werkstukken, zoals urethaan en glas, inclusief autocarrosserieën en bumpers. Door schuurmiddelen met water te mengen, is het mogelijk om moeilijk verspaanbare materialen zoals het moeilijk verspaanbare titanium te bewerken en dikke platen te snijden.

In dit artikel worden de voordelen van waterstraalverwerking en “abrasieve waterstraal”, een mengsel van schuurmiddelen, uitgelegd.

Omdat het geen olie snijdt en geen stof genereert, trekt het de aandacht als een milieuvriendelijk proces!

Wat is waterstraalverwerking?

Werkingsprincipe van waterstraalsnijden

Waterstraalsnijden is een verwerkingsmethode waarbij waterstralen worden gebruikt om metaal te snijden. Het maakt gebruik van hetzelfde principe als de hogedrukreiniger die in autowasstraten wordt gebruikt: water wordt onder hoge druk gespoten om metaal te snijden.

Er kan een hoge verwerkingsenergie worden gegenereerd door water dat is gecomprimeerd tot 300-600 MPa uit een mondstuk met een kleine diameter van φ0.1 mm te persen.

De straalsnelheid van water bereikt drie keer de snelheid van het geluid, en elk materiaal kan worden gebruikt zolang het werk nat is.

Voor de bewerking wordt gebruik gemaakt van een “waterstraalmachine”, waarbij 3D-bewerking door NC-besturing en complexe bewerking door 5-assige besturing mogelijk is. Het aanpassen van de waterdruk kan worden toegepast op verschillende processen zoals ontbramen, polijsten en reinigen.

Het principe van waterstraal-metaalverwerkingstechnologie

Deze methode voor het snijden van metalen verscheen in het midden van de vorige eeuw. Aanvankelijk werd zuiver water gebruikt, maar ingenieurs voegden na een paar jaar schurend zand aan de straal toe, waardoor de snijeigenschappen aanzienlijk verbeterden.

De essentie van deze technologie is om met een waterstraal onder intense druk op het materiaal in te werken. Tegenwoordig is deze technologie een van de meest dynamisch ontwikkelende en wordt beschouwd als een van de beste snijmethoden.

Metaalsnijden met waterstraal doet in geen enkel opzicht onder voor kwaliteit plasma; laser or mechanisch snijdenDaarnaast is zo'n sproeier een stuk gereedschap dat niet aan slijtage onderhevig is. De gebruikte straaldiameter is verschillend, afhankelijk van het soort materiaal. Meestal is dit 0.5-1.5 mm. Door de kleine diameter is materiaalverspilling zeer klein.

Een essentieel voordeel van deze technologie is dat het snijden vanaf elk punt van het product kan beginnen.

Elke waterstraalsnijmachine werkt als volgt:

1. Krachtige pompen zorgen voor een waterdruk van 3800 tot 6200 bar in de zelfcentrerende snijkop.
2. In het mondstuk wordt een dunne waterstraal gevormd, die onder hoge druk in de mixer wordt gevoerd met een snelheid hoger dan de geluidssnelheid.
3. Water wordt vanuit het mondstuk aan de mixer van het apparaat geleverd en het schuurmateriaal wordt aangevoerd vanuit een unieke trechter voor het schuurmiddel.
4. Na het mengen vormen water en schuurmiddel een snijstraal, die op het gesneden materiaal wordt aangebracht.

De snijtafel is vrijdragend of portaalvormig en heeft een speciaal ontworpen frame voor optimale stabiliteit en vrijheid van vervorming en trillingen bij hoge snelheden.
Het snijproces wordt gecontroleerd door gespecialiseerde software, waarvan verschillende versies het mogelijk maken om elke vorm te snijden, afhankelijk van de mogelijkheden van de snijkop.

Welke soorten materialen kan ik snijden met een waterstraal?

De eerste en belangrijkste overweging bij de keuze voor waterstraalsnijden is het soort materiaal dat u wilt bewerken. Om deze methode te gebruiken, moet het materiaal geschikt zijn voor het proces en in staat zijn om nauwkeurige sneden te produceren. U kunt de waterstraalsnijtechnologie gebruiken voor de volgende materialen.

Metaal & legeringen: Bijna alle metalen en legeringen zijn compatibel met waterstraalsnijden. De meest bekende zijn staal, aluminium, koper, titanium en messing. Waterstraalsnijden kan worden gebruikt voor het snijden en vormen van zowel dunne als zware metalen platen.

Kunststoffen: Kunststoffen zoals acryl, PVC, Delrin, Polystyreen en vele andere kunnen met waterstraaltechnologie worden verwerkt. Het is schoon en laat geen smelting of andere materiële schade aan het werkstuk achter.

keramiek: Het kan snij- en vormoplossingen bieden voor verschillende keramische materialen, zoals tegels, porselein, siliciumcarbide, aluminiumoxide en meer, zonder te barsten.

composieten: De waterstraaltechniek is ideaal voor snijden en vormgeven samengesteld materiaal. andere benaderingen, Plasma snijden, zagen en traditioneel snijden kunnen scheuren in composieten veroorzaken. Desalniettemin creëert de waterstraal schone en precieze sneden op verschillende composieten, zoals glasvezel, aramidevezels, Kevlar en koolstofvezel.

De andere materialen zijn schuim, rubber, steen, graniet, glas, leer en stof.

De belangrijkste voordelen van waterstraalsnijden

Vleeswaren: Waterstraalsnijden is een "koud" proces, omdat er geen extra warmtetoevoer nodig is. Water en schuurmiddel zijn betrokken bij het snijproces, de verwarming van het gesneden materiaal blijft onbeduidend en er zijn geen thermische en mechanische vervormingen.

Het voordeel van een “koude” snede is ook de afwezigheid van bramen, kromtrekken en aanslag. Daarom vereisen de resulterende producten, vanwege de hoge kwaliteit van de snede, geen voorafgaande voorbereiding vóór daaropvolgende bewerkingen (bijvoorbeeld schilderen of lassen).

Bovendien verhoogt koudsnijden de productiviteit, omdat het installeren van werkstukken niet hoeft te worden gefixeerd en gekoeld vóór het volgende technologische proces.

Hoge snijnauwkeurigheid (± 0.1 mm): Door de combinatie van hoge druk en een klein snijgebied bereik je zonder extra handelingen het gewenste resultaat.

Er wordt actief gebruik gemaakt van waterstraalsnijden om een ​​hoogwaardige snede te verkrijgen, bijvoorbeeld om nauwkeurige geometrische vormen te verkrijgen. Ook kan waterstraalsnijden worden toegepast voor diverse materialen en niet-standaard soorten ondergronden.

Hoge veelzijdigheid in toepassing: Waterstraalsnijden is tegenwoordig een van de meest veelzijdige snijsystemen. Het wordt gebruikt in een breed scala aan toepassingen, van massaproductie van plaatwerkonderdelen tot driedimensionaal marmersnijwerk.

De toegestane dikte voor gesneden staal is 300 mm. De introductie van 5-assige snijkoppen heeft geleid tot een snelle groei in waterstraalsnijden: bij het snijden van vlakke delen kan de kop continue sneden maken, rond het werkstuk bewegen en ook schuine sneden maken in het bereik van ±55 ^°.

Kenmerken van waterstraalbewerking

Omdat waterstraalbewerkingen water gebruiken, heeft het verschillende voordelen die andere bewerkingsmethoden niet hebben.

1. Niet beïnvloed door hitte

Omdat er “water” wordt gebruikt, ontstaat er geen warmteontwikkeling waterstraal versus laser en snijbewerking.

Daarom is de verwerkingsnauwkeurigheid hoog en is het mogelijk materialen te verwerken die gevoelig zijn voor hitte.

2. De bewerkingskracht kan worden aangepast

Aangezien "water" wordt gebruikt, kan de kracht die op de verwerking wordt uitgeoefend, worden aangepast door de waterdruk aan te passen.

Hierdoor is het mogelijk om zachte materialen zoals rubber, urethaan en printplaten te verwerken.

3. Goedkoop

Omdat het "water" gebruikt, is het gemakkelijk te onderhouden en zijn de bedrijfskosten laag.

4. Eco-friendly

Omdat er “water” wordt gebruikt, ontstaat er tijdens de verwerking geen stof. Bovendien is er geen “koelmiddel” nodig, dat in grote hoeveelheden wordt gebruikt bij het snijden.

Principe van waterstraalbewerking

Waterstraalverwerking is onderverdeeld in “waterstraalverwerking”, waarbij alleen water wordt gebruikt, en “abrasieve waterstraalverwerking”, waarbij schuurmiddelen met water worden gemengd.

Deze verwerkingsmethode snijdt het werkstuk alleen door water onder hoge druk te spuiten. Het is geschikt voor het zagen van zachte materialen zoals urethaan, hout en hars.

Vanwege de hoge milieuvriendelijkheid wordt het veel gebruikt in metaalverwerkingslocaties, voedselverwerking en medische industrieën.

Acht scenario's voor het kiezen van een waterstraalsnijproces

We bespraken de materialen die met waterstraalsnijden kunnen worden bewerkt. Laten we eens kijken naar de vele scenario's waarin een waterstraal een haalbare optie is om het materiaal te snijden en vorm te geven.

1. Wanneer de materialen gevoelig zijn voor hitte

Zoals eerder vermeld, gebruikt waterstraalsnijden geen intense hitte en genereert het bijna verwaarloosbare warmte, waardoor het ideaal is voor het snijden van hittegevoelige materialen, zoals bepaalde kunststoffen of composieten.

Het snijden van warmtegevoelige materialen met andere benaderingen, zoals plasma- en lasersnijden, kan aanzienlijke schade veroorzaken, zoals smelten op de snijpositie, verslechtering van de fysieke eigenschappen en kromtrekken. Door deze materialen te verwerken met waterstraalsnijden worden deze risico's geëlimineerd en ontstaan ​​zuivere en nauwkeurige sneden.

Daarnaast zijn er verschillende toepassingen waarbij de achteruitgang van fysieke en thermische eigenschappen de functionaliteit van onderdelen beïnvloedt, zoals printplaten, thermische toepassingen en elektrisch geleidende onderdelen. In dit scenario behoudt waterstraalsnijden de integriteit van het materiaal en snijdt het werkstuk zonder het risico van hittegerelateerde schade.

2. Wanneer u complexe geometrieën nodig heeft

Waterstraalsnijden is een praktische productietechnologie omdat het nauwkeurig complexe en ingewikkelde vormen kan creëren. Het staat bekend om zijn precieze sneden langs gebogen of gebogen lijnen, waardoor het cirkels, ovalen en ellipsen kan genereren.

• Het kan ingewikkelde patronen creëren voor interieur- en decoratieve items en vereist alleen een praktisch ontwerp (3D).
• Waterstraalsnijden maakt kleine gaatjes, kanalen, holtes en andere ingewikkelde interne kenmerken mogelijk.
• Waterstraalsnijden kan meerdere onderdelen uit één stuk materiaal maken en maakt complexe samenstellingen mogelijk.

Kortom, het is een goede keuze voor veel toepassingen die precisie en ingewikkelde vormen vereisen. Waterstraalbewerking handhaaft gemakkelijk een tolerantie van ongeveer 0.12 mm (Dey, 2020).

3. Wanneer een materiaal extreem hard is

Het is een uitdaging om extreem harde materialen te snijden, zoals gehard staal, titanium, siliciumcarbide, superlegeringen op nikkelbasis, koolstofcomposiet, steen, keramiek en meer. Het verwerken van deze materialen met CNC-frezen en andere traditionele technieken veroorzaakt slijtage snijgereedschappen en fysieke schade aan het werkstuk.

Met waterstraalsnijden kan vrijwel elk hard materiaal (behalve diamant) nauwkeurig en zonder risico op beschadiging worden gesneden. Een andere reden om voor waterstraalsnijden van harde materialen te kiezen, is dat er geen risico is op verspreide stukken. Het kan harde materialen snijden met een diktebereik van 10-12 inch (Dey, 2020).

4. Wanneer u de dunne materiaalplaten moet verwerken

Het snijden van dunne platen met CNC-frezen, plasmasnijden, lasersnijden en andere technieken veroorzaakt vervorming en vervorming op de snijpositie. Ter vergelijking: waterstraalsnijden kan zonder deze effecten precieze sneden in dunne materiaalplaten creëren.

De getroffen zone is een ander nadeel bij het snijden en vormgeven van het dunne werkstuk. De dunne plaat kan sterk beschadigd raken in vergelijking met dikke platen, waardoor het kan smelten. Daarom is de smalle waterstroom met gecontroleerde druk in dat scenario een ideale optie.

5. Materiaal met inconsistente dikte

Tijdens het bewerken van het werkstuk vereist een inconsistente dikte bij CNC-frezen, lasersnijden, plasmasnijden en andere benaderingen meerdere snijgangen. Waterstraalsnijden daarentegen kan het in één keer snijden.

Er kunnen veel toepassingen zijn waarbij onderdelen een verschillende dikte nodig hebben. Het is mogelijk om dergelijke onderdelen te maken met CNC-waterstraaltechnologie. Andere methoden zouden dit nog steeds kunnen doen; ze kunnen echter minder nauwkeurig en slordiger zijn.

6. Wanneer het materiaal extreem dik is

Dikke werkstukken zijn ingewikkeld om te verwerken met andere benaderingen. Plasma- en lasersnijden vereisen bijvoorbeeld veel energie, wat aanzienlijk duur kan zijn. Ondertussen kan waterstraalsnijden dikke werkstukken verwerken door de druk en schurende deeltjes aan te passen. De diktelimiet hangt echter af van de hardheid van een bepaald materiaal. Harde materialen zoals titanium zijn acceptabel tot een dikte van 10 tot 12 cm, terwijl zachte materialen zoals schuim gemakkelijk verwerkbaar zijn tot een dikte van 2 tot 3 voet (Schlick, 2022).

Bovendien wordt de dikte van het te snijden materiaal bepaald door de druk van de waterstraal. De waterdruk is veranderlijk met eenvoudige drukpompbediening (tot 900 MPa). Vervolgens kunnen zeer schurende deeltjes met water worden gemengd om dikke werkstukken te snijden, of het verhogen van de concentratie van schurende deeltjes werkt ook op dezelfde manier.

7. Wanneer u grootschalige productie nodig heeft

Waterstraalsnijden zou niet zo kosteneffectief kunnen zijn in productie in kleine volumes als traditionele procedures, vooral wanneer hoge nauwkeurigheid geen cruciale vereiste is. Het verlaagt echter de kosten van grootschalige productie aanzienlijk. U kunt het materiaal voor verschillende toepassingen verwerken met een hoge herhaalbaarheid en maatconsistentie.

8. Snijden van niet-geleidende materialen

Waterstraalsnijden kan een goede oplossing zijn voor het snijden van niet-geleidende materialen, omdat er tijdens het snijproces geen warmte vrijkomt. De materiaalgeleiding daarentegen beïnvloedt de kwaliteit van laser- en plasmasnijden. Bij het verwerken van niet-geleidende materialen met deze technieken kunnen de sneden ruw en inconsistent zijn.

Wanneer mag u de waterstraalsnijmethode niet gebruiken?

We hebben verschillende scenario's besproken waarbij waterstraalsnijden de ideale optie is om de materialen te snijden en vorm te geven. Er zijn een paar scenario's waarin het ongepast zou zijn om deze aanpak te gebruiken.

• Water- en vochtgevoelige materialen zoals hout- en papierproducten kunnen water absorberen en de fysieke eigenschappen veranderen.
• Waterstraalsnijden is mogelijk niet geschikt voor de toepassing, omdat dit extreme precisie vereist. In dergelijke gevallen kan lasersnijden beter werken.
• Producties met kleine volumes kunnen duurder zijn vanwege gespecialiseerde apparatuur en insteltijd.

Schurende waterstraalbewerking

Schurende waterstraalbewerking

Dit is een bewerkingsmethode waarbij een schuurmiddel wordt gemengd met water om het werkstuk te snijden.

Schuurmiddelen worden door de onderdruk van water onder hoge druk aangezogen en als gemengde vloeistof uit het mondstuk gespoten.

Het heeft een hoge snijcapaciteit en is geschikt voor het snijden van moeilijk te bewerken materialen zoals titanium, keramiek en metalen. Het wordt ook gebruikt voor de verwerking van auto-onderdelen en nieuwe vliegtuigmaterialen. NC-gestuurde waterstraalverwerkingsmachines, zogenaamde “waterstraalmachines”, worden gebruikt voor waterstraalverwerking.

Gerelateerd aan: Top 5 industrieën die gebruik maken van waterstraalsnijtechnologie

Configuratie van waterstraalmachine

• Watergenerator onder hoge druk
• verwerking mondstuk
• Schurend toevoerapparaat

Watergenerator onder hoge druk

Deze pomp straalt een superhoge druk uit van 300 tot 600 MPa.

Verwerkingsmondstuk

Het is gemaakt van materialen zoals hardmetaal en diamant om slijtage door de straal te voorkomen.

• Gebruik voor waterstraalbewerking een mondstuk met een diameter van ongeveer 0.1 tot 0.3 mm.
• Gebruik bij abrasieve waterstraalbewerking een mondstuk van ongeveer φ1 mm

Schurend toevoerapparaat

Apparatuur voor het mengen van schuurmiddelen met water bij het bewerken van abrasieve waterstralen.

Samenvatting

In dit artikel hebben we de voordelen van waterstraalverwerking en verschillende methoden voor het mengen van schuurmiddelen uitgelegd. Waterstraalbewerking trekt de aandacht als een bewerkingsmethode die vriendelijk is voor het milieu omdat er geen snijolie wordt gebruikt, en vriendelijk is voor werknemers omdat er geen stof ontstaat. Naast metaalbewerking wordt het ook gebruikt voor reddingsacties bij een ramp omdat het niet brandbaar is.