Een uitgebreide gids voor waterstraalsnijden

“Als het gaat om CNC-waterstralen, betekent dit precisie en nauwkeurigheid in de hand. Het is ideaal voor het maken van functionele 2D- en 3D-prototypes. Het biedt betrouwbaarheid en herhaalbaarheid, en produceert onderdelen van kleine tot bulkvolumes in korte tijdscycli.”

In de hydrodynamische techniek heeft waterstraalsnijden een aanzienlijke groei doorgemaakt van maar liefst 6.15%, dankzij de economische en snelle manier waarop het schurende en zeer dichte metalen kan doorsnijden. Voorheen werden conventionele technieken, zoals draadvonken, lasersnijdenEn plasmasnijden werden gebruikt om harde materialen te snijden. Deze methoden waren arbeidsintensief, tijdrovend en boden weinig variatie in materialen. 

Daarom biedt waterstraalsnijden OEM-fabrikanten de mogelijkheid om producten sneller op de markt te brengen en aan de eisen van klanten te voldoen. Bovendien is waterstraalsnijden geschikt voor complexe geometrieën en 3D-ontwerpen en kan het een breed scala aan materialen snijden zonder hun chemische eigenschappen aan te tasten. Enkele voorbeelden zijn: metalen, hoogwaardige thermoplasten, glas en composietmaterialen. Daarnaast biedt het een belangrijke bijdrage aan de auto-, luchtvaart-, elektronica- en defensie-industrie door consistent hoogwaardige en vormvaste onderdelen te leveren voor optimale functionaliteit en prestaties. 

Dit artikel belicht het enorme potentieel van het waterstraalsnijproces, de toepassingen, de voor- en nadelen, de snijmogelijkheden en nog veel meer.

Wat is waterstralen?

Waterstralen is een contactloos erosieproces om door zeer sterke materialen te snijden. Het maakt geen gebruik van warmte, maar van hogedruk-hypersonische vloeistofstralen, gemengd met schuurmiddelen, om producten te creëren in de gewenste vorm en met het gewenste ontwerp.

Waterstraalsnijden 

De waterstraalmachines werken optimaal bij een nominale druk van 690 MPa (1000,000 Psi). Deze druk wordt door een speciaal buisgat of mondstuk geprojecteerd met een snelheid van 900 m/sec, wat drie keer hoger is dan de geluidssnelheid, om materiaal af te snijden voor het gewenste specificatieonderdeel. De gemiddelde diameter van het mondstuk bedraagt ​​gewoonlijk ongeveer 0.1 tot 0.4 mm. Een mondstuk met een kleine diameter helpt het object te concentreren zonder overmatig materiaalverspilling te veroorzaken. Dit proces wordt tot stand gebracht via een versterker- of krukaspompsamenstel. Bovendien wordt waterstralen toegepast op verschillende materialen, bijvoorbeeld metaallegeringen, halfzachte materialen, kunststoffen, keramiek en composietmaterialen. 

Hoe waterstraalsnijden werkt?

Waterstraalsnijproces

De Waterstraalbewerkingsproces wordt doorgaans gebruikt voor tweedimensionale geometrieën. Hier ziet u in het kort hoe waterstraalsnijden werkt.

• Technisch gezien werkt het waterstraalsnijproces met behulp van waterstraalstromen onder ultradruk die door een opening of mondstuk van roestvrij staal worden uitgeworpen. Meestal worden bij het proces diamant-, saffier- of robijnopeningen gebruikt om de snelheid met bijna 2500 km / u te verhogen. 
• De waterstroom met hoge snelheid wordt gecombineerd met een schuurkamer (meestal geplaatst onder de opening in het snijkopsamenstel) om de snijbewerking te versnellen. Over het algemeen is het gebruikte schuurmiddel granaatzand, dat langs de waterstroom wordt meegetrokken.
• Ten slotte helpt de combinatie maatvaste en nauwkeurige contouren op het beoogde materiaal te repliceren. Het hele proces van waterstraalsnijden wordt bestuurd door gespecialiseerde CNC-systeemsoftware om vervormingen en defecten te elimineren.

Soorten waterstraalsnijden

In de productie-industrieën worden twee typen gemanipuleerd voor het snijden van schurende materialen. Deze omvatten; 

• Schurend waterstraalsnijden
• Zuiver waterstraalsnijden

Schurend waterstraalsnijden

Het abrasieve waterstraalsnijden is een niet-thermisch proces. Het wordt uitgevoerd door schurend materiaal (meestal granaat, gruis of aluminiumoxide) te vergezellen met water. Deze combinatie resulteert in een krachtigere, onzichtbare en samenhangende stroom om voortstuwingen te creëren en in harde en gelamineerde materialen te snijden.

Meestal gebruiken OEM-ontwerpers granaat voor het snijden vanwege de lage kosten en beschikbaarheidsvooruitzichten. Garnet biedt twee producten om uit te kiezen; verpletterd en alluviaal. Van de twee komt granaat uit mijnbouwgroeven, terwijl alluviaal granaat een natuurlijke afzetting is die wordt aangetroffen in rivierbeddingen en wordt gescreend om het bruikbaar te maken voor het waterstraalproces. Het is relatief goedkoper en minder agressief, en biedt gemakkelijker bewerking dan gemalen granaat. Dit maakt het een ideale keuze als gladde, fijne randen vereist zijn.

Kortom, het schurende waterstraalsnijden is bijvoorbeeld van toepassing op materialen met hoge sterkte, dikte en treksterkte; keramiek, decoratieve stenen, rotsen, metalen en kunststoffen. Verder kunnen scherpe aggregaatranden worden verkregen door gebruik te maken van een schurend snijproces. 

Zuiver waterstraalsnijden

Zuiver waterstraalsnijden maakt over het algemeen gebruik van hogedrukstromen van zuiver water. Deze schurende vrije stroom stroomt onder druk door een kleine diameter van ongeveer 0.1 mm door een diamantopening. Deze opening heeft de neiging de snelheid van de stroom met bijna ongeveer driemaal de geluidssnelheid te verhogen. Deze methode is met name ideaal voor het snijden van zachte materialen; zoals; rubber, schuim, pakkingen, voedingsmiddelen en textiel. In tegenstelling tot traditionele methoden, CNC-plasma- en lasersnijden, wordt snijden met puur water beschouwd als een koudsnijtechniek, wat betekent dat er tijdens het proces geen warmte ontstaat.

Vooruitgang in het waterstraalsnijproces?

De CNC-systemen in het hedendaagse waterstraalsnijden hebben een revolutie teweeggebracht in dit proces. In dit opzicht worden twee veelgebruikte technologieën populair. Dit zijn;

• 5-assig waterstraalsnijden
• Tapercompensatie

5-assig waterstraalsnijden

Een vooruitgang op het gebied van waterjetting is het 5-assig waterstraalsnijden als een meerassige benadering. Voorheen werden 5-assige machines gebruikt voor uiterst gespecialiseerde gedetailleerde onderdelen of producten vanwege de enorme programmering en exacte specificaties. Daarom werd het beschouwd als een dure benadering van waterstraalsnijden. 

Maar in dit tijdperk wordt erkend dat het nauwkeurig 3D-modellen van CAM neemt en deze snel in exacte feature-componenten knipt. Deze machines worden voornamelijk gebruikt voor zachte materialen zoals rubber, vezels en legeringen. Bovendien automatiseren 5-assige machines het proces door waardevolle bewerkingen toe te voegen bij het snijden van onderdelen. Daarom vermindert het met name de behoefte aan handarbeid.

Tapercompensatie

Conuscompensatie is een andere vooruitgang die bijdraagt ​​aan precieze en nauwkeurige snijafmetingen. Het is populair geworden om uniforme sneden te maken in dikkere materialen door het risico op conusvorming op het materiaaloppervlak te elimineren. Conusvorming wordt veroorzaakt door hoge snijsnelheden en de natuurlijke divergentie van de waterstraal. Er worden doorgaans drie benaderingen gebruikt om conusvorming te voorkomen: geometrische compensatie, waarbij de initiële CAD-ontwerpen worden aangepast en gemodificeerd; dynamische conuscompensatie, waarbij de fabrikant de positie van de snijkop aanpast tijdens de beweging rond het te bewerken materiaal; en door het snijpad te compenseren, de vorming van conus te minimaliseren. Bovendien is conuscompensatie bijzonder nuttig voor het bereiken van optimale toleranties tot 0.005 inch.

Lasersnijden versus lasersnijden Waterstraalsnijden: belangrijkste verschillen

Lasersnijden en waterstraalsnijden zijn beide breed inzetbaar voor diverse industriële toepassingen. Deze worden gebruikt om zeer sterke materialen uit een breed spectrum nauwkeurig te doorboren. Hier volgen enkele technische verschillen die in de onderstaande tabel worden vermeld; 

Tabel: Vergelijkende analyse van laser versus laser Waterstraalsnijden

Gerelateerd aan: Zuiver versus schurend waterstraalsnijden

Voordelen van waterstraalsnijden

De Voordelen van waterstraalsnijden Ze worden veelvuldig gebruikt in diverse productiesectoren. Deze machines staan ​​bekend om hun hoge herhaalbaarheid en nauwkeurigheid. Enkele van de meest voorkomende voordelen die ze onderscheiden van andere traditionele technieken zijn:

• Vrijwel elk materiaal kan met de waterstraalsnijtechniek in de gewenste vorm worden gesneden.
• Het produceert randen van superieure kwaliteit zonder afvalmateriaal tijdens het proces.
• Waterstraalsnijden is een koudsnijtechniek waarbij tijdens het proces geen door warmte beïnvloede zones ontstaan.
• Het heeft voordelen ten opzichte van andere conventionele technieken omdat er geen beperking is op de materiaaldikte. Zo kan bijvoorbeeld een plaat van 30 meter (100 ft) nauwkeurig worden gesneden met behulp van waterstraalsnijden.
• Het biedt een meerassige aanpak voor het doorboren van materialen. Een veelvoorkomend voorbeeld is een 5-assige machine. Bovendien zijn er geen gereedschappen of extra snijgereedschappen nodig.
• Een van de belangrijkste voordelen is dat het hoogwaardige onderdelen produceert zonder dat verdere bewerking nodig is.
• Een standaard waterstraalsnijmachine kan een zeer nauwe tolerantie bereiken tot op 0.005 inch. Bovendien zijn 3D-vormen gemakkelijker te creëren met behulp van waterstraalsnijden.
• Bovendien is het een milieuvriendelijk proces omdat het water dat tijdens het snijden wordt gebruikt, kan worden hergebruikt.

Beperkingen van waterstraalsnijden

Daarnaast heeft het een aantal nadelen als je begint met je snijprojecten; Deze omvatten;

• Bepaalde risico's; bijvoorbeeld de beschadiging van de opening, taps toelopende delen (V-vormig, omgekeerd en tonvormig toelopend) en lege formaties als gevolg van de geringe breedte van de kerfs. Daarom moet de kerfgrootte volgens de vuistregel 11.25x de waterstraal bedragen. 
• De waterstraal kan inkepingen en delaminatieproblemen veroorzaken in delen die worden doorboord.
• De schuurmiddelen die voor het snijden worden gebruikt, kunnen extra kosten voor het proces met zich meebrengen. Maar het hangt vooral af van het materiaaltype, de onderdeelspecificatie en de beoogde gebruikstoepassing.
• Om onderdelen met exacte specificaties te verkrijgen, wordt vaak aanbevolen om de binnenradius van het gat op 2x de waterstraal te houden, anders zou dit blinde en ongelijkmatige sneden in het materiaal veroorzaken.
• Het overmatig gebruik van schuurmiddelen kan leiden tot slijtage van de apparatuur, wat extra kosten voor het proces met zich mee kan brengen.
• De waterstraalsnijopstelling vergt een hogere initiële investering.

Industriële toepassingen van waterstraalsnijden

De waterstraalbewerkingstoepassingen zijn zo verspreid over verschillende industrieën. Enkele primaire consumenten van deze techniek zijn onder meer de lucht- en ruimtevaart-, automobiel-, textiel-, consumentenelektronica- en industriële productiesectoren. 

Luchtvaartindustrie

De aerodynamische industrieën maken voornamelijk gebruik van waterstraalsnijden voor het vormgeven van interne en externe vliegtuigmotoronderdelen. Meestal vereisen deze onderdelen nauwkeurige en nauwkeurige sneden voor functionaliteit en mobiliteit van producten. Daarom, Waterstraalsnijden in de lucht- en ruimtevaart speelt een grote rol bij het snijden of vormgeven van producten; inbegrepen; onderdelen van straalmotoren, turbinebladen, cabinepanelen en landingsgestellen.

Automotive Industry

Deze fascinerende techniek wordt gebruikt voor het maken van meerdere auto-onderdelen. Ontwerpfabrikanten gebruiken geautomatiseerde waterstraalsnijders om de vereiste incisies in verschillende auto-onderdelen te verkrijgen. Een paar voorbeelden zijn; hemelbekleding, bumpers, koperen koppakkingen en flenzen voor aangepaste uitlaatsystemen, decoratieve beugels voor auto's. 

Architectenindustrie

Steenschuurmiddel waterstraalsnijden

De waterstraalsnijtechnologie is erg populair in de kunst- en architectuurindustrie. Met een waterstraalsnijder kunnen verschillende muurschilderingen, knikkers en stenen nauwkeurig tot kunstwerken worden geprikt. Bovendien kunnen ontwerpingenieurs het bijvoorbeeld gebruiken voor metalen kunstwerken; museumkunstwerken, buitenleven, themaparken en prachtige bliksem. 

Elektronische industrie

Het waterstraalsnijden komt fabrikanten ten goede door de productiekosten van elektronische componenten te verlagen. Deze onderdelen zijn zeer gevoelig voor thermische bewerkingen. Daarom dient een waterstraalsnijder als oplossing voor het maken van bijvoorbeeld onderdelen; bevolkte printplaten, generatorcomponenten, liftbedieningspanelen en profielsnijden voor liften. Bovendien helpt het bij het creëren van hoogwaardige bescherming van elektronische apparaten zoals Waterdichte behuizingen voor buitenshuis. 

Medische en chirurgische industrie

De micro- en miniatuur medische hulpmiddelen vereisen fijne profielen voor een constante werking. Op deze manier is waterstraalsnijden uiterst nuttig bij het maken van deze hoekige en precisie-eisende onderdelen. Hier zijn een paar componenten die vorm krijgen door dit waterstraalsnijproces; vormen van kunstmatige ledematen, uitgesneden koolstofbeugels, orthopedische apparatuur, chirurgische onderdelen en leverresecties. 

Glasindustrie

De glasindustrie is een belangrijke gebruiker van de waterstraalsnijtechniek. Het verbetert de productiviteit en de randkwaliteit door verschillende complexe onderdelen te vormen uit gekleurd glas, kwarts, optimaal glas, borosilicaat, gesmolten silica en vlak glas zonder dat aanvullende behandelingen nodig zijn in een snelle doorlooptijd. 

Gerelateerd aan: Top 5 industrieën die gebruik maken van waterstraalsnijtechnologie

Is waterstraalsnijden beter voor uw project?

De procescompatibiliteit is afhankelijk van verschillende factoren. Bijvoorbeeld; onderdeelspecificatie, geometrische complexiteit, dikte en materiaaleigenschappen zoals geleidbaarheid, corrosieweerstand en duurzaamheid, u brengt het in vorm voor uw gespecificeerde project. 

Toepassingsvoorbeelden van waterstraalsnijden 

Over het algemeen kan een standaard waterstraalbewerking door meerdere materialen snijden zonder de oppervlakte-eigenschappen te beïnvloeden. Bovendien resulteert het gebruik in het produceren van geen of kleine door hitte beïnvloede zones, samen met een fijne en gladde textuurafwerking. In tegenstelling tot laser- en plasmasnijden produceert het geen gevaarlijke dampen. 

Bovendien wordt elke snede van de waterstraalsnijder aangestuurd door CNC-systemen. Deze systemen volgen G-codes om contouren nauwkeurig te creëren. Er zijn echter risico's op kromtrekken en beschadigingen. Daarom is het altijd aan te raden om ervaren professionals in de productie te raadplegen om de juiste keuze te maken. Hun advies kan u helpen bij het selecteren van het meest geschikte proces op basis van de eisen van het onderdeel, het materiaaltype en Kosten van waterstraalsnijden. Als je het nog steeds niet zeker weet, bekijk dan onze handleiding: Wanneer is waterstraalsnijden aan te raden? voor meer praktische inzichten.

Kies Prolean om te profiteren van een decennium aan ervaring

Prolean helpt bedrijven met betaalbare, hoogwaardige productieoplossingen via zijn Service voor waterstraalsnijden op maat. Van prototypes tot productieseries van honderden of duizenden onderdelen, wij kunnen snel nauwkeurige componenten leveren zonder concessies te doen aan de kwaliteit. 

Onze in-house opstelling is uitgerust met geavanceerde CNC-bewerkingstechnologie. Bovendien analyseert onze technische professional met tien jaar ervaring uw ontwerp en begeleidt u bij de juiste materiaal- en processelectie voor optimale resultaten. Neem nu contact met ons op en ontvang direct een offerte!

Opsommen

Waterstraalbewerking is de snelste techniek in de maakindustrie geworden. Het biedt een onderdeel met een hoge herhaalbaarheid en maatnauwkeurigheid in een korte tijdspanne. Veel fabricage-industrieën, zoals de landbouw, de medische sector, de glasindustrie, de ruimtevaart en de automobielsector, gebruiken het vanwege de economische en milieuvriendelijke vooruitzichten. 

Het waterstraalsnijproces is echter van cruciaal belang en vereist bepaalde overwegingen om exacte specificaties te verkrijgen, omdat snijonderdelen soms vlekken krijgen en tijdens het proces met kromtrekkingsproblemen te maken krijgen. Daarom moet een nauwkeurige controle van de procesparameters en de hogedrukstroom worden gehandhaafd. Daarnaast zijn er nog vele andere opties. Bijvoorbeeld laser- en plasmasnijden. Deze technieken staan ​​ook bekend voor precisie-eisende projecten. Om een ​​passende keuze te kunnen maken, is het dus nodig om basiskennis te verwerven over hun mogelijkheden en beperkingen. Dit artikel bevat alle essentiële details over waterstraalsnijden vanuit een breed perspectief. Door te lezen kunnen gebruikers waardevolle inzichten krijgen in procesmogelijkheden en andere aspecten.  

FAQ's

Q1. Hoeveel kost een waterstraalsnijmachine?

De kostenfactor is afhankelijk van het merk en de kenmerken van de machine. Een standaard waterstraalsnijmachine kost ongeveer $ 60,000-450,000.

Vraag 2. Zijn er alternatieve processen voor waterstraalsnijden?

Er zijn andere processen die kunnen worden gebruikt in plaats van waterstraalsnijden. Deze omvatten;

• Draadvonkmachine
• Plasma snijden
• Autogeen snijden
• Lasersnijden

Q3. Welke legering van metalen kan door waterstraalsnijden worden doorboord?

Met een waterstraalsnijder kunnen verschillende legeringssoorten worden gevormd. De legeringen van aluminium: 5052, 6061 en 7075; Koper: 260 en C110; Roestvrij staal 304, 316 en Acetol worden beschouwd als de juiste materialen voor waterstraalsnijden. 

Q4. Wat zijn de meest voorkomende problemen bij waterstraalsnijden?

Fabrikanten kunnen met verschillende problemen te maken krijgen, zoals kromtrekken, delaminaties, conische sneden, waterstraalkwaliteit, schuurmiddelen en slijtage van de spuitmonden.

Vraag 5. Hoe schuurmiddel wordt aan de waterstraal toegevoegd?

Over het algemeen hebben schuurmiddelen (meestal granaat) die in trechters zijn opgeslagen een capaciteit van ca. 2 ton. Het automatisch gecontroleerd bijvullen van de hoeveelheid schuurmiddel wordt door een doseertrechter gevoerd die bovenop de waterstraalmachine is geplaatst. Als gevolg hiervan stroomt een waterstraal door een gemengde schuurkamer, waardoor een venturi-effect ontstaat. Dit effect zorgt ervoor dat de schuurmiddelen aan de waterstroom blijven kleven. Vervolgens wordt dit mengsel naar het focusseermondstuk geleid om de waterstraalsnijbewerking uit te voeren.

Informatiebronnen

1. Predrag Janković, (2019), Toepassingen van de schurende waterstraaltechniek in de civiele techniek; Opgehaald van: researchgate.
2. Andrew J. Jefferson, Hom Nath Dhakal, (2018), Abrasief waterstraalsnijden: opgehaald van: Wetenschap Direct.