Waterjets 101:Schleifende Wasserstrahlbearbeitung

Das Wasserstrahlschneiden ist seit etwa 1850 eine Spezialtechnologie, die in einer Vielzahl von Branchen vom Bergbau bis zur Lebensmittelverarbeitung eingesetzt wird. In den 1960er und 1970er Jahren wurden große Fortschritte nicht nur in der Technologie und im Design, sondern auch in den Herstellungsverfahren dieser High erzielt Druckpumpen. Bis 1990 wurde ein Hochdruckwasserstrahl mit abrasiven Materialien gemischt und eine neue Revolution im Formschneiden war geboren:die abrasive Wasserstrahlbearbeitung. Diese Entdeckung des zusätzlichen Schleifmittels (Granat) zum Hochdruckstrahl machte diesen Strahl zu einem präzisen Schleifwerkzeug, das JEDES Material, mit dem es in Kontakt kommt, durchschneiden kann. Im Laufe des nächsten Jahrzehnts wurde der Prozess zu einer Präzisionsschneidetechnologie verfeinert, nicht nur für Bleche, sondern buchstäblich für alle Materialien. Wasserstrahl kann viele Materialien wie Stahl, Aluminium, Kunststoffe, Holz, Teppich, Schaumstoff, Fliesen, Stein und buchstäblich alles andere, was Sie berühren können, verarbeiten

Einschränkungen des Wasserstrahlschneidens

Neben vielen Vorteilen gibt es aber auch ein paar Regeln und Materialbedingungen zu beachten. Erstens muss ein Wasserstrahl vollständig DURCH ein Material gehen, da im Allgemeinen das Ätzen und Schleifen bis zu einer kontrollierten Tiefe nicht mit beliebiger Genauigkeit möglich ist. Unterbrochene Schnitte, wie z. B. Hohlräume zwischen Wänden und Rohren, sind im Allgemeinen keine geeigneten Anwendungen für Wasserstrahlen, da der Strahlstrom nicht mehr kontrolliert wird, wenn er aus der ersten Wand in den Raum zwischen den Wänden austritt – wodurch ein breites „Schrotflinten“-Muster auf der gegenüberliegenden Seite entsteht Wand.

Laminate sind ein problematisches Material für Wasserstrahler, aber nur beim Durchstechen. Dies liegt daran, dass der Jetstream beim Schnitzen/Schleifen durch das Material (in einem Sackloch) auch versucht, Schichten auseinanderzuziehen. Obwohl es einige Niederdruckansätze für diese Materialien gibt, sind sie nicht 100 % zuverlässig. Daher ist die beste Methode, ein Startloch für die Laminatbearbeitung zu bohren. Gehärtetes Glas, spröde Keramik und ähnliche Materialien sind ebenfalls problematisch, da sie dazu neigen, zu zerbrechen, sobald die Spannung durch die Schneidwirkung des Prozesses abgebaut wird.

Vorteile von Wasserstrahlschneidemaschinen

Nachdem wir nun behandelt haben, was bei einem Wasserstrahl vermieden werden sollte, können wir zum Ausdruck bringen, dass der Rest der Fertigungswelt und der Materialien weit offen sind und durch den abrasiven Wasserstrahlbearbeitungsprozess leicht bearbeitet werden können. Die einfache Bedienung eines Wasserstrahlschneidsystems macht es sowohl für Anfänger als auch für erfahrene Werkstätten gleichermaßen sehr attraktiv. Typischerweise ist die einzige Information, die für einen Wasserstrahl benötigt wird, die Shape-Datei in einem einfachen DXF-Format – dann gibt der Bediener die Art, Dicke und Präzision des gewünschten Schnitts ein. Aufgrund der Einfachheit und Flexibilität ersetzen oder ergänzen mittlerweile viele Unternehmen ihre bestehenden Arbeitsweisen durch Wasserstrahlschneideverfahren, da dies eine genaue Schneidemethode ist, die keine gefährlichen Dämpfe oder Abfälle erzeugt und KEIN thermischer Prozess ist. Das bedeutet, dass Teile aus hitzeempfindlichen Materialien wie den meisten Kunststoffen bei der Bearbeitung nicht beschädigt oder zerstört werden. Heute ist die Wasserstrahltechnologie in der Lage, Schneiddrücke von über 90.000 PSI (90 kpsi) zu erzeugen.

Wasserstrahlen werden durch drei Hauptfaktoren definiert:

1. Tisch-/Reisegröße oder Kapazität;
2. Schneiddruck; und
3. Höchstleistung (PS).

Ein typisches Wasserstrahlsystem hat einen Tischhub von 5' x 10' oder 6' x 12' mit einem Betriebsdruck von 60.000 psi (60 kpsi), der von einer elektrisch angetriebenen 30-PS-Hydraulikpumpe angetrieben wird, um diesen Druck zu erzeugen. Der Pumpendruck – und die bei diesem Druck erzeugte Wassermenge – kann nicht nur einen großen Einfluss auf die Leistung der Maschine, sondern auch auf die Betriebskosten der Maschine haben. Eine Pumpe, die mit einem Druck von 40 kpsi arbeitet, kostet zwar ein paar Dollar weniger pro Stunde, kann aber buchstäblich doppelt so lange brauchen, um das gleiche Teil mit der gleichen Qualität zu schneiden wie dieselbe Maschine, die mit 60 kpsi arbeitet, wodurch sich die Herstellungskosten verdoppeln. In einem anderen Beispiel produziert eine Pumpe, die 60 kpsi bei 30 PS erzeugt, 0,6 Gallonen pro Minute (GPM) Druckwasser. Dieselbe Maschine, die mit demselben Druck (60 kpsi) arbeitet, aber eine 60-PS-Pumpe verwendet, erzeugt 1,2 GPM unter Druck stehendes Schneidwasser, wodurch der Bediener die Schnittgeschwindigkeiten für dasselbe Teil mit denselben Toleranzen um 40 erhöhen kann %.

Pumpen

Es gibt zwei Hauptpumpentypen, die für ein Wasserstrahlsystem gekauft oder ausgetauscht werden können. Druckübersetzerpumpen sind aufgrund der erhöhten Schnittgeschwindigkeiten, des konstanten Betriebsdrucks und der Zuverlässigkeit bei weitem beliebter. Unten finden Sie eine Beschreibung der Pumpentypen, die für Schneidanwendungen mit klarem und abrasivem Wasser erhältlich sind:

Direktantrieb

Typischerweise werden drei Kolben von einem Elektro- (oder Benzin-/Diesel-) Motor angetrieben, der eine Kurbelwelle dreht und bis zu 55 kpsi erzeugt. Zu den Hauptvorteilen dieses Pumpentyps gehören:

• Die geringeren Investitionskosten der Pumpe
• Kein Kühlwasser erforderlich
• Kein Leistungsverlust durch den Antrieb durch Ölhydraulik und
• Das Volumen des erzeugten Hochdruckwassers ist höher als das einer Druckübersetzerpumpe.

Der Nachteil dieses Pumpentyps besteht darin, dass der Druck ab dem Einschalten der Pumpe stündlich abnimmt, wenn sich die Dichtungen und internen Pumpenkomponenten abnutzen, wodurch die Schnittgeschwindigkeit und das Finish beeinträchtigt werden. Diese Pumpe hat auch mehr interne Verschleißteile, die etwas höhere Wartungsausfallzeiten und -kosten erfordern.

Intensivierer

In dieser Pumpe erzeugt ein Elektro- (oder Benzin-/Diesel-) Motor einen hydraulischen Öldruck von (typischerweise) 3 kpsi oder mehr. Dieses unter Druck stehende Öl wird dann zu einem Zylinder geleitet, der einen Kolben hin und her treibt. Der Kolben ist mit einem Kolben verbunden, der 20x kleiner als der Kolben ist. Hochdruckdichtungen trennen das Öl in der Kolbenkammer vom Wasser in der Kolbenkammer. Die unterschiedlichen Durchmesserverhältnisse zwischen Kolben und Plunger erzeugen den Effekt der Intensivierung, und somit erzeugen die 3 kpsi Hydrauliköldruck 60 kpsi Wasserdruck. Der Hauptvorteil dieses Pumpentyps besteht darin, dass der Druck größer und gleichmäßiger ist, was höhere Schnittgeschwindigkeiten und zuverlässige Oberflächengüten ermöglicht. Der Nachteil ist, dass diese Pumpe Kühlwasser für das Hydrauliköl benötigt und etwas weniger elektrisch effizient ist.

Jede Art von Hochdruckpumpe kann zum Schneiden mit geradem Wasser oder abrasivem Wasserstrahl verwendet werden. Jede Abrasivwasserstrahlmaschine kann als reine Wasserstrahlmaschine verwendet werden, indem einfach die Abrasivmischung entfernt wird. Maschinen, die für Schneidvorgänge mit geradem Wasser ausgelegt sind, können jedoch erhebliche Modifikationen erfordern, um abrasive Bearbeitungsverfahren zu verwenden. Typische Anwendungen für jeden sind unten aufgeführt:

• Gerades Wasser: Wird für Anwendungen verwendet, die mit einem Messer oder einer Schere geschnitten werden können, wie z. B. Lebensmittelverarbeitung, Papier, Teppich, Schaumstoff, Glasfaserisolierung, Dichtungen usw.
• Schleifstrahlbearbeitung: Metalle, Kunststoffe, Fliesen, Stein, Granit und alle anderen Materialien, die sich nicht leicht schneiden lassen.
• Verarbeitete Materialien: Stahl, Aluminium, Edelstähle, Kupfer, Messing, Kunststoffe, Schaumstoffe, Dichtungen, Isolierungen, Teppiche, Glas, Fliesen, Stein, Holz usw.

Beliebte Wasserstrahlhersteller sind Bystronic, Calypso, Esab, Flow, Omax, Jet Edge, Ward Jet, Hydra Jet, Romeo Engineering, Wardjet und KMT. Wenn Sie mehr über Wasserstrahlen oder andere Fertigungsmaschinen erfahren möchten, sehen Sie sich bitte die untenstehende Ressource an oder kontaktieren Sie uns.