Wasserstrahlbearbeitung – Funktionsprinzip, Anwendungen, Vorteile

Was ist Wasserstrahlbearbeitung?

Wasserstrahlbearbeitung (WJM), auch bekannt als Wasserstrahlschneiden , ist ein nicht herkömmlicher Bearbeitungsprozess, bei dem ein Wasserstrahl mit hoher Geschwindigkeit verwendet wird, um Materialien von der Oberfläche des Werkstücks zu entfernen.

Bei diesem Verfahren werden Wasserstrahlen verwendet, die als Vorrichtung in Form einer Wassersäge wirken. Das Wasser wird dabei schnell angehoben und auf das Zielwerkstück fokussiert.

Es ist in der Lage, Schleifpartikel zu verwenden, die in Wasserstrahlmaterialien und einigen Metallen bei hoher Geschwindigkeit und hohem Druck gemischt sind. Einige Prozesse verwenden überhaupt kein Schleifmittel und diese sind als reine Wasserstrahl-Bearbeitungsprozesse bekannt.

Dieser Bearbeitungsprozess verwendet einen Wasserdruck im Bereich von 200 MPa bis 400 MPa. Der Druck variiert je nach Werkstück, aus dem das Material abgesaugt werden soll. Dieser Prozess ähnelt dem natürlichen Phänomen der Wassererosion.

Es wird hauptsächlich zum Materialabtrag von nichtmetallischen und weichen Werkstücken wie Kunststoffen, Gummi und Glas eingesetzt. Bei diesem Verfahren wird ein Wasserstrahl mit hoher Geschwindigkeit verwendet, um Materialien vom Werkstück zu entfernen. Die Grundprinzipien dieses Verfahrens sind, dass die kinetische Energie des Wasserstrahls in Druckenergie umgewandelt werden muss, um das Material vom Werkstück zu entfernen.

Wenn ein Wasserstrahl mit Bewegungsenergie auf ein Werkstück trifft, wird die Bewegungsenergie in Druckenergie umgewandelt. Diese unter Druck stehende Energie wird das Werkstück belasten und infolgedessen beginnt sich das Spannmaterial vom Werkstück wegzubewegen.

Arbeitsprinzip der Wasserstrahlbearbeitung

Das Arbeitsprinzip der Wasserstrahlbearbeitung basiert auf Wassererosion . Das Material wird herausgeschleudert, wenn ein Wasserstrahl mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche trifft. Weiche Materialien werden mit reinem Wasserstrahl bearbeitet. Um harte Materialien zu schneiden, werden jedoch einige Schleifpartikel mit Wasser für die Bearbeitung gemischt, was als AWJM bekannt ist (Abrasive Wasserstrahlbearbeitung).

Teile der Wasserstrahlbearbeitung

Das Schlüsselelement bei der Wasserstrahlbearbeitung (WJM) ist ein Wasserstrahl,

1 .Reservoir

Ein Wasserreservoir wird zum Speichern von Wasser verwendet, das während des Bearbeitungsprozesses verwendet wird. Das Reservoir befindet sich in der Regel etwas oberhalb des gesamten Aufbaus.

Dies geschieht, um einen kontinuierlichen und ununterbrochenen Wasserfluss zu gewährleisten.

2. Hydraulikpumpe

Die Hydraulikpumpe wird von 30 Kilowatt angetrieben (kW) Elektromotor und liefert Öl mit einem Druck von bis zu 117 bar um eine als Druckübersetzer bezeichnete Kolbenpumpe anzutreiben. Die Hydraulikpumpe bietet volle Flexibilität für Wasserstrahlschneid- und Reinigungsanwendungen. Es unterstützt auch einzelne oder mehrere Schneidstationen für eine erhöhte Bearbeitungsproduktivität.

3. Hydraulischer Druckverstärker

Der Intensivierer nimmt das Wasser bei niedrigem Druck (normalerweise 4 bar) auf und stößt es über einen Akkumulator bei höheren Drücken bis zu 3000 bis 4000 bar aus . Der Druckübersetzer wandelt die Energie der Niederdruck-Hydraulikflüssigkeit in Ultrahochdruckwasser um. Das Hydrauliksystem versorgt einen hin- und hergehenden Kolben im Mittelteil des Druckverstärkers mit Fluidkraft.

4 Akkumulator

Der Akkumulator hält den kontinuierlichen Durchfluss des Hochdruckwassers aufrecht und eliminiert Druckschwankungen. Es stützt sich auf die Kompressibilität von Wasser (12 Prozent bei 3800 bar), um einen gleichmäßigen Austrittsdruck und eine gleichmäßige Wasserstrahlgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, wenn der Druckverstärkerkolben seine Richtung ändert.

5. Hochdruckschlauch

Hochdruckschläuche transportiert unter Druck stehendes Wasser zum Schneidkopf. Typische Rohrdurchmesser sind 6 bis 14 mm . Die Ausstattung ermöglicht eine flexible Bewegung des Schneidkopfes. Der Schneidvorgang wird entweder manuell oder über ein speziell für diesen Zweck entwickeltes Fernsteuerventil gesteuert.

6 .Düse

Bei der Wasserstrahlbearbeitung handelt es sich um ein Gerät, das die Druckenergie von Wasser in kinetische Energie umwandelt. Die Düse wandelt in diesem Fall den Druck des Wasserstrahls in einen Hochgeschwindigkeits-Wasserstrahl um. Um Erosion zu verhindern, besteht die Düsenspitze aus Rubin oder Diamant.

7. Regelventil

Dieses Steuerventil regelt sowohl den Druck als auch den Wasserfluss und leitet es zum Durchflussregler. Die Druckenergien werden an dieser Stelle in kinetische Energie umgewandelt.

8. Durchflussregler

Ein Durchflussregler regelt den Wasserfluss aus dem Regelventil. Nach dem Einstellen des Durchflussreglers fließt das Wasser durch die Düse und wandelt den hohen Druck des Wassers in Hochgeschwindigkeitswasser um.

9 .Fänger

Der Fänger dient als Reservoir zum Sammeln der im Wasserstrahl mitgerissenen Bearbeitungsabfälle. Außerdem reduziert es den Geräuschpegel (105 Dezibel (dB)) im Zusammenhang mit der Verringerung der Geschwindigkeit des Wasserstrahls von Mach 3 auf Unterschallpegel.

Arbeitsweise der Wasserstrahlbearbeitung

Zuerst eine Pumpe wird verwendet, um Wasser mit hoher Geschwindigkeit zu übertragen. Das Wasser tritt mit niedrigem Druck in den Druckübersetzer ein und wird mit einem hohen Druck von ca. 3800 bar zum Druckspeicher befördert . Der Akkumulator ist ein Gerät, das Hochdruckwasser vorübergehend speichert.

Der Akkumulator Das Hochdruckwasser wird zu einem Steuerventil geleitet, das die Richtung des Wassers steuert. Das Steuerventil wandelt die Energie des Wasserdrucks in kinetische Energie um und wandelt Hochdruckwasser in Hochgeschwindigkeitswasser um, das dann zum Durchflussregler geleitet wird.

Der Durchflussregler regelt die Durchflussmenge des Wassers und leitet es zur Düse. Die kinetische Energie des Wassers steigt in der Düse deutlich an und die Düse erzeugt Hochgeschwindigkeitswasser.

Das Wasser tritt dann aus dem Loch aus und wird auf das Werkstück gerichtet. Trifft der Wasserstrahl auf das Werkstück, wird die kinetische Energie wieder in Druckenergie umgewandelt und das Werkstück steht unter vollem Druck.

Dieser Druck des Wasserstrahls verursacht einige Brüche an dem Teil des Werkstücks, an dem sich das Wasserstrahlrad befindet, sowie einige Risse in der Oberfläche des Werkstücks, und da der Wasserstrahl weiterhin auf die Oberfläche des Werkstücks auftrifft einen längeren Zeitraum. Der Riss vertieft sich und das Material wird vom Werkstück entfernt.

Das extrahierte Material wird durch Wasser weggetragen. Nachdem das Material entfernt wurde, wird das Wasser, das das Material schneidet, zur späteren Verwendung gesammelt. Teile der mit diesem Verfahren geschnittenen Späne werden in diesem Wasser im Material vorhanden sein. Dieses Wasser wird zur weiteren Reinigung geschickt oder kann durch den gesamten Strahlbearbeitungsprozess wieder zusammengesetzt werden.

Vor- und Nachteile der Wasserstrahlbearbeitung

Vorteile

• Es hat multidirektionale Schnittkapazität.
• Es wird keine Wärme erzeugt.
• Schnitte können an jeder beliebigen Stelle begonnen werden, ohne dass vorgebohrte Löcher erforderlich sind.
• Die Benetzung des Werkstückmaterials ist minimal.
• Es gibt keine Durchbiegung zum Rest des Werkstücks.
• Der entstehende Grat ist minimal.
• Das Werkzeug verschleißt nicht und muss daher nicht geschärft werden.
• Das Verfahren ist umweltverträglich.
• Gefährliche luftübertragene Staubverunreinigungen und Abfallentsorgungsprobleme, die bei anderen Reinigungsmethoden üblich sind, werden eliminiert.
• Es gibt mehrere Kopfverarbeitungen. Eine einfache Befestigung eliminiert kostspielige und komplizierte Werkzeuge, die
  verkürzt die Durchlaufzeit und senkt die Kosten.
• Schleifen und Polieren werden eliminiert, was den Sekundärbetrieb reduziert
  Kosten.
• Die schmale Schnittfuge ermöglicht eine enge Verschachtelung, wenn mehrere Teile ausgeschnitten werden
  ein einziges Leerzeichen.
• Es ist ideal zum Schruppen von Material für eine endkonturnahe Form.
• Ideal für laserreflektierende Materialien wie Kupfer und Aluminium.
• Es ermöglicht ein genaueres Schneiden von weichem Material.
• Es schneidet durch sehr dickes Material wie 383 mm in Titan und 307 mm in Inconel.

Nachteile / Einschränkungen

• Es ist aufgrund des hohen Wartungsaufwands nicht für die Massenproduktion geeignet.
• Die Anschaffungskosten sind sehr hoch.
• Sehr dicke Materialien können mit diesem Verfahren nicht bearbeitet werden.
• Es wird zum Schneiden weicherer Materialien verwendet, aber AWJM KANN härteres Material mit begrenzter Dicke schneiden.

Anwendungen der Wasserstrahlbearbeitung

WJM wird auf Metallen, Papier, Stoff, Leder, Gummi, Kunststoffen, Lebensmitteln usw. verwendet
Keramik. Es ist ein vielseitiges und kostengünstiges Schneidverfahren, das als Alternative zu herkömmlichen Bearbeitungsverfahren eingesetzt werden kann. Wärmeeinflusszonen, giftige Dämpfe, Umformschichten, Kaltverfestigung und thermische Spannungen werden vollständig eliminiert.

Es ist die flexibelste und effektivste Reinigungslösung, die für eine Vielzahl industrieller Anforderungen erhältlich ist. Im Allgemeinen hat die Schnittfläche ein sandgestrahltes Aussehen. Außerdem weisen härtere Materialien ein besseres Kantenfinish auf. Typische Oberflächengüten reichen je nach Anwendung von 1,6 µm Effektivwert (RMS) bis sehr grob.

Toleranzen liegen im Bereich von ±25 µm bei dünnem Material. Sowohl die erzeugte Oberflächenrauheit als auch die Toleranz hängen von der Bearbeitungsgeschwindigkeit ab.

Anwendungen von WJM sind :-

• Die Wasserstrahlbearbeitung wird zum Schneiden, Formen und Optimieren von Vorgängen in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter Bergbau, Automobil und Luft- und Raumfahrt.
• Gummi, Textilien, Kunststoffe, Schaumstoffe, Leder, Verbundwerkstoffe, Fliesen, Steinglas, Lebensmittel, Metall/Papier und andere Materialien werden üblicherweise durch Wasserstrahlen (WJM oder AWJM) mechanisiert.
• WJM wird typischerweise verwendet, um weiche und leicht zu bearbeitende Materialien wie dünne Bleche und Folien, Holz, NE-Metalllegierungen, Textilien, Waben, Kunststoffe, Polymere, Lederstücke, gefrorene usw. zu schneiden.
• AWJM wird häufig verwendet, um schwer zu bearbeitende Materialien zu bearbeiten. Es wird verwendet, um dicke Platten aus Stahl, Aluminium und anderen handelsüblichen Materialien, verstärkten Kunststoffen, Metallmatrix- und Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen, geschichteten Verbundwerkstoffen, Stein, Glas usw. zu bearbeiten.
• Neben dem Bearbeitungsprozess werden Hochdruckwasserstrahlen verwendet, um Restspannungen beim Entfernen von Farbe, Operationen, Reinigen, Pinkeln und anderen Anwendungen zu beseitigen. Auch Bohren, Taschenfräsen, Drehen und Reiben ist mit AWJM möglich.

Einige Fragen zur Wasserstrahlbearbeitung

Welche Produkte werden durch Wasserstrahlschneiden hergestellt?

Das Wasserstrahlschneiden ermöglicht es Unternehmen, eine breite Palette von Teilen und Produkten herzustellen. Verriegelungsbeschläge (Bolzen, Zahnräder usw.), Autoteile, elektrische Komponenten, große Fließbandartikel und Designprototypen sind nur einige der Produkte, die sie mit Wasserstrahlschneiden herstellen. Wasserstrahlschneiden kann auch von Künstlern verwendet werden, um geometrisch genaue und/oder komplizierte Kunstwerke herzustellen.

Ist Wasserstrahlschneiden nachhaltig?

Wasserstrahlschneiden ist von Natur aus ein umweltfreundliches Verfahren. Wasserstrahlschneiden erfordert im Gegensatz zu herkömmlichen mechanischen Schneidsystemen keine Kühl- oder Schmieröle. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, chemisch belastete Späne zu entsorgen. Wasserstrahl erzeugt im Gegensatz zu thermischen Techniken wie Plasma oder Laser während des Schneidvorgangs keine schädlichen Dämpfe.

Das Granat-Schleifmittel ist ungiftig und inert, und da während des Schneidvorgangs nur sehr wenig Metall entfernt wird, wird nur sehr wenig tatsächliches Metall verschwendet. Dadurch wird die Umweltbelastung sehr gering gehalten.

Wie präzise ist ein Wasserstrahlschneider?

Fließwasserstrahlen können Produkte mit extrem engen Toleranzen produzieren; Einige Systeme können Toleranzen von nur 0,001″ erreichen. (0,025 mm). Die Teiletoleranzen für die Wasserstrahlbearbeitung reichen typischerweise von 0,003″ bis 0,005″ Zoll. Bei Materialien, die dicker als 1 Zoll sind, erstellen die Maschinen Teile mit Toleranzen im Bereich von 0,005 bis 0,100 Zoll (0,12 bis 2,5 mm).

Aufgrund von Abweichungen in der Technologie, wie z. B. Steuerung und Maschinenstruktur, variieren die Toleranzen je nach Hersteller stark.

Wie viel Druck hat ein Wasserstrahlschneider?

Wasserstrahlschneiddrücke reichen typischerweise von 50.000 bis 60.000 PSI. Viele neuere Systeme stehen unter einem Druck von 90.000 Pfund pro Quadratzoll. Das Wasser wird dann durch eine kleine Öffnung abgelassen, die in einen Diamanten oder Saphir eingearbeitet ist, der normalerweise einen Durchmesser zwischen 5 und 15 Tausendstel Zoll hat. Der entstehende Wasserstrahl ist Überschall, d. h. er bewegt sich schneller als die Schallgeschwindigkeit. Glücklicherweise ist die Durchflussrate mit ungefähr 1/2 Gallone pro Minute relativ niedrig.

Was sind einige Sicherheitsprobleme beim Wasserstrahlschneiden?

Der Wasserstrahl, der die Haut durchdringt, von umherfliegenden Trümmern getroffen wird und Lärm ausgesetzt ist, sind alles übliche Gefahren und Bedenken im Zusammenhang mit der Wasserstrahlbearbeitung. Arbeiten in geschlossenen Räumen, Sturzgefahren, Gefahren für Atemwege und Augen, Stromschlag und potenzieller Kontakt mit gefährlichen Substanzen sind alles Risiken, die mit Hochdruckwasserstrahlen verbunden sind.

Multiple-Choice-Fragen zur Wasserstrahlbearbeitung

F. Was ist das Schlüsselelement der Wasserstrahlbearbeitung zum Materialabtrag?
a) Werkzeughalter
b) Werkstück
c) Wasserstrahl
d) Stromquelle
Antwort: c
Erklärung: Wasserstrahl ist derjenige, der verwendet wird, um das Werkstück zu schneiden und Material zu entfernen.

F. Welche der folgenden ist kein Teil des Bearbeitungssystems der Wasserstrahlbearbeitung?
a) Wandler
b) Akkumulator
c) Strahlschneiddüse
d) Hydraulikpumpe
Antwort: a
Erklärung: Der Wandler ist kein Teil der Wasserstrahlbearbeitung und andere Komponenten fallen unter WJM.

F. Wie groß ist die Geschwindigkeit des Wasserstrahls bei der Wasserstrahlbearbeitung?
a) 100 m/sek
b) 300 m/sek
c) 700 m/sek
d) 900 m/sek
Antwort: d
Erläuterung:Die Geschwindigkeit des Wasserstrahls, der bei der Wasserstrahlbearbeitung verwendet wird, beträgt etwa 900 m/s.

F. Welche Materialien können nicht mit der Strahlstrahlbearbeitung bearbeitet werden?
a) Weiche Materialien
b) Harte Materialien
c) Schwer zu bearbeitende Materialien
d) Keines der genannten
Antwort: a
Erläuterung:Weiche Materialien wie Schokoriegel, dünnes Weichholz usw. können mit AJM nicht bearbeitet werden.

Häufig Gestellte Fragen

Die Wasserstrahlbearbeitung wird auch als

bezeichnet

Wasserstrahlbearbeitung (WJM), auch Wasserstrahlschneiden genannt. Es ist definiert als ein nicht herkömmlicher Bearbeitungsprozess, bei dem ein Wasserstrahl mit hoher Geschwindigkeit verwendet wird, um Materialien von der Oberfläche des Werkstücks zu entfernen. WJM kann verwendet werden, um weichere Materialien wie Kunststoff, Gummi oder Holz zu schneiden.

Wie wird das Material bei der Strahlbearbeitung abgetragen

Bei der Schleifstrahlbearbeitung wird ein fokussierter Strom von Schleifpartikeln, die von Hochdruckluft oder -gas getragen werden, dazu gebracht, durch eine Düse auf die Arbeitsfläche aufzutreffen, und das Arbeitsmaterial wird durch Erosion durch Hochgeschwindigkeitsschleifpartikel entfernt .

Wo ist die Wasserstrahlbearbeitung anwendbar

Das WJM-Verfahren wurde erfolgreich für verschiedene Bearbeitungsvorgänge wie Schneiden, Bohren, Entgraten und Drahtabisolieren usw. angewendet. Es wurde auch auf dem Gebiet der Oberflächentechnik wie Oberflächenbehandlung, Reinigen, Texturieren und Veredeln usw. angewendet.

In welchen Branchen werden Wasserstrahlschneider eingesetzt?

Job Shops
Bildung
Luft- und Raumfahrt
Nahrungsmittelverarbeitungsgeräte
Prüfung
Metal Service Center

Wer hat das Wasserstrahlschneiden erfunden?

Dr. Norman Franz