Principes van waterstraal snijden

Principes van waterstraal snijden

Het is de straalsnelheid die snijdt, niet de druk...

We hebben het vaak over de pompdruk van een waterstraal snijmachine waar we mee snijden, maar uiteindelijk is het de snelheid van het water, met of zonder abrasief, die echt het snijwerk doet. De formule voor kinetische energie: KE = ½ mv2 waar m = massa in kg en V = snelheid in m/s, is de basisformule die bepaalt hoe we materialen snijden met een waterstraal.

Het principe van waterstraal snijden is dat we een dunne waterstraal met hoge snelheid creëren die zijn energie concentreert op een klein gebied van het object dat we willen snijden. Door (zeer) hoge druk water te pompen en die door een zeer fijne opening van typisch 0,2 tot 0,4 mm diameter te leiden, maken wij een waterstraal met snelheden tot ongeveer 700 m/sec, meer dan twee keer de geluidssnelheid. De waterstraal wordt door de mengkamer geleid waar deze een vacuüm creëert met zijn hoge snelheid (venturi-effect) en daar is waaar we een gecontroleerde hoeveelheid abrasief toevoegen. Typisch is dit een fijn gezeefd granaat, een mijnbouwproduct, van een scherpe, natuurlijk harde steen. Alternatieven voor gedolven granaat zijn abrasief middelen die nog harder zijn, zoals aluminiumoxide. Het is met een waterstraal en het abrasief dat we snijden. Het water is de hamer en het abrasief is de beitel waarmee we elk materiaal kunnen snijden. Zelfs een diamant! Het water is de hamer en het schuurmiddel is de beitel en daarmee kunnen we elk materiaal snijden. Zelfs een diamant!

Principes van waterstraal snijden

 In de meeste toepassingen is 4000 bar voldoende om de vereiste hoge snelheid water straal te creëren. Hogere drukken zijn mogelijk, maar tegen hoge kosten voor onderhoud en slijt delen, zodat economisch gezien dit een grens is die zelden zinvol is. De hoge snelheid van de straal beperkt namelijk ook de mogelijkheid om het abrasief grondig met het water te mengen. Het water versnelt het abrasief met behulp van een deel van zijn eigen energie en een mengsel van water met abrasief wordt door de focusbuis geleid met een snelheid van ongeveer 600 m/s. De fijne waterstraal raakt het materiaal met precisie en zal zijn weg boren door het materiaal tijdens de boorfase. Tijdens het doorboren zal de waterstraal een kleine cirkel van enkele mm diameter maken zodat de straal zijn energie niet verliest in terugslag vanuit het gat. Na het doorboren van het materiaal kan het doorgaan met het volgen van de geprogrammeerde snijlijn. Normaal gesproken zal de operator een doorboring net buiten de snijlijn programmeren, zodat de straal een schone doorloop naar de snijlijn kan maken. 

Bij drukken van 4000 bar in de hogedrukpomp kan de druk die op het oppervlak van het materiaal werkt, meer dan 400 N/mm² overschrijden, wat het gebruik van gespecialiseerde materialen en regelmatig onderhoud vereist om een lange levensduur en betrouwbaarheid te garanderen.

Het optimaliseren van de parameters van een waterstraal snijmachine is een delicate balans tussen druk, snelheid en voeding van abrasief. Hoewel hogere drukken kunnen leiden tot hogere straalsnelheden en snijkracht, brengen ze ook uitdagingen met zich mee zoals beperkte tijd voor het mengen van abrasief en flink hogere onderhoudskosten. Werken binnen het optimale drukbereik zorgt voor efficiënte snijprestaties en minimaliseert slijtage aan systeemcomponenten. Soms is het beter om langzamer te snijden en de machine zijn programma te laten uitvoeren in onbemande productie. 

Tot slot is waterstraal snijden een bewijs van de kracht van kinetische energie, om nauwkeurige en efficiënte snijmogelijkheden voor elk materiaal te bereiken. Door de natuurkunde achter waterstraal snijden te begrijpen en systeemparameters te optimaliseren, kunnen operators het gebruiken om een breed scala aan materialen te snijden, van metalen tot steen, composieten en keramiek tot kunststoffen en rubber. Het zal een schone, braamvrije en nauwkeurige snede opleveren, klaar voor gebruik.