De veelzijdigheid van waterstraalsnijmachines

Waterstraalsnijmachines kunnen ingewikkelde vormen snijden uit metalen en niet-­metalen. Wat de technologie onderscheidt, is dat ze de eigenschappen van het te snijden materiaal niet veranderen. Waar thermische snijprocessen een warmtebeïnvloede zone creëren, gebruiken waterstraalsnijmachines enkel de kracht van water en abrasief. Ook de flexibiliteit van de waterstraal is een troef. Want ze kan functionaliteiten bieden die alleen bereikt worden met vonken of frezen.

Eigenlijk zouden we niet moeten spreken over waterstraalsnijden maar over waterstraalbewerking. Waterjets verwijderen materiaal door middel van een versneld erosieproces op een heel gecontroleerde manier. En ook al worden er geen spanen gemaakt, we spreken toch van een subtractief proces. Een in sommige gevallen zelfs veel efficiënter subtractief proces dan de traditionele metaalbewerkingstechnologieën. 

Operationele snelheid

Een waterstraalmachine kan snel een geometrie snijden, vele malen sneller dan een CNC-freesmachine. Dat heeft te maken met de materialen. Door de temperatuurstijgingen die met frezen gepaard gaan, kunnen materialen zoals titanium wat ‘kleveriger’ worden, wat een nadelig effect heeft op het snijgereedschap en op het snijden. Maar wat voor alle materialen geldt, is dat de insteltijden een stuk korter kunnen. Gemiddeld kan een werkplaats een waterstraalsnijmachine in 15 minuten instellen. Het werkstuk hoeft alleen maar op de latten op de tafel geplaatst te worden. Er is ook maar één snijapparaat nodig. Bij het frezen zal dat voor een gelijkaardige opdracht snel oplopen tot 2,5 uur. Dat heeft te maken met enerzijds de opspaninrichtingen. Anderzijds zullen er ook verschillende snijgereedschappen in de machine geladen moeten worden. De waterstraal is het enige gereedschap dat een waterstraalsnijmachine nodig heeft. Omdat ze met een grote plaat kan werken, kunnen bovendien meerdere onderdelen – sommige gelijkaardig en sommige totaal verschillend qua geometrie – samen genest worden. Aan CNC-frezen gaat nog steeds zaagwerk vooraf, in de meeste gevallen werkt de frees maar aan één stuk tegelijk.

Nauwkeurigheid metaal snijden

Op vlak van nauwkeurigheid zijn vonkmachines dan weer moeilijk te evenaren. Ze worden niet voor niets gebruikt in de gereedschaps- en matrijzenbouw. De technologie, waarbij materiaal uit een werkstuk wordt verwijderd met behulp van een reeks snel terugkerende ontladingen tussen twee elektroden, wordt gebruikt om complexe vormen in het metaal aan te brengen die anders moeilijk te produceren zijn met conventionele snijgereedschappen. Het probleem met vonkmachines is dat ze erg langzaam zijn. Maar is dit compromis wel nodig? Waterstraalmachines kunnen nauwkeurige sneden leveren met toleranties van +/- 13 µm. Hoewel dat nog niet de nauwkeurigheid is die vonkmachines bereiken, komt het wel al in de buurt en valt het onder de categorie ultraprecies. Met kleine nozzles en de mogelijkheid om een zeer fijne stroom water en schuurmiddel toe te voeren, kunnen deze precisiemachines snedes leveren met een zeer kleine kerf. Stel je een medisch multigereedschap voor met minuscule tandjes die, wanneer ze trillen, gebruikt worden om door iets als bot te snijden. De tanden zijn zo klein dat ze niet bewerkt kunnen worden met een traditionele frees en vonken is geen optie omdat die het gereedschap niet snel genoeg kan produceren. De waterstraalsnijmachine kan wél de nauwkeurigheid leveren die nodig is en in tijden die aantrekkelijk zijn voor de fabrikant.

Veelzijdigheid bij het snijden

Een waterstraal als een ‘Zwitsers zakmes’?  Misschien wel, zo kunnen de machines ook de snijcapaciteiten van brootsen benaderen. Brootsen ontstond bijna 200 jaar geleden als een middel om katrollen en tandwielen te maken. Vandaag wordt het veel toegepast voor de productie van zeer nauwkeurige tandwielen voor de auto-industrie en vliegtuigonderdelen. Het brootsen – dat tanden heeft die over de hele lengte van het gereedschap in grootte en vorm veranderen, meestal met kleinere toenames per tand in het begin – voert voorbewerkingen, halfafwerkingen en nabewerkingen uit terwijl het gereedschap metaal van het werkstuk verwijdert. Waterjets kunnen evengoed de eerste doorboring maken, de cirkelvorm in een enkelvoudige baan snijden en vervolgens de afwerking uitvoeren door de voedingssnelheid van de machine naar behoefte aan te passen om de precieze afwerking te verkrijgen die nodig is. Een ander voorbeeld zijn de interne scherpe hoeken die een frees kan maken op onderdelen. Een CNC-freesmachine kan enkel een interne radius leveren die net zo klein is als het kleinste boortje. Op dat punt zal het materiaalverwijderingsproces erg langzaam gaan. Een waterstraal kan een haarfijne snede maken, wat resulteert in een binnenhoek die eruitziet alsof het een inwendige vorm heeft die door een CNC-frees is gemaakt.

Meer materialen mogelijk

Waterjets kunnen ook niet-metalen, zoals composieten, veel efficiënter snijden dan CNC-frezen. Als een CNC-freesmachine wordt gebruikt op dergelijk materiaal, worden conventionele gereedschappen niet aanbevolen. Het bewerken van composiet vereist speciale gereedschappen, hogere spindelsnelheden en lagere voedingssnelheden dan metalen. De lagere voedingssnelheden helpen om de hitte laag te houden en beschadiging van de koolstofvezel te voorkomen. Waterjets kunnen koolstofvezel doorboren zonder een gat voor te boren. In sommige gevallen waar materiaal met een laag hechtingsniveau of zeer eenvoudige koolstofvezelstructuren worden gebruikt, kan een boor wel nodig zijn om het gat te maken. Als een waterstraal en schuurmiddel worden gebruikt om de doorboring te maken in dit goedkopere koolstofvezelmateriaal, baant het water zich een weg tussen de vele lagen van het materiaal en kan delaminatie optreden. Gewoonlijk zit de boormachine naast de waterstraalpijp. Zodra dat gat is gemaakt, kan de waterstraal beginnen met het snijden van de koolstofvezel.

De verspanende vriend van elke metaalbewerker

Voor ateliers die zich niet willen toeleggen op verspaning en de stukken toch in eigen huis willen bewerken, is een waterstraal een veelzijdig snijgereedschap dat veel van de snijcapaciteiten van een frees kan leveren. Het is gewoon een kwestie van begrijpen wat de waterstraal kan en deze mogelijkheden volledig benutten.