Om door te breken met nieuwe technologieën is er nood aan een zekere basiskennis van die technologieën en hun mogelijkheden. Daarom stellen we enkele doorbraaktechnologieën aan u voor aan de hand van een reeks infofiches. Deze bijdrage van Yansong Guo en Bert Lauwers van KU Leuven zet high pressure jet assisted (HPJA) machining of met een hogedrukstraal ondersteund bewerken in de kijker.

Met HPJA bewerkingsmethoden kunnen moeilijk te verspanen materialen, zoals gehard staal, Inconel- en titaniumlegeringen, aangepakt worden. De technologie werd al met succes ingezet in de industrie.

Deze techniek zet een water- of emulsiestraal onder hoge druk direct als koelvloeistof in de verspaningszone in. Met een drukbereik van enkele tientallen tot honderden megapascal (MPa) heeft de krachtige koelvloeistofstraal een positief effect op de afbreken van de spanen en op de warmteoverdracht. Het koelmiddel kan effectief tot bij de snijrand komen, wat resulteert in een korte afschuifzone. Dit  zorgt voor dunne spanen die makkelijk in kleine stukken breken. Door de hitte die tijdens het procedé vrijkomt, verdampt een klassieke koelvloeistof alvorens ze de verspaningszone bereikt. Een koelmiddel onder hoge druk daarentegen kan effectief tot bij de snijzone doordringen, zodat de hitte bij hoge snelheden geëlimineerd wordt. Op die manier laat de technologie een betere performantie en langere gereedschapstandtijden toe. (Onderstaande illustratie via Sandvik).

Het koelmiddel onder hoge druk kan in de bewerkingszone gespoten worden via interne of externe spuitkoppen. Door hun hogere flexibiliteit en doordat er geen behoefte is aan extra operaties, worden externe spuitkoppen meer ingezet dan interne kanalen. Op basis van het beschikbare installatietype kan de HPJA op een andere manier toegepast worden: een druk hoger dan 150 MPa en een voedingssnelheid die lager ligt dan 6 l/min voor kleine spuitkoppen en een druk die lager ligt dan 30 MPa en een hogere voedingssnelheid tot 50 l/min voor grote spuitkoppen.

Onderstaande beelden illustreren het effect van de druk op de breekbaarheid van de spanen bij het draaien Iconel 718 (D_n = diameter spuitkop) en daaronder een vergelijking van de gereedschapstandtijden bij het draaien van dit materiaal.

Enkele voordelen van de technologie zijn de kortere spanen die worden gegenereerd, wat voordelig is voor productie en dan vooral bij de bewerking van interne structuren, de langere levensverwachting bij de bewerking van moeilijk te bewerken materialen en de betere oppervlakteafwerking die met dit procedé kan worden bereikt.

Er blijven evenwel nog enkele werkpunten:

• Bij koelingsystemen van machines moeten de afdichtingen en kleppen aangepast worden om de druk aan te kunnen.
• Het gebruik van de hogedrukstraal verhoogt het energieverbruik in productie.
• Verschillende procedés vereisen mogelijk ook verschillende drukken. In multi-taskbewerken is het gebruik van de correcte programmatie essentieel om de koelmiddelpomp te bedienen. Het is nuttig variabele druk toe te passen wanneer grote volumes aan koelmiddel vereist zijn.
• De keuze van de meest geschikte snijplaatjes, de invalshoek van de koelvloeistofstraal en de bewerkingsparameters zullen een grote impact hebben op de snijperformantie en standtijd van het gereedschap.

Dit artikel kwam tot stand dankzij het project "Doorbraaktechnologie voor een Vlaamse maakindustrie met toekomst” in het kader van Vlaanderen in Actie en met steun van het Agentschap Ondernemen.