WELKE KOSTEN KOMEN KIJKEN BIJ HET WATERSTRAALSNIJDEN?

DE SLIJTAGE DOOR EN DE VERWERKING VAN HET BROSSE SNIJMATERIAAL

Waterstraalsnijden staat geboekstaafd als scheidingsproces met een redelijk hoog prijskaartje en weliswaar ook tal van voordelen. De hoge productiekosten van de koude snijtechniek hebben veelal te maken met het snijzand dat aan het water wordt toegevoegd. Het brosse materiaal veroorzaakt namelijk slijtage aan de onderdelen van de waterjet. Ook het verwerken van het gebruikte abrasief en het afvalwater komt met een grote kost.

DE TECHNIEK IN EEN NOTENDOP

Bij waterstraalsnijden stuurt een hogedrukpomp water met erg hoge snelheid door een spuitkop. Voor het snijden van harde materialen zoals metaal en dikker hout, wordt een abrasief aan het snijwater toegevoegd. Hoe brosser het materiaal, hoe meer abrasief er nodig is om een optimale snede te maken. Het snijzand wordt op het laatst mogelijke moment toegevoegd om slijtage aan de machine te beperken. Dat gebeurt in het vacuüm dat ontstaat in de mengkamer onder de spuitkamer. De mix van water en zand komt in de focusbuis terecht.

Voordelen

De hoge kostprijs wordt als het ene grote nadeel beschouwd. Daar staan echter tal van voordelen tegenover, die vooral doorwegen bij dikke en 'exotische' materialen.

Flexibiliteit: er bestaan weinig beperkingen qua materiaal (zeker qua diktes) en vormgeving. De waterstraal snijdt materialen aan die op geen enkele andere wijze te verwerken zijn.

Kwaliteit: de snede is recht en vrijwel braamloos, van constante, hoge kwaliteit. Door de rechte hoeken passen gesneden onderdelen precies op elkaar. Er wordt tijd bespaard op nabewerking.

Moedermateriaal: het gaat om een koud proces, waardoor er geen thermisch belaste zones ontstaan. Ook zijn er geen mechanische spanningen: het materiaal vervormt minimaal, de structuureigenschappen blijven behouden. De onderzijde van het gesneden materiaal kent wel altijd een (beperkt) na-ijleffect. Als dat bij het eindproduct zichtbaar zou zijn, moet de onderzijde worden nabewerkt.

Nesting: de snijbreedte is zeer gering (1 mm materiaalverlies), waardoor stukken nauw genest kunnen worden. Beide snijvlakken kunnen daarvoor worden gebruikt.

Veilig: er ontstaan geen giftige dampen of chemische reacties. Er is geen brandgevaar, de operator hoeft niet steeds bij de machine te blijven. Het water wordt vaak wel met chemische stoffen behandeld, maar die verontreinigen het milieu niet.

Focus: de techniek verliest geen tijd aan gereedschapsomstellingen. De waterstraal blijft scherp.

Enkel wissel bij slijtage: er hoeft niet van spuitkop gewisseld te worden voor het snijden van andere materialen of diktes. De kop wordt enkel bij slijtage verwisseld.

SNELHEID

De tijd waarin de machine het stuk snijdt, is de grote variabele factor voor de kostprijs van dat stuk. De snijsnelheid is afhankelijk van de stijfheid en de dikte van het materiaal, de kwaliteitseis en de gewenste vorm van het stuk.

Spanningsveld tussen snelheid en kwaliteit

Bij een lage snelheid is het na-ijleffect minder zichtbaar en hoeft er soms niet nabewerkt te worden. Men moet afwegen of die hogere afwerking ook de hogere productieprijs waard is. Een hoge snijsnelheid betekent een lagere productieprijs, maar nabewerking trekt soms de uiteindelijke prijs opnieuw op.

Vormvrijheid

De snijtijd wordt beïnvloed door de vorm van het product. Rechte lijnen, of kromme met een hoge radius, kunnen veel sneller op een bepaalde kwaliteit worden gesneden dan sterk gebogen lijnen en kleine vormen. Ook gaten vergen extra tijd. Om een gat te snijden is namelijk een inloop nodig: de waterstraal moet eerst helemaal doorheen het materiaal. Ook moet de machine steeds even worden gestopt om naar de plaats van het gat te bewegen. Per aanspuiting verlies je een halve seconde en materiaal door het creëren van een startgat, en verbruik je extra energie.

VARIABELE SNIJKOSTEN

Een watergesneden stuk komt tegen vaste en variabele snijkosten, elk goed voor ongeveer de helft van de totale prijs. De vaste kosten, in correlatie met de snijsnelheid, zijn het materiaal en de personeelskosten, alsook de hoge investering in de machine en de geïsoleerde productievloer. De waterjet kan de productiehal namelijk niet delen met andere machines, doordat het snijzand (vermengd met metaalresten) door de hoge druk tot 30 m ver wegstuiven.

Variabel is de prijs voor het nodige snijzand, het water- en energieverbruik, en het onderhoud van de machine. Dat onderhoud duidt op de olieom de machine continu te smeren en de slijtage aan de onderdelen als gevolg van de hoge druken het abrasief. De slijtonderdelen (de pompdichtingenset en hogedrukcomponenten) komen aan zes tot negen euro per snijuur. De variabele kosten liggen samen tussen 16 en 35 euro, dit afhankelijk van de marktgebonden prijzen. Een overzicht.

Zand en verbruik

Abrasief: het snijzand is een van de duurste componenten binnen het proces. De prijs is marktconform en afhankelijk van de kwaliteit en de herkomst van het abrasief. Een groter aantal kilo's drukt vaak de prijs per ton. Het gebruikelijke abrasief met een grootte van 80 mesh (een grove korrel) kost makkelijk 300 à 320 euro per ton. Fijner zand (120 tot 280 mesh) voor hogere kwaliteiten of voor microwaterstraalsnijden kost meer. Het afbrasiefverbruik hangt af van de korrelgrootte, de pompdruk en vooral de vormafhankelijke snijsnelheid. Gemiddeld wordt er 0,631 kg harde zandkorrels per liter water verbruikt. Dat betekent zo'n drie kilogram per minuut, of 20 kg per uur per snijkop.

Elektriciteit: het vermogen en de aansluiting van een waterjet zijn afhankelijk van de gekozen pomp(en) en motoraandrijving, met gemiddelde waardes tussen 40 kW en 65 kW. Bijna al die energie wordt in druk omgezet. Een abrasiefverwijdersysteem en een pomp met koelsysteem vergen extra energie. De machine schakelt zichzelf vaak uit na het beëindigen van de snijtaken om energie te besparen. De prijs per kW is marktgebonden.

Water: het waterverbruik varieert bij elk project, van 3,6 liter per uur tot 7 liter en meer. Bij een gebruikelijke druk van 3.500 tot 4.000 bar wordt er gemiddeld 5 l water per minuut per pomp verbruikt. Dat betekent 0.005 l/m³ tegen 0,20 euro per m³. Ook de prijs per m³ water is aan de lokale markt gebonden.

Slijtdelen

Snijdiamant: de levensduur van snijdiamanten is sterk afhankelijk van de bewerkingen (welk materiaal werd gesneden, aan welke kwaliteit, in welke vormen). Waardes kunnen daardoor heel sterk uit elkaar liggen. Wanneer bijvoorbeeld veel gaten moeten worden doorgestoken, slijt de diamant sneller dan wanneer er continu wordt gesneden. Het gaat om natuurproducten, waardoor de levensduur sowieso moeilijk te voorspellen valt. Een gewone robijnnozzle kost 15 euro en heeft een geschatte levensduur van circa 30 uur. Een spuitkop van saffier kost 20 à 25 euro per stuk. Een diamantnozzle komt aan zo'n 300 euro en heeft een standtijd van 500 uur en meer. De diamant moet tijdig vervangen worden om de snijkwaliteit te blijven waarborgen.

Snijbuis: de prijs van een snijbuis uit wolfraamcarbide (ook bekend als hardmetaal) kan sterk variëren, van 55 tot 150 euro, afhankelijk van type en materiaal.

Steunbalken: na twee maanden worden de steunbalken preventief vervangen.

Leidingen: door de hoge druk en de corrosie hebben de leidingen naar de spuitkop het zwaar te verduren. Die factoren bepalen dan ook hun levensduur. De dikkere leidingen (6 mm) halen een realistische 2.000 uren, wat makkelijk kan oplopen. De dunnere (2 mm) worden na maximaal 500 uur vervangen. Ook de focusbuis moet regelmatig worden vernieuwd.

Pompdelen: de kostprijs voor het vervangen van de pompdichtingen ligt rond de 250 euro, afhankelijk van de leverancier. De levensduur van de dichtingen hangt voornamelijk af van de druk. Bij een werkdruk tot 4.000 bar halen de dichtingen gemiddeld 500 à 600 snijuren. Pompen die tot 6.000 bar gaan, hebben dichtingen die deze druk aankunnen gedurende langere periodes. De ingangswaterfilter gaat ongeveer tweemaal zo lang mee, de oliefilter driemaal.

WATER EN ZAND

Voorbehandeling

Verschillende firma's gebruiken gewoon zuiver leiding- of regenwater. Bij harder water wordt een filter en/of een waterverzachter gebruikt. Andere bedrijven behandelen het water om het corroderen te voorkomen. Erosie beschadigt namelijk de machine en de pomp(en). Dat gebeurt met chemische middelen die onschadelijk zijn voor het milieu en die samen met het water in het riool verdwijnen. Ook het materiaal kan tegen corrosie worden behandeld met een deklaag. Die laag verandert de structuur van het materiaal niet.

Verwerking

Er zijn diverse oplossingen voor het verwerken van het afvalwater en het gebruikte snijzand. Weinig gebruikt is het systeem met transportband onderaan de snijtafel waarbij het afval achteraan in een bak wordt afgevoerd. Gebruikelijker is het werken met big bags. Het water met abrasief stroomt vanuit de snijtafel doorheen een grote bezinkingszak (big bag) waarin het zand blijft steken.

waterjetcutting L&D 10 mm dikte schotel Het deels gezuiverde water wordt terug gepompt naar de waterbak van de snijtafel. Daar bezinkt het verder en verdwijnt dan in het riool. Voor het wordt geloosd, wordt het soms door een cascadefilter gejaagd om vervuiling te beperken. Het water kan ook worden verwerkt om de waterbassins van de machines te vullen en stukken proper te spuiten. Het is niet zuiver genoeg om als snijwater te kunnen worden gerecupereerd.

Het zand in de waterbak kan handmatig worden verwijderd, maar vaker wordt het eruit gezogen door een pompwagen van een afvalverwerkingsfirma. Er blijft ook een deel zand hangen in de machine en opde snijtafel, dat manueel wordt verwijderd. De volle big bags en het andere zandafval worden als chemisch afval afgevoerd. Het zandafval gaat dan of terug naar de leverancier, of wordt gestort (klasse 1 afval) of wordt gerecupereerd als snijzand van mindere kwaliteit of voor gebruik in de wegenbouw. Recuperatie gebeurt in ons land niet. De meeste firma's werken steeds met nieuw zand, aangezien de korrelgrootte verkleint na gebruik, wat invloed heeft op de snijsnelheid en -kwaliteit.

Hoe duur is waterstraalsnijden?