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Wasserstrahlschneiden

Geschrieben von Adeline MERLET

Wasserstrahlschneiden ist ein technisches Verfahren, welches viele Vorteile mit sich bringt : 

  • Die meisten Materiale können geschnitten werden: Stahl, Edelstahl, Aluminium, Titan, Komposite, und andere mehrschichtige Walzstähle, Stein, Plastik, etc...

  • Die Dicken für mögliche Schnitte sind sehr wichtig: ungefähr 600 mm für „weiches“ Material und 200 mm für „harte“.

  • Des Weiteren ist die durch dieses Verfahren gegebene Schnittqualität ein besonderer Vorteil. Der Schnitt kann sehr präzise ausgeführt werden ohne oder nur mit wenig Grat und ohne Wärmeeinflusszone (WEZ), da das Material bei Kälte geschnitten wird. Das Material wird also nicht aufgrund einer Erwärmung verformt. Selbst mit dicken Materialen ist es möglich Präzisionen von bis zu +/- 0,04 mm zu erhalten.

 

Ein anderer Vorteil dieser Technologie ist das gestapelte Schneiden: mehrere Schichten aus dünnem Stahl können mit einer konstanten Präzision zugeschnitten werden (der dynamische Wasserstrahl garantiert die gleichen Dimensionen für jede Schicht).

Der wohl größte Nachteil für das Wasserstrahlschneiden ist die Arbeitsgeschwindigkeit, die weitgehend reduziert werden kann durch die Benutzung einer Multikopfmaschine, die es ermöglicht mehrere Teile in der gleichen Zeit zu produzieren.

Die Art des Wasserstrahls variiert, je nach Schneidematerial:

  • dünne Materialien können mit einem puren Wasserstrahl geschnitten werden

  • für harte Materialien ist ein abrasiver Wasserstrahl notwendig: diese Technologie besteht darin dem Wasserstrahl abrasive Körner hinzuzufügen wie z.B. Siliziumdioxid oder Grenat

 

Um die richtige Wasserstrahlschneideanlage auszuwählen ist es also wichtig je nach Schneidematerial und zu fabrizierenden Teilen folgende Sachen zu beachten: 

  • Die Pumpe, welche ein essentieller Bestandteil der Wasserstrahlschneideanlage ist.

 

Die Pumpe erzeugt den Druck des Wasserstrahls. Die Pumpe hat eine Lebensdauer von durchschnitllich 5000 Stunden.

  • Die Systemversorgung des Schleifmittels und der Durchmesser der Düse.

 

Je mehr man mit einer feinen Düse arbeitet, desto besser ist die Präzision und die Schnittqualität, die Durchflussmenge ist geringer genauso wie der abrasive Gebrauch. Doch wird die Feinheit des Strahls durch die abrasive Versorgung ausgeglichen, welche nicht die Düse verstopfen darf.

  • Die Notwendigkeit eine Wasserstrahlschneideanlage mit oder ohne Rotationsmotor zu haben für eine höhere Schnittqualität

  • Die Empfindlichkeit des Höhensensors zwischen dem Schneidekopf und dem zu bearbeitendem Werkstoff (um Oberflächen von unebenen Blechen zu schneiden).

  • Ein Schlammentsorgungssystem, welches sich automatisch in ein Begleitsystem verwandeln kann. Dieser Schlamm ist nicht giftig und kann sogar abgekauft werden, da das darin enthaltene Metallpulver wertvoll ist.

  • Beim Be-und Entladen kann wertvolle Zeit gewonnen werden, indem man das Wasserstrahlschneiden mit einem automatischen Wechseltisch für das Be-und Entladen von Materialien und Endprodukten ausstattet.

Kaufleitfaden zu Wasserstrahlschneidanlagen

Geschrieben von Ralf WINZEN  |  innomax-ag-

Was Sie vor dem Kauf einer Schneidanlage beachten sollten:

Nicht alle Wasserstrahlschneidsysteme sind gleich konzipiert

Wichtige Kriterien beim Kauf einer Wasserstrahlschneidanlage sind unter anderem die Leistung, die Möglichkeiten zur Bearbeitung von Werkstücken, das Spektrum an schneidbaren Materialien und auch die Art der Bedienung. Deshalb gilt es, ein besonderes Augenmerk auf die wichtigsten Schlüsselkomponenten zu legen, dazu gehören allen voran die Hochdurckpumpe, der Schneidkopf, die Düse und die Steuerungshard und -software. Um Kriterien und Schlüsselkomponenten bei der Wahl der richtigen Maschine einfacher in Einklang bringen zu können, finden Sie in den folgenden Abschnitten einige hilfreiche Ergänzungen zu den genannten Punkten.

Materialien

Wasserstrahlschneidanlagen können beinahe ausnahmslos durch alle Materialien schneiden. Während Reinwasserstrahlen die schnelle und präzise Bearbeitung weicher Werkstoffe wie Gummi, Schaumstoff und anderer Dichtungsmaterialen garantieren, lassen sich mit Abrasivwasserstrahlen auch festere Stoffe mit hoher Stärke schneiden, darunter:

  • Praktisch alle Metalle, einschließlich gehärtetem Werkzeugstahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer und Titan

  • Nicht gehärtetes Glas, einschließlich mehrschichtiger Sicherheitsverglasung

  • Verbundwerkstoffe, Kunststoffe, Stein, Keramiken

Steuerung und Einrichten der Maschine

Moderne Steuerungssysteme ermöglichen ein schnelles Einrichten von Wasserstrahlschneidsystemen. Die gewünschten Schneidwege werden von der Software automatisch anhand von CAD-Zeichnungen programmiert. Das zu bearbeitende Werkstück muss lediglich auf dem Schneidtisch fixiert und die Materialart und -Stärke in der Anlagensteuerung definiert werden. Das System übernimmt den Rest und fertigt ein maßgenaues Teil an. Diese Fähigkeit macht das Wasserstrahlschneiden zu einem perfekten Verfahren für Kleinserien und Einzelanfertigungen. Mit moderner Verschachtelungssoftware können hingegen auch Großserien für die Massenproduktion mit minimalem Verschnitt fabriziert werden.

Schneidtischgrößen

Bei der Auwahl der passenden Tischgröße kommt es auf zwei Überlegungen an: Die Maße und Auftragsfrequenz der zu schneidenden Teile, sowie die Größe der Ausgangsmaterialien (z.B. Blechmaße). In der Regel ist es am einfachsten und wirtschaftlichsten, zum etwas größeren Schneidtisch zu greifen, um zum Beispiel im Hinblick auf zukünftige Projekte auf der sicheren Seite zu sein. Aufgrund von Platzmangel wird jedoch oftmals zur kleineren Maschine gegriffen. Ein effizientes Verhältnis von benötigter Stellfläche und dem Arbeitsbereich der Maschine kann daher ein wichtiger Faktor sein.

Besondere Merkmale

Das Wasserstrahlschneiden hat einige spezielle Eigenschaften, die es für bestimmte Anwendungen besonders attraktiv machen:

  • Wasserstrahlschneidanlagen schneiden ohne Wärme. Das bedeutet, dass es bei komplizierten Teilen keine thermische Verformung oder Wärmeeinflusszonen gibt, welche die Materialeigenschaften verändern. Es bedeutet auch, dass anschließende Bearbeitungsverfahren wie Gewindeschneiden ohne Probleme an einem wasserstrahlgeschnittenen Teil vollführt werden können.

  • Die Methode des Wasserstrahlschneidens erzeugen einen äußerst schmalen Schnitt und besitzt sehr geringe Zerspankräfte. Das erspart Bauteilkonstrukteuren viel Arbeit bei der Herstellung komplexer Teile, die durch herkömmliche Herstellungsverfahren kaum realisierbar, durch Wasserstrahlschneiden wiederum problemlos möglich ist. Hinzu kommt der geringe Verschnitt und die dadurch gesparten Kosten bei der Bearbeitung teurerer Materialien.

  • Moderne Bewegungssteuerungen erlauben die Herstellung von Präzisionsteilen. Herkömmliche Wasserstrahlschneidsysteme schneiden mit einer Genauigkeit im Bereich von 0.25mm (±0.010"). Durch die Verwendung mathematischer Modelle zum Ausgleich und zur Berichtigung des natürlichen Bogenlaufs von Wasserstrahlen kann die Toleranz beim Schneiden durch moderne Steuerungssysteme auf ±125μ verbessert werden. Die fortschrittlichsten Systeme haben computergesteuerte Schneidköpfe zur Winkelfehlerminimierung und bearbeiten Schlüsselbereiche mit einer Genauigkeit von unter Kontrolle ±0.025mm (±25μ).

Umweltbedingungen

Frühere Wasserstrahlschneidsysteme hatten zu Recht den Ruf, laut und schmutzig zu sein. Ein offener Wasserstrahl erzeugt in der Tat viel Lärm und ein austretender Abrasiv-Wasserstrahl kann eine Menge Abrasiv-Staub aufwirbeln. Bei modernen Maschinen werden diese Probleme jedoch ganz einfach dadurch gelöst, dass unter einer dünnen Wasserschicht geschnitten wird. Durch diese Methode verlagert sich der Lärmpegel unter jenen der meisten anderen Werkzeugmaschinen und der Abrasiv-Staub setzt sich im Wasser ab und gelangt somit nicht an die Luft. Ein Wasserstrahlschneidsystem kann dadurch überall dort aufgestellt werden, wo auch konventionelle Werkzeugmaschinen Platz finden. Gleichzeitig wird die Emission giftiger Dämpfe oder giftigen Rauchs verhindert und der Einsatz von Schneidflüssigkeiten obsolet gemacht.

Wasserstrahlschneidanlagen erzeugen zwei Sorten von Abfall und wird wie folgt behandelt:

  • Schwebstoffe werden im überschüssigen Wasser gemäß lokaler und regionaler Regulierungen gefiltert und anschließend normal durchs Abwassersystem geleitet.

  • Schnittfugenmaterial und Granatabfälle werden bei entsprechend ausgerüsteten Maschinen dank Entschlammungs- und Filtersystemen in Big-Bags gefiltert und können im besten Fall zur Aufbereitung und Wiederverwendung zum Abrasivmitel-Lieferanten zurückgebracht werden. Diese ökologische Variante erspart eine Entsorgung auf der Deponie.

  • Wenn das zu schneidende Material zum Beispiel Spuren von giftigem Blei oder Beryllium enthällt, müssen beide Abfallströme in dem Maße bereinigt werden, dass die geltenden Umweltauflagen erfüllt und das Wasser wiederverwertet werden kann. 

Benchmarking

Der qualitative und/oder quantitative Vergleich von Prozessen. Was Unternehmen untereinander machen, sollten Sie bei einer Investion dieser Preisklasse abermals beachten. Lassen Sie sich beim Hersteller oder Händler vor Ort über die verschiedenen Funktionen der Maschine in Abstimmung mit Ihren Anforderungen beraten. Überzeugen Sie sich persönlich von Maschine und Service, um schlussendlich eine wohlüberlegte Entscheidung treffen zu können.