Wasserstrahlschneiden: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 14. September 2013, 18:12 Uhr

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Geschichte des Wasserstrahlschneidens

Boing benötigte für den Bau von Flugzeugen eine Maschine, welche Verbundwerkstoffe schneiden konnte. Zu diesem Zweck rief Boing ein Forschungsprojekt zum bearbeiten von Schichtwerkstoffen und Faserverbundstoffen ins leben. Ein daran arbeitender Prof. der Universität von Britisch Columbia patentierte dann 1968 das Wasserstrahlschneiden. Drei Jahre Später war die Technik Marktreif. Die schwedische Firma Ingersoll Rand (heute KMT) hat im Jahr 1971 die erste einsatzfähige Wasserstrahlschneideanlage geliefert. Sie erlaubte es Werkstoffe wie Metalle, Kunststoffe, Faserverbundstoffe zu schneiden. 1979 wurde das Abresivstrahlschneiden von Mohamed Hashish eingeführt, der für die Firma FLOW International Inc. mit Sitz in Kent / USA arbeitete. Auch neue Verfahren wie etwa das „Dynamic Waterjet“ Verfahren, welches es ermöglicht den Winkelfehler der Schnittkante zu korrigieren, wurden von der Firma entwickelt und auf den Markt gebracht.

Das Verfahren

Mittels Hochdruckpumpe wird ein Wasserstrahl auf 4000 bar, bei der Neuesten Maschinengeneration sogar auf bis zu 6000 bar, komprimiert. Je nach Anforderung und Werkstück wird das Wasser dann durch eine Düse mit 0,8 bis 1,05 mm Durchmesser gepresst. Der Schneidstrahl wird auf eine Geschwindigkeit von 1000 m/s beschleunigt, bezogen auf Luft entspricht das etwa der dreifachen Schallgeschwindigkeit. Es werden, abhängig von den zu schneidenden Stoffen, Schnittgeschwindigkeiten bis zu 20 m/min erreicht. Verschiedenste Materialien in Stärken bis zu 200 mm werden dann von der kinetischen Energie, welche in Abtragearbeit umgewandelt wird, geschnitten. Dieses geschieht ohne Gefügeveränderungen und zählt somit zu den Kaltschneideprozessen. 2-D und 3-D Bearbeitungen mittels 3- bzw. 5-achsigen Anlagen sind möglich. Weder giftige Dämpfe oder Gase, noch Staub oder Späne entstehen unter Verwendung von Naturstoffen wie Wasser und Sand.

Es gibt zwei Verfahrensarten: Reinwasserschneiden und Abrasivschneiden.

Reinwasserschneiden

Das Material wird beim Reinwasserschneiden ausschließlich mit reinem Wasser geschnitten. Bei Materialien wie Balsaholz, Sperrholz, Kohlefaserstoffe, GFK, Kunststoffe, Textilien, Dichtungsmaterial wie Glas- und Steinwolle, Gummi oder Schaumstoffen eignet sich das Reinwasserschneiden hervorragend. Jedoch hat diese Technik bei harten Materialien (z.B. Stahl oder Granit) eine sehr begrenzte Schneidleistung.

Abresivschneiden

Dem Wasser wird beim Abresivschneiden ein Schneidmittel wie z.B. Sand oder Granatsand beigesetzt, welches in der Regel per CNC gesteuert wird. Je nach Material und Stärke des Werkstücks wird das Abresiv vor dem Austritt des Strahls vollautomatisch beigemischt. Durch Zugabe von Abresivmitteln wird die Microzerspanung am Werkstoff erhöht - in diesem Fall dient der Wasserstrahl lediglich zur Beschleunigung der Feststoffpartikel. Selbst bei harten Materialien wie Granit, Marmor, Edelstahl, Verbund- oder Panzerglas, wird durch diese Beimengung eine hohe Schnittqualität erziehlt.

Mikro-Wasserstrahlschneiden

Durch ein sehr feinkörniges Abrasiv und ein reduzieren des Durchmesssers des Wasserstrahls von 0,5 mm auf 0,3 mm erreicht man Positionsgenauigkeiten von unter 1μm. Die reproduzierbare Maschinenfähigkeit liegt bei ± 1/100 mm. Mit dem Mikro-Wasserstrahlschneidenverfahren lassen sich z.B. auch leitende oder hitzeempfindliche Werkstoffe fertigen, die beim normalen Wasserstrahverfahren nicht möglich wären. Außer einer speziell etwickelten Maschine, welche ein stabiles Maschinenbett und ein beidseitig gelagertes und über Kugelrollenspindeln angetriebenes Portal hat, ist für diese Genauigkeiten auch eine angepasste Umgebung erforderlich. Fertigungsräume müssen Klimatisiert sein, da Temperaturschwankungen die Präzision der Maschine beeinflussen. Auch das Wasser im Schneidbecken sollte auf konstanter Temperatur gehalten werden, um somit die Wiederholgenauigkeit zu steigern. Dies hat sich vor allem bei Teilen mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie sie z.B. bei Polymeren zu finden sind, bewährt. Würde die Temperatur nicht geregelt werden, könnte sich das Wasser von ca. 20°C Starttemperatur während des Schneidvorganges durchaus auf über 40°C erwärmen.

Anwendungen der Wasserstrahlschneidtechnik

Mit dem Wasser- oder Abresivstrahl sind der Werkstoff- und Konturenvielfalt fast keine Grenzen gesetzt. Mittels Wasserschneidverfahren lässt sich nahezu jedes Material bearbeiten. Anwendungsbereiche reichen von der Fahrzeugindustrie, Flugzeug- und Raumfahrtindustrie, Elektroindustrie, Künstler, Architektur über die Glasindustrie zum Stahl- und Maschinenbau bis zur Bearbeitung und Fertigung von Stein, Logos und Dichtungen.

Vor- und Nachteile der Wasserstrahschneidtechnik

Vorteile