Vor- und Nachteile des Wasserstrahlschneidens

Ist das abrasive Wasserstrahlverfahren beim 2-achsigen Metalltrennen sinnvoll?

Das moderne Wasserstrahlschneiden hat seine Wurzeln in der Verwendung von Wasser (wenn auch bei vergleichsweise niedrigem Druck) zum Schneiden weicher Materialien wie Papier und Lebensmittel, die bis in die 1930er Jahre zurückreichen. Dank der Entwicklung der Hochdrucktechnologie und -ausrüstung ist die heutige Schleifmethode in der Lage, Metall präzise zu schneiden.

Aber macht das Wasserstrahlschneiden beim 2-achsigen Trennen kleiner Metallteile Sinn? Die Bewertung der Vor- und Nachteile des Prozesses ist entscheidend für die Entscheidung, ob die Methode Ihren Anforderungen entspricht.

Einige Vorteile des abrasiven Wasserstrahlschneidens

Ein Wasserstrahl zum Schneiden von Metall unter Verwendung von Hochdruckwasser und einem körnigen Schleifmittel – hauptsächlich Granatpulver. Auf diese Weise wird das Wasserstrahlschneiden typischerweise verwendet, um komplexe Formen in der X/Y-Achse von großen, flachen Blechen aus Metall oder Verbundmaterial herzustellen.

Die Zugabe des Schleifmittels an der Düse verstärkt die Schneidfähigkeit des High-PSI-Wasserstrahls. Außerdem kann die Maschine nur mit Wasser zum Positionieren (oder „Schnell“) und dann mit einem Schleifmittel zum Schneiden des Werkstücks verwendet werden.

Abrasives Wasserstrahlschneiden erzeugt keine Wärme. Das heißt, es kann verwendet werden, um verschiedene Metalle sowie Kunststoffe und andere Materialien zu schneiden, ohne zu schmelzen, sich zu verformen oder sich zu verziehen. Die Methode kann bei Bedarf Toleranzen von bis zu ± 0,005″ (0,127 mm) erreichen.

Je nach Verwendungszweck der geschnittenen Teile kann das Wasserstrahlschneiden von Metall auch unterschiedliche Schnittkantenqualitäten liefern. Diese Unterschiede werden durch Variieren der Geschwindigkeit des Prozesses erreicht; eine höhere Geschwindigkeit kann verwendet werden, wenn das Ziel die Trennung von Material ohne Rücksicht auf die Schnittkante ist. Wo jedoch Teile eine enge Toleranz und eine glattere Kantenoberfläche haben müssen, ist eine langsamere Schnittgeschwindigkeit erforderlich. Die Kantenqualität wirkt sich also auf die Kosten des Auftrags aus, da die Herstellung einer Kante mit besserer Qualität länger dauert.

Einige Nachteile des Wasserstrahlschneidens

Wie bei einem Laserstrahl ist der Wasserstrahl-Schneidstrahl am effektivsten, wenn er am konzentriertesten ist. Aber beim Durchschneiden von Rohren können Hohlräume dazu führen, dass der Strahl diffundiert und schnell seine Genauigkeit und Schneidfähigkeit verliert.

In ähnlicher Weise wirken verseilte oder faserige Materialien wie Waben und können sich im Strom „winden“, was zu einem schlechten Schnitt führt. Außerdem „gleitet“ beim Schneiden von Fasermaterial ein Teil des Wasserstrahlstrahls um das zu schneidende Material herum, anstatt es zu durchdringen und sauber zu schneiden. Dies kann zu einem defekten Endschnitt führen, der oft als Spitze bezeichnet wird.

Um beim Wasserstrahlschneiden ein optimales Schneiden zu gewährleisten, beträgt die richtige Abstandshöhe – der Abstand zwischen dem Austritt der Wasserstrahldüse und dem Werkstück – 1 mm (0,0394 Zoll) bis 1,5 mm (0,0591 Zoll). Dies ist bei 3D-Teilen, die eine solche Nähe einfach nicht zulassen, unpraktisch.

Eine häufigere Konsequenz ist, dass die Wasserstrahlschnittfuge für Präzisionsabmessungen immer eine konische Form hat. Diese Verjüngung kann verheerende Auswirkungen auf Präzisionstoleranzen mit konischen und tonnenförmigen Effekten haben. Während eine moderne Wasserstrahlschneidemaschine diese Effekte durch „Neigen“ der Düse kompensiert, kann die Schnittfläche ein Biegemuster aufweisen, das eine Neigung im Schnitt verursacht.

Probleme mit Schleifpulver

Abrasives Wasserstrahlschneiden von Metall erfordert, dass das zu schneidende Metall weicher ist als das Schleifpulver, das als Teil des Wasserstrahlstroms in die Düse eingeführt wird. Obwohl es beispielsweise möglich ist, Wolfram mit Granatpulver durch Wasserstrahlbearbeitung zu schneiden, ist dies eine große Herausforderung, da Wolfram und Granat auf der Mohs-Skala eine so ähnliche Härte aufweisen.

Wenn Granat mit einem Wasserstrahlstrahlmittel mit einer Geschwindigkeit von 60.000 PSI oder mehr abgestrahlt wird, kann das Granatpulver die Oberfläche von umgebendem, freiliegendem Material aufrauen oder mattieren. Diese Trübung kann rein kosmetischer Natur sein – oder funktional, wenn sie die Oberflächenbeschaffenheit und den Ra-Wert des Materials beeinflusst.

Die durchschnittliche Einstellung für das Wasserstrahlschneiden kann 2 Pfund verschwendete abrasive Granatleistung für jede Minute des Schneidens erzeugen. Natürlich hängt die Abfallmenge von der Dicke des Schnitts, dem Material und anderen Faktoren ab. Aber in der Regel produziert etwas, das 15 Minuten zum Schneiden benötigt, 30 Pfund abrasive Granattrümmer, gemischt mit viel Wasser. Dies wird zu einem großen Entsorgungsproblem.

Außerdem führen nur etwa 5 % des verwendeten Granatpulvers tatsächlich die Schneidwirkung aus; Der Rest ist nur ein Teil des Wasserstrahlstrompfads. Studien haben ergeben, dass nach dem Auswurf ein Teil des Granats gebrochen ist. Das macht es problematisch, das Granatpulver zur Wiederverwendung zu recyceln; Obwohl nicht stumpf, liefern die gebrochenen Medien nicht die richtige Schneidwirkung.

Wasserstrahl oder nicht Wasserstrahl?

Wie bei anderen Präzisions-Metallschneideverfahren gibt es beim abrasiven Wasserstrahlschneiden Kompromisse – Probleme, die gegen die Vorteile abgewogen werden müssen. Für Anwendungen wie das 2-Achsen-Abtrennen von kleinen Präzisionsrohren, -stäben und -drähten können jedoch andere Methoden die bessere Wahl sein.

Um die Entscheidung zu treffen, ist ein tiefgreifendes Verständnis Ihrer einzigartigen Anwendung und ihrer spezifischen Parameter sowie ein Verständnis der anderen Optionen erforderlich.

Wie schneidet das Wasserstrahlschneiden im Vergleich zu anderen Präzisions-Metallschneideverfahren ab? Lies weiter, um es herauszufinden.