Wie funktioniert das Wasserstrahlschneiden?

Wie funktioniert das Wasserstrahlschneiden?

Eine Einführung in das CNC-Wasserstrahlschneiden

CNC-Wasserstrahlschneidanlagen (Computer Numerical Control) sind sehr beliebt für das 2D-Schneiden von flachen Blechen, selbst bei Grobblechanwendungen, z. B. in Stahlservicezentren, bei Geräteherstellern und Verarbeitern. Einige der Hauptvorteile des Wasserstrahlschneidens sind die Geradheit des Schnitts und das Fehlen einer Wärmeeinflusszone. Um zu verstehen, warum es diese Vorteile bietet, werfen wir einen kurzen Blick auf die Funktionsweise des Wasserstrahlschneidens.

Wasserstrahlschneiden ist ein nicht-thermisches Verfahren

Im Gegensatz zu thermischen Schneidverfahren wie Plasma, Autogen oder Laser ist das Wasserstrahlverfahren ein mechanisches Sägeverfahren. Sie können es sich fast wie eine Bandsäge vorstellen, bei der es sich um einen dünnen Metallstreifen mit scharfen Zähnen handelt, die durch das zu schneidende Material gezogen werden. In ähnlicher Weise wird beim Wasserstrahlschneiden ein dünner Wasserstrahl mit scharfen Gesteinsbrocken durch das Material gedrückt.

Die Gesteinsstücke oder Schleifmittel werden normalerweise aus zerkleinertem Granat hergestellt. Bei einigen Anwendungen werden andere Materialien verwendet, aber Granat ist bei weitem das gebräuchlichste für das Schneiden von Metallplatten. Granat wird auch häufig auf Schleifpapier verwendet und ist ein relativ hartes Gestein. Mit jedem Schleifkorn, das durch das Material dringt, wird ein kleines Stück abgetragen.

Geschwindigkeit macht es möglich

Allerdings wird die Metallplatte nicht geschnitten, indem man einfach abrasive Wasserstrahlen darauf richtet. Entscheidend für den Erfolg ist die Geschwindigkeit, mit der das Schleifmittel auf die Platte trifft. Der Impuls eines Objekts ist gleich seiner Masse multipliziert mit seiner Geschwindigkeit. Ein Schleifkorn hat nur eine geringe Masse. Um eine Wirkung auf eine Stahlplatte zu erzielen, muss es eine hohe Geschwindigkeit haben. Damit das Schleifmittel schnell genug beschleunigt wird, um harte Materialien zu durchtrennen, wird das Wasser auf „Ultra-Hochdruck” gebracht und dann durch eine kleine Öffnung ausgestoßen. Wenn Sie mit einem Gartenschlauch spielen, wissen Sie, dass die Wassermenge geringer ist, wenn Sie die Öffnung der Düse verkleinern, aber das Wasser kommt schneller heraus. Das passiert im Wasserstrahl-Schneidkopf.

Der typische Druck beim Wasserstrahlschneiden liegt zwischen 3450 und 4100 bar. Viele neuere Systeme erreichen einen Druck von bis zu 6.200 bar. Das unter diesem Druck stehende Wasser wird dann durch eine kleine, in einen Diamanten oder Saphir eingearbeitete Öffnung mit einem Durchmesser von normalerweise 0,1 bis 0,4 mm ausgestoßen. Der dabei entstehende Wasserstrahl ist Überschall, d. h. er ist schneller als die Schallgeschwindigkeit. Glücklicherweise handelt es sich um eine geringe Menge, nur etwa 2 l/min.

Schleifmittel hinzufügen

Der Wasserstrahl wird in der Juwelendüse geformt und das Abrasivmittel wird zum Strahl hinzugemischt – all das geschieht in einem Wasserstrahlschneidkopf wie dem KMT Autoline™ II. Um das Schleifmittel in das Wasser zu bringen, durchläuft der Strahl eine trichterförmige Kammer, in der das Schleifmittel vom Wasserstrom aufgenommen und beschleunigt wird. Der Wasserstrom, der nun Schleifpartikel enthält, wird dann durch ein Fokussierungsrohr oder eine Düse geleitet, wodurch das gesamte Schleifmittel vollständig in den Wasserstrom eingebunden und in dieselbe Richtung bewegt wird.

Waterjet Cutting Head

Sobald es das Fokussierrohr verlässt, entsteht ein Überschallstrahl aus Wasser und Strahlmittel, der schnell jedes Material wie Aluminium, Stahl, Edelstahl, Panzerplatten, Granit, Fliesen, Laminate und sogar Glas (obwohl gehärtetes Glas zu spröde ist) durchdringt.

Metallschneiden ohne Wärmeeinflusszone

Da jedes Schleifkorn nur wenig Material durch Erosion abträgt, entsteht wenig Wärme. Außerdem wird die entstehende Wärme schnell durch den Wasserstrom abgeführt, bevor sie in das umgebende Material gelangen kann. Infolgedessen gibt es beim Schneiden des Metalls keine Wärmeeinflusszone. Dies macht das Wasserstrahlschneiden zu einem Kaltschneideverfahren.

Extrem gerader, präziser Schnitt

Diese sich schnell bewegenden abrasiven Partikel schneiden nicht nur ohne Wärmeeinflusszone, sondern der Impuls des Wasserstrahls hält sie auch noch lange nach dem Austritt aus dem Fokussierrohr in einer geraden Linie, was zu einer extrem geraden, präzisen Schnittkante bei verschiedenen Materialien führt.