Schnittflächenqualität bei Abrasiv-Wasserstrahl-Schneidtechnik

Verfahrensdefinition:
Das Abrasiv-Wasserstrahlschneiden stellt eine leistungssteigernde Verfahrensvariante des Schneidens mittels Wasserstrahl dar, dem hierbei Feststoffe wie Granat, Olivin, Korund o.a. beigemischt werden. Während beim reinen Wasserstrahlschneiden der Wasserstrahl das trennende Werkzeug bildet (Einsatzgebiet: nichtmetallische Werkstoffe wie z.B. Gummi, Pappe, Schaumstoffe, Textilien), dient das Wasser beim Abrasiv-Verfahren vorwiegend als Energieübertragungsmedium zur Beschleunigung der Feststoffpartikel (Abrasivsand). Hierbei werden die einzelnen Abrasivkörner durch den Wasserdruck von ca. 4000 bar auf eine Geschwindigkeit von annähernd 3-facher Schallgeschwindigkeit beschleunigt.

Der Unterschied der beiden Schneidverfahren ist der nachfolgenden Skizze zu entnehmen:

Rein-Wasserstrahl
P ~ 4000 bar
Düsen Ø ~ 0,15mm
Abrasiv-Wasserstrahl
P ~ 3600 - 4000 bar
Düsen Ø ~ 1,0 mm

Bei der Bearbeitung metallischer Werkstoffe mit dem Abrasiv-Wasserstrahl können die Abtragungsphänomene als Mikrozerspanungsvorgänge gedeutet werden. Die deformationsbedingte Reibungs- und Umformwärme verursacht keine thermische Beeinflussung der schnittflächennahen Randzone. Ebenso lässt sich keine Kaltverfestigung nachweisen. Somit entfällt bei Anwendung dieser Schneidtechnologie die aufwendige und zudem teure Nacharbeit, die bei Nutzung herkömmlicher thermischer oder mechanischer Trennverfahren unumgänglich war.

Schnitt-Qualitätsstufen

Eine exakte Definition der erreichbaren Schnittfläche ist durch die Vielzahl der Einflussgrößen nur bedingt möglich. Um eine Unterteilung verschiedener Qualitätsstufen vornehmen zu können, ist folgende Einteilung getroffen worden:
Trennschnitt
Glattschnittanteil > 0,2
Trenngeschwindigkeit = maximale Schneidgeschwindigkeit
Der Trennschnitt ist ein geschwindigkeitsoptimierter Schnitt, bei dem die Verfahrensparameter so gewählt werden, daß ein Teil so schnell wie möglich bearbeitet werden kann.

Standardschnitt
Glattschnittanteil = 0,5
Halbe Trenngeschwindigkeit
Der Standardschnitt ist gekennzeichnet durch gute Kanten- und Eckenqualität bei wirtschaftlich sinnvoller Schneidgeschwindigkeit.

Feinschnitt
Glattschnittanteil > 0,8 (d.h. der Glattschnitt hs beträgt mehr als 80 % der Gesamthöhe s)
Beim Feinschnitt werden die Verfahrensparameter so eingestellt, daß die Kantenqualität sehr gut wird. Der Glattschnittanteil ist sehr groß, die Kanten sind nahezu rechtwinklig.

Wichtige Kenngrößen

Glattschnitt
Die eigentliche durch den Abtragmechanismus entstehende Fläche, deren Struktur völlig regellos ist.

Restfläche

Der Flächenanteil, der durch eine wellige und riefenartige Struktur gekennzeichnet ist, die sich der regellosen Grundstruktur überlagert. Diese parallel in Richtung des Schneidstrahles verlaufenden Riefen sind entgegen der Vorschubrichtung gekrümmt. Schnitt- und Restfläche gehen fließend ineinander über.

Schnittgrat

Der Schnittgrat ist vor allem von den Werkstoffeigenschaften abhängig (z.B. das Formänderungsvermögen).

Wasserstrahl-Schnittschräge für metallische Werkstoffe ohne Dynamic Waterjet



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