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Hier ist ein 3D-Kopf mit Konizitätskompensation, der mit Flow's Compass™ ein Teil in einem starken Winkel schneidet.

Mit der Wasserstrahltechnologie ist es im Laufe der Jahre gelungen, die Herausforderungen im Zusammenhang mit Strahlverzögerung und Konizität beim 2D-Schneiden zu lösen, indem die Technologie immer weiter verbessert wurde. Um die beim zweidimensionalen Wasserstrahlschneiden auftretenden Konizitäts- und Strahlverzögerungen zu beheben, haben technologische Fortschritte diese inhärenten Fehler kompensiert, ohne dass die Schnittgeschwindigkeit wesentlich reduziert werden musste.

Während das Wasserstrahlschneiden in die dritte Dimension vordringt, denken Sie an die Komplexität, die das 3D-Schneiden mit sich bringt. Was macht das Schneiden von 3D-Teilen noch anspruchsvoller? Nun gibt es unterschiedliche Winkelgrade an einem Teil sowie Dickenunterschiede im Material. Wenn sich der Schneidkopf durch ein Materialstück neigt, wird der Schnitt tiefer, da das Material in einem Winkel dicker ist. Darüber hinaus sind eine Kopfdrehung und eine Änderung der Vorschubgeschwindigkeit erforderlich, um in Winkeln statt nur vertikal zu schneiden.

Beim 3D-Schneiden gibt es viele weitere Variablen, die alle berücksichtigt werden müssen – nicht nur für einen Winkelschnitt, sondern auch für einen genau abgewinkelten 3D-Schnitt. Ein vierter, dynamischer Düsenkopf ermöglicht es Herstellern, die Präzision zu erreichen, die sie beim 3D-Schneiden benötigen.

3D-Wasserstrahlschneiden ist nicht neu. Fünfachsiges 3D-Wasserstrahlschneiden wird seit mehr als 30 Jahren zur Herstellung von Teilen für Luft- und Raumfahrtstrukturen eingesetzt. Es wird auch in der Automobilindustrie eingesetzt.

Es gab eine große Herausforderung, das 3D-Schneiden zum Mainstream zu machen, und das waren die Kosten dieser Systeme. Hochentwickelte, kundenspezifische Systeme sind sehr teuer – und nicht einfach zu programmieren. Mit dem technologischen Fortschritt sind 3D-Wasserstrahlschneidsysteme jedoch einfacher und kostengünstiger zu verwenden.

Die meisten Werkstätten sind mit der einfachsten Form des 3D-Schneidens vertraut – dem Abschrägen. Was ist der Unterschied zwischen Fasenschneiden und 3D-Schneiden mittels Volumenmodellierung?

Beim Fasenschneiden hat die gesamte Kante eine konstante Dicke. Das Handgelenk ist fixiert und hält die Position. Der Stream verhält sich wie ein 2D-Schnitt, jedoch in einem Winkel. Diese Maschinen erzeugen einfache abgeschrägte Kanten, beispielsweise zur Schweißnahtvorbereitung. Tatsächlich ist die Schweißnahtvorbereitung eine sehr häufige Anwendung für das Fasenschneiden.

Darüber hinaus kann eine Wasserstrahlschneidemaschine der Einstiegsklasse zum vorbearbeitenden Materialabtrag eingesetzt werden. Manchmal ist es sinnvoll, so viel wie möglich vorzuschneiden und es anschließend auf einem Bearbeitungszentrum nachzubearbeiten. Es kann viel Zeit sparen, schnell endnah zu schneiden, anstatt für den gesamten Materialabtrag einen Präzisionsbearbeitungsvorgang zu verwenden.

Im Allgemeinen eignet sich dieser Maschinentyp für Hersteller, die kostengünstiges 5-Achsen-Schneiden wünschen, aber keine hohe Genauigkeit benötigen und nicht viel Geld ausgeben möchten.

Dies ist ein gutes Beispiel dafür, was ein fortschrittlicher Schneidkopf leisten kann, wenn viele Anwendungen ins Spiel kommen. Oben links ist der Kopf stark geneigt. Sehr flache Klemmen halten das Teil an Ort und Stelle, und der Kopf schneidet in mehreren Winkeln um die Seite dieses Teils. Unten links befindet sich eine K-Fase. Und rechts davon befindet sich in der Mitte der Geometrie eine sehr scharfe, fast messerscharfe Kante. Oben rechts befindet sich ein komplizierter Ausschnitt, der viel Bewegung im Handgelenk erfordert. Und dann ist unten rechts eine Draufsicht.

In der Vergangenheit waren Abschrägungs- und Konturierungsfunktionen der Einstiegsklasse nur auf modernen Maschinen verfügbar. Jetzt ist es leichter verfügbar, kostengünstiger und einfacher zu verwenden, selbst für die grundlegendsten Abschrägungsfunktionen.

Worauf Sie bei einer 3D-Wasserstrahlschneidemaschine der Einstiegsklasse mit Fasenfunktion achten sollten:

• Kleiner kompakter Bauraum • 5-Achsen-Schneiden mit Kegelsteuerung • +/- 60 Grad Winkelschneidefähigkeit. Wenn die Vertikale Null ist, möchten Sie einen Winkel von 60 Grad erreichen können. • Montage mit niedrigem Profil. Dies ist wichtig für Befestigungen und Klemmen, damit Sie mit einem 5-Achsen-Handgelenk nicht gegen Dinge stoßen. • Vereinfachtes Design für die Schleifmittelzuführung und Kabelführung zur Aufnahme eines Handgelenks, das sich in fünf Achsen dreht und bewegt. Es ist etwas anderes, als nur einen vertikal montierten Schneidkopf an der Maschine zu haben. • Grundlegende Konturverfolgung, die umso wichtiger wird, je mehr Sie in einem Winkel schneiden, da sich der Abstand ändert, wenn Sie in einem Winkel schneiden.

Der 3D-Kopf mit Konizitätsausgleich ist die nächste Stufe des 3D-Wasserstrahlschneidens. Mit dieser Technologie erhalten Sie eine echte 3D-Kompensation mit Konizitätskontrolle, die die natürliche Strömungsverzögerung beim Wasserstrahlschneiden ausgleicht.

Ein mehrachsiger Schneidkopf verfügt über eine Bewegung von 60 Grad und eine Konizitätssteuerung. Außerdem verfügt der Schneidkopf selbst über ein weitaus fortschrittlicheres, präziseres und steiferes System. Der Kopf kompensiert automatisch per Software, um beim Schneiden Verjüngungen in der 3D-Bewegung zu vermeiden. Darüber hinaus berücksichtigt es die Geschwindigkeit, mit der es sich in linearer Richtung bewegt, die Materialstärke, die Geometrie des Teils und den Winkel.

Historisch gesehen war die Mathematik hinter dem 3D-Wasserstrahlschneiden kompliziert, was darauf zurückzuführen ist, dass die Technologie vor über einem Jahrzehnt nur für diese fortschrittlichen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt vorgesehen war. Mithilfe modernster Softwaretechnologie können Sie jetzt das Stream-Verhalten in einer mehrachsigen Umgebung vorhersagen. Diese fortschrittliche Software ermöglicht eine häufigere Verwendung von hochpräzisem 3D-Schneiden.

Es ist unrealistisch, dass ein Programmierer über das Wissen, die Erfahrung und die Wasserstrahlkompetenz verfügt, um all diese Variablen über G-Code zu programmieren – insbesondere, wenn der Vorgang mehrere Schneidanwendungen und unterschiedliche Materialien und Dicken umfasst. All das ist nun in die Modellierung der Benutzersoftware integriert.

Offensichtlich ist es nicht möglich, einem flachen Geometriestück einen Winkel zu verleihen. Sie können nicht einfach ein DXF-Bild aufnehmen und einen Blickwinkel darauf festlegen. Um die Winkel in echter 3D-Form bestimmen zu können, benötigen Sie eine 3D-Modellierung und müssen dazu die Materialstärke kennen. Sie müssen das Teil in 3D sehen, um Abmessungen hinzuzufügen, eine Schweißvorbereitungskante darauf anzubringen oder eine 45-Grad-Kante hinzuzufügen. Die Software fügt der Zeichnung einen Werkzeugweg hinzu. Es handelt sich im Grunde um eine einfache, automatisierte Funktion.

Eine 3D-Wasserstrahlschneidemaschine der Einstiegsklasse eignet sich gut zum Schneiden von Fasen.

Der Abstand vom Schneidkopf zum Material ist beim Schneiden in einem Winkel sehr wichtig. Das 3D-Schneiden eines Teils mit einem Wasserstrahl bei abgewinkeltem Schneidkopf erfordert die Einhaltung eines konstanten Abstands zwischen der Düsenspitze und dem Werkstück. Ändert sich der Abstand, leidet die Schnittgenauigkeit. Wenn die Höhe bei abgewinkeltem Kopf variiert, verschiebt sich der Kontaktpunkt, was zu Bauteilfehlern führt. Der Wasserstrahl gelangt nicht an die gewünschte Stelle, was zu Bauteilfehlern führt. Eine spezielle Software wurde entwickelt, um dieses Abstandsproblem zu lösen.

Was passiert, wenn Ihre Arbeitsfläche nicht flach ist? Jetzt haben Sie ein Problem, weil der Kopf nicht senkrecht zum zu schneidenden Material steht und die optimale Abstandshöhe nicht eingehalten wird. Je stärker der Kopf abgewinkelt ist, desto ausgeprägter sind die Schnittfehler. Um dieses Problem zu lösen, gibt es Konturfolger.

Herkömmliche Konturfolger messen die Abstandshöhe von der Außenkante ihres Kontaktrings, nicht vom Mittelpunkt des Strahlwerkzeugs. Die Lösung dieses Problems ist ein softwaregesteuerter Schneidkopf, der sich entlang der Materialoberfläche dreht, um die Höhenschwankungen des Arbeitsmaterials während des Schneidens auszugleichen. Die Software verwendet den Mittelpunkt des Strahlwerkzeugs, um die Abstandshöhe zu messen und so Fehler beim Schneiden von abgewinkelten, abgeschrägten oder spannungsentlasteten Teilen auf nicht ebenem Arbeitsmaterial zu beheben.

Unabhängig davon, ob Sie ein fertiges Teil oder ein nahezu fertiges Teil mit dem Wasserstrahl schneiden, ist die 3D-Fähigkeit ein großer Vorteil. Zu den Anwendungen gehören Luft- und Raumfahrt, Architektur, Elektronik, Transport, Energie, Fertigung und Automobil.

In der Luft- und Raumfahrt wird der 3D-Wasserstrahl in großem Umfang eingesetzt, da er jedes Material jeder Dicke schneiden kann, einschließlich komplexer und exotischer Materialien wie Panzerungen und kugelsicheres Glas. Die hochpräzisen Ergebnisse und die seidenmatte Kantenqualität einer wasserstrahlgeschnittenen Kante machen sie für Teile wie Fahrwerke, Bremskomponenten, Flugzeugkarosserien und Triebwerkskomponenten geeignet. Da es nicht thermisch ist, verändert es weder die Molekularstruktur noch die Form des zu schneidenden Materials.

3D-Wasserstrahl wird auch in vielen anderen Anwendungen eingesetzt. Es wird in der Automobilindustrie zum Zuschneiden von Türverkleidungen und Stoßstangen mit Robotersystemen verwendet. In Architektur- und Bauanwendungen wird es zum Schneiden von Steinarbeitsplatten, Fliesen, Glas und anderen spröden Materialien verwendet. Aufgrund der minimalen Schnittfugenbreite und des hitzeeinflussfreien Schneidens von Bauteilen, die der Hitzebelastung anderer Schneidmethoden nicht standhalten können, werden elektronische Geräte auch mit dem Wasserstrahl geschnitten.

Diese und andere Anwendungen wurden durch Software mit 3D-Modellierung ermöglicht. Früher war das 5-Achsen-Wasserstrahlschneiden sehr kompliziert, aber jetzt ist es mit der Software so einfach, wie es aussieht.

Der Inhalt wurde aus einer FABTECH 2021-Präsentation von Brian Sherick, Vice President of Global Sales für Flow Waterjet, 23500 S. 64th Ave. Kent, WA 98032, [email protected], 253-246-3500, übernommen.