Der Unterschied zwischen 2D- und 3D-Wasserstrahlschneiden

In den Anfängen des Wasserstrahlschneidens gab es nur wenige Anwendungen. Ursprüngliche Wasserstrahlsysteme wurden zum Schneiden sehr dünner Materialien wie Papier verwendet und hatten, abgesehen von extremen Nischenanwendungen, keinen Platz in der Mainstream-Fertigungsindustrie.

Die kontinuierliche Weiterentwicklung dieser innovativen Technologie war der Auslöser für den weltweiten Anstieg der Akzeptanzraten von Wasserstrahlschneidsystemen. Heutzutage sind Wasserstrahldüsen in der Fertigung weit verbreitet und werden in Anlagen eingesetzt, die von kleinen Fertigungsbetrieben, die Einzelaufträge erledigen, bis hin zu ausgedehnten Massenproduktionsanlagen reichen. Die Entwicklung von Wasserstrahlschneidsystemen umfasst wichtige Entwicklungen in der Mehrkopffunktionalität und der Fähigkeit, 3D-Teile zu schneiden.

Die Einführung von 5- und sogar 6-Achsen-Wasserstrahlsystemen hat die Durchführung komplexer Schneidvorgänge erleichtert. Fasen, Fasen, Schweißvorbereitungen und abgewinkelte Löcher sind durch 3D-Schneiden möglich. Das Wasserstrahlschneiden ist nicht mehr auf flache Werkstücke beschränkt. Mit einem 5-Achsen-Schneidkopf können präzise Schnitte auch in komplizierten, ungleichmäßigen und asymmetrischen Materialien durchgeführt werden.

Auch wenn der Übergang vom 2D- zum 3D-Schneiden äußerst vorteilhaft für eine Vielzahl von Anwendungen ist, birgt er doch einige Nuancen, die berücksichtigt werden müssen, bevor mit dem Schneiden begonnen wird.

Befestigung. Dies ist ein entscheidender erster Schritt bei der Vorbereitung zum Schneiden eines Teils mit einem Wasserstrahl. Eine geeignete Vorrichtung stellt sicher, dass sich das Material während des Schneidvorgangs nicht bewegt, was für die Aufrechterhaltung der Teilegenauigkeit von entscheidender Bedeutung ist.

Das Befestigen flacher Materialien auf einem Wasserstrahlschneidetisch ist ein relativ einfacher Vorgang. Der Schneidtisch besteht aus mehreren Lamellen oder Gittern, die sich über die gesamte Länge des Tanks erstrecken und als Grundlage für den Schnitt dienen. (Während bei vielen Wasserstrahlsystemen häufig Lamellen zu finden sind, bieten Roste eine stabilere Grundlage für das Werkstück und verdoppeln die Anzahl der Befestigungspunkte.) Zur Befestigung des Materials an dieser Grundlage werden Klammern verwendet, die eine durch die Kraft des Strahlstrahls verursachte Bewegung verhindern die Bewegung des Wassers unter dem Werkstück.

Das Fixieren von Teilen für das 5-Achsen-Schneiden mit einem Wasserstrahl ist etwas schwieriger. Viele 3D-Teile erfordern kundenspezifische Vorrichtungen, um sie sicher auf dem Schneidtisch zu halten, ohne den Weg des Schneidkopfes oder des Strahlstrahls zu beeinträchtigen. Die Erstellung dieser Art von Vorrichtungen erfordert Zeit. Auch wenn die Vorrichtung mit Hilfe einer CAM-Software entworfen wird, muss sie vor der Verwendung ausgeschnitten, gebaut, installiert und getestet werden.

Schneidköpfe und Zubehör. Für das 2D- und 3D-Schneiden stehen verschiedene Wasserstrahlschneidköpfe zur Verfügung. Jedes ist auf eine bestimmte Fertigungsfunktion zugeschnitten.

Hier sind die verschiedenen 2D-Schneidkopftypen:

Der 2D-Schleifschneidkopf ist bei den meisten Wasserstrahlsystemen Standard. Es schneidet senkrecht zum Werkstück; ist in der Lage, sich in der X-, Y- und Z-Achse zu bewegen; und verwendet ein abrasives Medium, um harte, dicke Materialien zu durchtrennen.

Die Befestigung von Teilen auf einem 2D-Wasserstrahl wird erleichtert, wenn im Schneidbett Roste anstelle von Lamellen verwendet werden.

Der 2D-Wasserkopf verfügt über die gleichen Bewegungsmöglichkeiten wie der 2D-Schleifkopf, es wird jedoch kein Schleifmittel verwendet. Diese reinen Wasserköpfe wurden zum Schneiden dünner, flexibler Materialien entwickelt und liefern einen extrem feinen Wasserstrahl, der Materialien wie Schaumstoff, Gummi, Stoff und Kunststoff durchschneiden kann.

Beim Betrieb eines 5-Achsen-Schneidkopfes ist der Kegelausgleich sehr wichtig. Beim Schneiden dickerer Materialien beginnt der Schneidstrahl möglicherweise aufzufächern und hinterlässt eine Verjüngung in Form eines V. Während diese Verjüngung für die meisten Anwendungen kein Problem darstellt, sehen sich einige Hersteller mit Fällen konfrontiert, in denen sie beseitigt werden muss, um das zu erreichen gewünschte Genauigkeit. In diesen Fällen kann ein Schneidkopf mit Kegelkompensation verwendet werden. Diese Schneidköpfe neigen sich um mehrere Grad, um den Winkel des Schneidstrahls anzupassen. Wenn der Schnittwinkel angepasst ist, wird die Verjüngung auf der Abfallseite des Teils platziert, sodass am Endprodukt eine perfekte 90-Grad-Kante (oder der gewünschte Winkel) entsteht.

Eine Drehachse dreht das Werkstück um volle 360 ​​Grad und ermöglicht so dem Schneidkopf Zugriff auf die gesamte Oberfläche des Materials, ohne dass das Werkstück manuell angepasst und neu positioniert werden muss. In Verbindung mit einem 5-Achsen-Schneidkopf kann eine Drehachse verwendet werden, wodurch der Wasserstrahl effektiv in ein 6-Achsen-Schneidsystem umgewandelt wird.

AnParty. Das 2D-Schneiden mit einem Wasserstrahl ist im Allgemeinen ein sehr sicherer Prozess und damit verbundene Verletzungen sind selten. Während der Schneidkopf ein Wasser-Abrasiv-Gemisch mit fast dreifacher Schallgeschwindigkeit ausstößt, ist der Schneidkopf immer nach unten gerichtet, sodass der Strahlstrahl sicher im Tank der Maschine abgeleitet wird.

Beim 3D-Schneiden kann der Schneidkopf um mehr als 90 Grad abgewinkelt sein, wodurch eine Situation entsteht, die die Implementierung zusätzlicher Sicherheitsfunktionen erforderlich machen kann. Beispiele für verfügbare Sicherheitsfunktionen sind:

Stahlschutz um den Umfang des Schneidetisches herum.

Fortschrittliche Technologie, die einen verirrten Wasserstrahl erkennt und die Maschine abschaltet, bevor er die Tankgrenze verlässt.

Begrenzungsmatten, die verhindern, dass die Maschine ohne Bediener läuft, oder die die Maschine abschalten, wenn eine Person auf die Matte tritt.

Auf dieser Spreizstange sind sowohl 2D-Abrasiv- als auch Nur-Wasser-Schneidköpfe zu finden.

Lichtvorhänge erkennen, wenn ein Objekt in den Schneidbereich gelangt, und veranlassen das Abschalten der Maschine.

Kollisionen. Bediener, die sowohl in 2D als auch in 3D schneiden, müssen darauf achten, dass der Schneidkopf nicht mit dem Werkstück kollidiert. Kollisionen mit Schneidköpfen wirken sich äußerst nachteilig auf die Gewinnspanne aus, da sie wahrscheinlich teure Reparaturen erfordern und zu kostspieligen Ausfallzeiten führen.

Kollisionen lassen sich beim 2D-Schneiden relativ leicht vermeiden, die Komplexität des 3D-Schneidens erhöht diese Risiken jedoch. Fünf-Achsen-Schneidemechanismen haben einen viel größeren Bewegungsbereich, was einem höheren Risiko für Unfälle gleichkommt. Um diese Vorfälle zu verhindern, können intuitive Software mit Simulationsfunktionen verwendet werden, um Kollisionen vorherzusagen und das Programm entsprechend anzupassen. Alternativ können 5-Achsen-Crash-Sensoren am Schneidkopf angebracht werden, die die Stromversorgung der Maschine unterbrechen, bevor es zu einer Kollision kommt.

Derzeit gibt es keine praktische Methode zur Steuerung der Tiefe eines Wasserstrahlschnitts. Der Schneidstrahl stoppt nicht, sobald er die gegenüberliegende Seite des Werkstücks durchbricht. Es schneidet weiterhin alles, was sich ihm in den Weg stellt, bis der Wasserstrahl umgeleitet oder gestoppt wird. Beim 2D-Schneiden stellt dies im Allgemeinen kein Problem dar, da der Schneidkopf immer nach unten in den Tank zeigt, wo der Strahl vom Wasser zerstreut wird. (Es ist jedoch möglich, dass der Schneidstrahl ein Loch in den Boden des Tanks hinterlässt, wenn er über einen längeren Zeitraum eingeschaltet und in derselben Position belassen wird.)

Beim Arbeiten mit einem 5-Achsen-Schneidkopf sollten Hersteller zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen treffen, um das Material vor versehentlichem Kontakt mit dem Schneidstrahl zu schützen. Beispiele beinhalten:

Bei zylindrischen Werkstücken wie Stahlrohren oder PVC-Rohren sollte ein Opfermaterial in den Zylinder gelegt werden, um zu verhindern, dass der Schneidstrahl die gegenüberliegende Seite des Materials beschädigt. Dies gilt auch für alle 3D-Werkstücke, die Biegungen oder Kurven enthalten, bei denen der Schneidstrahl die gegenüberliegende Fläche des Materials berühren könnte, sobald der Strahl die ursprüngliche Fläche durchbricht.

Bei Senkern müssen sowohl der Schnittwinkel als auch die Tiefe des Materials berücksichtigt werden. Ein zu extremer Winkel oder ein zu schmales Loch führt dazu, dass der Wasserstrahl versehentlich die gegenüberliegende Seite des Materials durchschneidet und das Werkstück zerstört.

Während die überwiegende Mehrheit der Wasserstrahlanwendungen mit 2D-Schneiden durchgeführt werden kann, haben Unternehmen, die regelmäßig 3D-Werkstücke bearbeiten und Schrägschnitte an Flachmaterial benötigen, die Möglichkeit, in 5-Achsen-Technologie zu investieren. Wenn ein Hersteller über den Kauf einer Wasserstrahlschneidanlage nachdenkt und wissen möchte, ob 3D-Schneiden für eine Anwendung erforderlich ist, sollte er einen Wasserstrahlhersteller anrufen, um herauszufinden, welcher Ansatz sinnvoll ist. Mit jahrelanger Erfahrung in der Branche sind Wasserstrahlhersteller die beste Quelle, um zu bestimmen, ob 5-Achsen-Schneiden oder Standard-2D-Schneiden für die Anwendung geeignet ist.

Alex Ruegg ist Content-Marketing-Spezialist; Benjie Massara ist Wasserstrahl-Produktmanager; und Dennis Toering ist technischer Servicemanager, WARDJet, 180 South Ave., Tallmadge, OH 44278, 330-677-9100, [email protected], www.wardjet.com. WARDJet ist Teil der AXYZ Automation Group, www.axyzautomation group.com.