Wasserstrahlschneidtechnologie

Definition Des Begriffs “Teilegenauigkeit”

Es gibt einen klaren Unterschied zwischen der Teilegenauigkeit und der Genauigkeit, mit der sich eine Maschine bewegen kann.

Part Accuracy

Wenn Sie sich eine mit einer Genauigkeit von 0,00000000000001 mm arbeitende Maschine mit perfekter dynamischer Bewegung, perfekter Geschwindigkeitssteuerung und optimaler Wiederholbarkeit anschaffen, garantieren Sie damit nicht, dass Sie auch perfekte Teile schneiden werden.

Sie werden jedoch viel Geld für eine supergenaue Maschine ausgeben. Die Genauigkeit der fertigen Teile ist eine Kombination aus Prozessfehler (Wasserstrahl) + Maschinenfehler (Leistung XY) + Werkstückstabilität (Einspannung, Flachheit, Stabilität bei verschiedenen Temperaturen).

Im folgenden Abschnitt sind Teilefehler beschrieben, die selbst bei einer perfekten Wasserstrahl-Schneidmaschine auftreten würden. Der Wasserstrahl besitzt bestimmte Eigenschaften, die sich stark auf die Teilegenauigkeit auswirken. Die Kontrolle dieser Eigenschaften steht seit vielen Jahren im Fokus der Hersteller von Wasserstrahl-Schneidanlagen.

Einfach ausgedrückt kann eine Maschine mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit den Faktor Maschinenbewegung aus der Teilegenauigkeitsgleichung entfernen; andere Teilefehler (z. B. Einspannungsfehler und inhärente Wasserstrahlfehler) werden jedoch nicht eliminiert.

Beim Schneiden von Materialien mit einer Dicke von weniger als 2,5 cm schneidet eine konventionelle Wasserstrahlmaschine Teile gewöhnlich mit einer Genauigkeit von +/- 0,07 bis +/- 0,4 mm. Eine mit Dynamic Waterjet ausgerüstete Maschine kann Teile mit einer Genauigkeit von bis zu +/- 0,025 mm schneiden.

Bei Materialien, die dicker als 2,5 cm sind, erzeugen die Maschinen Teile mit einer Genauigkeit von +/- 0,12 mm bis 2,5 mm. Ein XY-Hochleistungstisch ist für eine Linearpositionsgenauigkeit von mindestens 0,13 mm ausgelegt.

Wo also entstehen Teilungenauigkeiten?

Strahlablenkung bzw. "Strahlnachlauf"

Wenn der Wasserstrahlschneider oder ein anderer Strahlenschneider, z. B. ein Plasma- oder Laserschneider, das Material durchschneidet, wird der Strahl nach hinten (in die der Bewegung entgegengesetzten Richtung) abgelenkt, wenn die Schneidleistung abzunehmen beginnt. Dieses Problem verursacht: stärkere Winkelfehler, Inneneckenprobleme und Ausbogen.

Dieser Nachlauffehler kann durch eine Erhöhung der Schneidleistung oder eine Reduzierung der Schneidgeschwindigkeit verringert werden.

Verstärkter Winkelfehler

Beim Schneiden mit hohen Geschwindigkeiten entsteht ein V-förmiger Winkelfehler. Dieser kann durch ein Verlangsamen des Schneidpfads oder ein Erhöhen der Schneidleistung minimiert oder gänzlich vermieden werden.

Inneneckenprobleme

Beim Schneiden einer Innenecke mit hoher Geschwindigkeit kann es vorkommen, das sich der Strahl beim Verlassen der Ecke in das Teil hineingräbt. Dieses Bild zeigt das Loch, das beim Schneiden eines quadratischen Ausschnitts entsteht (Blick von der Austritts- bzw. unteren Seite).

Ausbogen

Wenn mit hoher Geschwindigkeit um einen Bogen oder einen Kreis geschnitten wird, verursacht der Strahlnachlauf die Bildung eines Konus. Dieser Fehler ist im nebenstehenden Bild zur besseren Veranschaulichung etwas überzeichnet.

Einspannen

Obwohl der Wasserstrahl beim Schneiden hochwertiger Teile weniger als 2,2 N und beim Grobschneiden weniger als 22 N Vertikalkraft aufbringt, ist für die Erzeugung genauer Teile ein ordnungsgemäßes Einspannen erforderlich.

Das Teil darf sich beim Schneiden oder Anbohren weder bewegen noch darf es vibrieren. Um diese Fehler zu minimieren, versuchen Sie, das Werkstück eng an der Kante des Fangbeckens oder einer massiven Anschlagstange anzulegen, die an den Tischleisten befestigt ist. Achten Sie während des Schneidens des ersten Werkstücks besonders auf Materialvibrationen oder -bewegungen.

Instabilität des Materials

Bestimmte Materialien wie Kunststoffe können sehr sensibel auf Temperaturänderungen reagieren. Aufgrund dieser thermischen Ausdehnung können sich diese Werkstoffe bei einer geringfügigen Erwärmung ausdehnen oder sich bei einer Abkühlung zusammenziehen. Beim Wasserstrahlschneiden wird das Material zwar nicht heiß, kann sich aber erwärmen.

Achten Sie auch ganz besonders auf Luftzwischenräume in Gussmaterialien, da der Strom dazu neigt, sich in diesen Zwischenräumen zu öffnen.

Der AWJ verursacht keinen Blechverzug. Er baut aber Belastungen ab. Wenn Sie mit einem Schnittmaterial mit einer Dicke von weniger als 3,2 mm arbeiten und den Schneidpfad außerhalb des Teiles ansetzen, dann den Strahl in das Teil führen und dieses letztlich schneiden, werden Sie vielleicht ein Verdrehen und Verziehen des Materials feststellen. Dieses Verziehen gilt es nach Möglichkeit zu verhindern. Setzen Sie den Schneidpfad zu diesem Zweck innerhalb des Materials an (bohren Sie ein Loch und beginnen Sie mit dem Schneiden), anstatt sich dem Werkstoff von außerhalb zu nähern.

Pumpenprobleme

Abgesehen von offensichtlichen Pumpenproblemen wie der Sicherstellung, dass die Pumpe das Wasser mit dem eingestellten Druck abgibt, kann die Teilegenauigkeit auch durch andere Probleme beeinträchtigt werden. Wenn die Pumpe mit zwei oder mehr Druckverstärkern ausgestattet ist, laufen diese dann immer synchron? Wenn dies der Fall ist, suchen Sie an der Schnittkante des Teiles nach vertikalen Markierungen, deren Frequenz mit dem Pumpenhub übereinstimmt.

Alle Rückschlagventile sollten sich in einem guten Betriebszustand befinden.

Wasserdruck an der Düse

Die Schneidgeschwindigkeit kann abnehmen, wenn es in der Hochdruck-Versorgungsleitung von der Pumpe zum Kopf zu einem überhöhten Druckabfall (von über 172 bar) kommt.

Stellen Sie sicher, dass der gewöhnlich in der Nähe des Schneidkopfs befindliche Inline-Filter frei von übermäßigen Ablagerungen ist.

Wenn Sie Änderungen an der Versorgungsleitung vorgenommen haben (Änderungen der Streckenführung, Ersatz einer großen Leitung durch eine kleinere usw.), achten Sie darauf, dass Sie damit keine größeren Druckabfälle verursacht haben. Jeder Druckverlust zwischen der Pumpe muss minimiert werden. Druck ist gleich Schneidgeschwindigkeit, und Schneidgeschwindigkeit ist gleich Geld.

Werkzeugkorrekturfehler

Unter Werkzeugkorrektur versteht man den in das Steuerungssystem eingegebenen Wert, der die Schnittbreite des Strahls berücksichtigt. Im Prinzip stellen Sie den Wert ein, um den der Schneidpfad vergrößert wird, damit das abschließend bearbeitete Teil die richtige Größe aufweist.

Bevor Sie irgendwelche Hochpräzisionsarbeiten durchführen, bei denen die Toleranzen des fertigen Teils besser als +/- 0,13 mm sind, schneiden Sie ein Prüfmuster zurecht und stellen Sie sicher, dass Sie den Werkzeugkorrekturfaktor richtig eingestellt haben. Viele einwandfreie Zeichnungen werden falsch geschnitten, weil der Bediener sich nicht die Zeit für die Einstellung des optimalen Werkzeugkorrekturfaktors nimmt.

Programmierfehler

Der häufig am schwersten zu ermittelnde Teilegenauigkeitsfehler ist ein Programmierfehler, d. h. die Abmessungen im Teileprogramm stimmen nicht perfekt mit den Abmessungen einer Original-CAD-Datei oder einer Handzeichnung überein.

Teileprogramme, die auf dem Bildschirm einer XY-Steuerung grafisch angezeigt werden, geben meist keine Abmessungen an. Es ist daher möglich, dass dieser Fehler nicht erkannt wird. Wenn alle anderen Maßnahmen versagen, überprüfen Sie, ob die Abmessungen im Teileprogramm denen der Originalzeichnung genau entsprechen.

Abrasiv-Körnungsgröße

Typische Abrasiv-Körnungsgrößen sind, ähnlich wie bei Sandpapier für Holzarbeiten, 120, 80 und 50. Die verschiedenen Körnungsgrößen wirken sich nicht stark auf die Teilegenauigkeit aus. Sie haben einen größeren Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit und die Schneidgesamtgeschwindigkeit. Feinere Abrasive (mit einer höheren Körnungsziffer) bewirken langsamere Schnitte und glattere Oberflächen.

Maschinenbewegung

Die Positionsgenauigkeit und dynamischen Bewegungseigenschaften einer Maschine beeinflussen die Teilegenauigkeit. Bei der Beurteilung der Maschinenbewegungsleistung kommen viele Aspekte zum Tragen, u. a.:

Totes Spiel in der mechanischen Einheit (Richtungsänderungen: kommt es zu einem Getriebe- oder Spindelspiel, wenn sich die Motordrehrichtung von einer Rechts- auf eine Linksdrehung ändert?), Wiederholbarkeit, kehrt die Maschine immer wieder fast zum gleichen Punkt zurück? Eine Servo-Einstellung ist wichtig. Eine unsachgemäße Einstellung bewirkt totes Spiel, Rechtwinkligkeit und Wiederholbarkeitsfehler, und sie kann ein hochfrequentes Wackeln der Maschine während der Bewegung verursachen.

Die Positionsgenauigkeit ist ebenso wichtig wie Geradheit, Flachheit und Parallelismus der linearen Schienen. Kleine Teile, d. h. Teile, die weniger als 30 cm lang und breit sind, stellen nicht so hohe Ansprüche an den XY-Tisch wie größere Teile.

Ein großes, beispielsweise 1,2 x 1,2 m großes Teil, würde stark von der Maschinenleistung beeinflusst. Bei einem kleinen Teil dagegen würde sich die Positionsgenauigkeit bzw. Schienengeradheit nicht in einem erheblichen Maße auf die Toleranzen des fertigen Teiles auswirken, einfach weil kleine Teile Maschinenfehler kaschieren. Bei großen Teilen dagegen sind derartige Fehler offensichtlicher.

Denken Sie daran, dass eine Maschinenbewegungseigenschaft in keinem direkten Verhältnis zu den Toleranzen des fertigen Teiles steht. Eine kostspielige, supergenaue Maschine (mit einer linearen Positionsgenauigkeit, um nur ein Beispiel zu nennen, von +/- 0,025 mm über den gesamten Verfahrweg) würde nicht automatisch ein fertiges Teil innerhalb einer Toleranz von +/- 0,025 mm erzeugen. Hierbei spielen auch andere Faktoren, die die Teilegenauigkeit beeinflussen, weiterhin eine Rolle (siehe oben).