Ein umfassender Leitfaden zum Wasserstrahlschneiden

„Beim CNC-Wasserstrahlen kommt es auf Präzision und Genauigkeit in der Hand an. Es ist ideal für die Erstellung von 2D- und 3D-Funktionsprototypen. Es bietet Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit und produziert Teile von Klein- bis Großserien in kurzen Zeitzyklen.“

Im Bereich der Hydrodynamik hat das Wasserstrahlschneiden aufgrund seiner wirtschaftlichen und schnellen Methode zum Schneiden von abrasiven und hochdichten Metallen einen signifikanten Aufschwung von bis zu 6.15 % erfahren. Zuvor wurden konventionelle Techniken wie … Drahterodieren, LaserschneidenZum Schneiden harter Materialien wurden Verfahren wie das Schneiden mit Plasma eingesetzt. Diese Methoden waren mühsam, zeitaufwändig und boten nur eine geringe Materialvielfalt. 

Wasserstrahlschneiden setzt neue Maßstäbe, indem es OEM-Herstellern ermöglicht, Produkte schneller auf den Markt zu bringen und Kundenanforderungen zu erfüllen. Darüber hinaus eignet sich das Verfahren für komplexe Geometrien und 3D-Designs und kann eine Vielzahl von Materialien schneiden, ohne deren chemische Eigenschaften zu beeinträchtigen. Beispiele hierfür sind Metalle, technische Thermoplaste, Glas und Verbundwerkstoffe. Es unterstützt zudem die Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Elektronik- und Verteidigungsindustrie durch die Herstellung von Bauteilen gleichbleibender Qualität und Formstabilität für optimale Funktionalität und verbesserte Leistung. 

Dieser Artikel beleuchtet das enorme Potenzial des Wasserstrahlschneidverfahrens, seine Anwendungen, Vor- und Nachteile, Schneidfähigkeiten und vieles mehr.

Was ist Wasserstrahlen?

Wasserstrahlschneiden ist ein berührungsloses, erosives Verfahren zum Durchtrennen hochfester Werkstoffe. Es nutzt keine thermische Wärme, sondern hypersonische Flüssigkeitsstrahlen unter Hochdruck, denen Abrasivstoffe beigemischt sind, um Produkte in den gewünschten Formen und Designs herzustellen.

Water Jet Cutting 

Die Wasserstrahlgeräte arbeiten optimal bei einem Nenndruck von 690 MPa (1000,000 Psi). Dieser Druck wird durch ein spezielles Rohrloch oder eine spezielle Düse mit einer Geschwindigkeit von 900 m/s, was dreimal höher als die Schallgeschwindigkeit ist, projiziert, um Material für das gewünschte Spezifikationsteil zu zerkleinern. Der durchschnittliche Durchmesser der Düse liegt üblicherweise bei etwa 0.1 bis 0.4 mm. Eine Düse mit kleinem Durchmesser hilft dabei, das Objekt zu konzentrieren, ohne dass übermäßiger Materialabfall entsteht. Dieser Prozess wird durch einen Verstärker oder eine Kurbelwellenpumpenbaugruppe erreicht. Darüber hinaus wird das Wasserstrahlen auf verschiedene Materialien angewendet, beispielsweise auf Metalllegierungen, halbweiche Materialien, Kunststoffe, Keramik und Verbundwerkstoffe. 

Wie funktioniert Wasserstrahlschneiden?

Wasserstrahlschneidverfahren

Das Wasserstrahlbearbeitungsprozess wird typischerweise für zweidimensionale Geometrien verwendet. Hier finden Sie eine kurze Beschreibung der Funktionsweise des Wasserstrahlschneidens.

• Technisch gesehen funktioniert das Wasserstrahlschneidverfahren durch die Verwendung von unter Hochdruck stehenden Wasserstrahlen, die durch eine Öffnung oder Düse aus Edelstahl ausgestoßen werden. Normalerweise werden dabei Diamant-, Saphir- oder Rubindüsen verwendet, um die Geschwindigkeit um fast 2500 Meilen pro Stunde zu erhöhen. 
• Der Hochgeschwindigkeitswasserstrahl wird mit einer Schleifkammer (normalerweise unterhalb der Öffnung in der Schneidkopfbaugruppe platziert) kombiniert, um den Schneidvorgang zu beschleunigen. Im Allgemeinen wird als Strahlmittel Granatsand verwendet, der entlang des Wasserstrahls gezogen wird.
• Schließlich trägt die Kombination dazu bei, formstabile und genaue Konturen auf das Zielmaterial zu reproduzieren. Der gesamte Prozess des Wasserstrahlschneidens wird durch eine spezielle CNC-Systemsoftware gesteuert, um Verformungen und Defekte zu beseitigen.

Arten des Wasserstrahlschneidens

In der verarbeitenden Industrie werden zwei Arten zum Schneiden abrasiver Materialien eingesetzt. Diese beinhalten; 

• Abrasives Wasserstrahlschneiden
• Reinwasserstrahlschneiden

Abrasives Wasserstrahlschneiden

Das abrasive Wasserstrahlschneiden ist ein nicht thermischer Prozess. Dies geschieht durch Beimischung von Schleifmaterial (normalerweise Granat, Sand oder Aluminiumoxid) mit Wasser. Diese Kombination führt zu einem stärkeren, unsichtbareren und kohärenteren Strom zur Erzeugung von Vortrieben und Schnitten in harten und laminierten Materialien.

Aufgrund der geringen Kosten und der Aussicht auf Verfügbarkeit verwenden OEM-Designer üblicherweise Granat zum Schneiden. Garnet bietet zwei Produkte zur Auswahl; zerkleinert und alluvial. Granat stammt aus Bergbau-Steinbrüchen, während alluvialer Granat eine natürliche Ablagerung in Flussbetten ist, die gesiebt wird, um sie für den Wasserstrahlprozess nutzbar zu machen. Es ist relativ günstiger und weniger aggressiv und lässt sich leichter bearbeiten als zerkleinerter Granat. Dies macht es zur idealen Wahl, wenn glatte, feine Kanten erforderlich sind.

Insgesamt das abrasive Wasserstrahlschneiden gilt beispielsweise für hochfeste, dicke und zugfeste Materialien; Keramik, dekorative Steine, Steine, Metalle und Kunststoffe. Darüber hinaus können durch den Einsatz eines abrasiven Schneidverfahrens scharfe Aggregatkanten erzielt werden. 

Reinwasserstrahlschneiden

Beim Reinwasserstrahlschneiden werden im Allgemeinen Hochdruckströme aus reinem Wasser verwendet. Dieser freie Schleifstrahl strömt unter Druck durch eine Diamantöffnung mit kleinem Durchmesser von etwa 0.1 mm. Diese Öffnung erhöht tendenziell die Geschwindigkeit des Stroms um fast das Dreifache der Schallgeschwindigkeit. Diese Methode eignet sich besonders zum Schneiden weicher Materialien; wie zum Beispiel; Gummi, Schaumstoff, Dichtungen, Lebensmittel und Textilien. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, dem CNC-Plasma- und Laserschneiden, gilt das Reinwasserschneiden als Kaltschneidetechnik, was bedeutet, dass während des Prozesses keine Wärme entsteht.

Fortschritte beim Wasserstrahlschneiden?

Die CNC-Systeme im heutigen Wasserstrahlschneiden haben diesen Prozess revolutioniert. In dieser Hinsicht erfreuen sich zwei Technologien mit großem Nutzen immer größerer Beliebtheit. Diese sind;

• 5-Achsen-Wasserstrahlschneiden
• Konizitätsausgleich

5-Achsen-Wasserstrahlschneiden

Eine Weiterentwicklung des Wasserstrahlschneidens ist das 5-Achsen-Wasserstrahlschneiden als mehrachsiger Ansatz. Früher wurden 5-Achsen-Maschinen wegen der umfangreichen Programmierung und genauen Spezifikationen für äußerst spezielle Detailteile oder Produkte eingesetzt. Daher galt es als kostspieliger Ansatz zum Wasserstrahlschneiden. 

Heutzutage ist es jedoch dafür bekannt, 3D-Modelle präzise aus dem CAM zu übernehmen und sie schnell in exakte Funktionskomponenten zu zerlegen. Diese Maschinen werden hauptsächlich für weiche Materialien wie Gummi, Fasern und Legierungen verwendet. Darüber hinaus automatisieren 5-Achsen-Maschinen den Prozess, indem sie beim Teileschneiden eine wertvolle Bearbeitung ermöglichen. Dadurch wird der Bedarf an manueller Arbeit deutlich reduziert.

Konizitätsausgleich

Die Kegelkompensation ist eine weitere Weiterentwicklung für präzise und genaue Schnittmaße. Sie hat sich etabliert, um gleichmäßige Schnitte durch dickere Materialien zu erzielen, indem das Risiko der Kegelschnittbildung an der Materialoberfläche eliminiert wird. Die Kegelschnittbildung entsteht durch hohe Schnittgeschwindigkeiten und die natürliche Divergenz des Wasserstrahls. Üblicherweise werden drei Ansätze verwendet, um die Kegelschnittbildung zu verhindern: Geometriekompensation, bei der die ursprünglichen CAD-Konstruktionen angepasst werden; dynamische Kegelkompensation, bei der der Konstrukteur die Position des Schneidkopfes während der Bewegung um das zu bearbeitende Material herum anpasst; und durch Versetzen des Schnittpfades können Konstrukteure die Kegelschnittbildung weiter minimieren. Darüber hinaus ist die Kegelkompensation äußerst vorteilhaft für das Erreichen optimaler Toleranzen bis zu 0.005 Zoll.

Laserschneiden vs. Laserschneiden Wasserstrahlschneiden: Hauptunterschiede

Sowohl das Laserschneiden als auch das Wasserstrahlschneiden sind für verschiedene industrielle Anwendungen weit verbreitet. Diese dienen dem präzisen Durchstechen hochfester Materialien aus einem breiten Spektrum. Nachfolgend sind einige technische Unterschiede aufgeführt, die in der folgenden Tabelle aufgeführt sind. 

Table: Vergleichende Analyse von Laser vs. Wasserstrahlschneiden

Bezüglich: Reines vs. abrasives Wasserstrahlschneiden

Vorteile des Wasserstrahlschneidens

Das Vorteile des Wasserstrahlschneidens Sie sind in verschiedenen Fertigungsbranchen weit verbreitet. Diese Maschinen sind bekannt für ihre hohe Wiederholgenauigkeit und Präzision. Zu den häufigsten Vorteilen, die sie von anderen traditionellen Verfahren unterscheiden, gehören:

• Nahezu jedes Material kann mit Hilfe der Wasserstrahlschneidtechnik in Form gebracht werden.
• Es erzeugt Kanten von höchster Qualität, ohne dass während des Prozesses Material verschwendet wird.
• Das Wasserstrahlschneiden ist ein Kaltschneidverfahren, bei dem während des Vorgangs keine Wärmeeinflusszonen entstehen.
• Es ist anderen herkömmlichen Verfahren überlegen, da es keine Begrenzung der Materialdicke gibt. Beispielsweise kann eine 100 Meter lange Platte präzise mit Wasserstrahlschneiden zugeschnitten werden.
• Es bietet einen mehrachsigen Ansatz zum Durchstechen von Materialien. Ein gängiges Beispiel ist eine 5-Achs-Maschine. Außerdem werden keine Werkzeuge oder zusätzliche Fräser benötigt.
• Einer der Hauptvorteile ist, dass es qualitativ hochwertige Teile ohne weitere Bearbeitungsschritte produziert.
• Eine Standard-Wasserstrahlschneidmaschine kann eine enge Toleranz bis zu 0.005 Zoll erreichen. Darüber hinaus lassen sich 3D-Formen durch das Wasserstrahlschneidverfahren leichter herstellen.
• Darüber hinaus ist es ein umweltverträgliches Verfahren, da das beim Schneiden verwendete Wasser wiederverwertet werden kann.

Einschränkungen des Wasserstrahlschneidens

Darüber hinaus hat es einige Nachteile, wenn Sie mit Ihren Schneidprojekten beginnen. Diese beinhalten;

• Bestimmte Risiken; zum Beispiel die Beschädigung der Öffnung, der Verjüngungen (V-förmig, umgekehrt und tonnenförmig) und die Bildung von Hohlräumen aufgrund der geringen Breite der Schnittfugen. Als Faustregel gilt daher, dass die Schnittfugengröße das 11.25-fache des Wasserstrahls betragen muss. 
• Der Wasserstrahl kann zu Einkerbungen und Delaminationsproblemen an den zu durchbohrenden Teilen führen.
• Die zum Schneiden verwendeten Schleifmittel können zusätzliche Kosten für den Prozess verursachen. Aber im Wesentlichen hängt es von der Materialart, den Teilespezifikationen und dem beabsichtigten Verwendungszweck ab.
• Um exakte Spezifikationsteile zu erhalten, wird häufig empfohlen, die Innenradien des Lochs auf dem Doppelten des Wasserstrahls zu halten, da es andernfalls zu blinden und ungleichmäßigen Schnitten im Material kommen würde.
• Der übermäßige Einsatz von Schleifmitteln könnte zu Verschleiß an der Ausrüstung führen, was zusätzliche Kosten für den Prozess verursachen könnte.
• Die Anlage zum Wasserstrahlschneiden erfordert eine höhere Anfangsinvestition.

Industrielle Anwendungen des Wasserstrahlschneidens

Die Anwendungen der Wasserstrahlbearbeitung sind über mehrere Branchen verteilt. Zu den Hauptverbrauchern dieser Technik zählen die Luft- und Raumfahrtindustrie, die Automobilindustrie, die Textilindustrie, die Unterhaltungselektronik und die industrielle Fertigung. 

Luft-und Raumfahrtindustrie

In der aerodynamischen Industrie wird das Wasserstrahlschneiden überwiegend zur Formung von Innen- und Außenteilen von Flugzeugtriebwerken eingesetzt. Normalerweise erfordern diese Teile präzise und genaue Schnitte für die Funktion und Beweglichkeit der Produkte. Daher, Wasserstrahlschneiden in der Luft- und Raumfahrt spielt eine wichtige Rolle beim Schneiden oder Formen von Produkten; einschließlich; Teile von Düsentriebwerken, Turbinenschaufeln, Kabineninnenverkleidungen und Fahrwerken.

Automobilindustrie

Diese faszinierende Technik wird zur Herstellung mehrerer Automobilteile verwendet. Designhersteller verwenden automatische Wasserstrahlschneider, um die erforderlichen Einschnitte in verschiedene Automobilkomponenten zu erzielen. Einige Beispiele sind: Dachhimmel, Stoßstangen, Kupferkopfdichtungen und Flansche für kundenspezifische Abgassysteme, dekorative Halterungen für Automobile. 

Architekturindustrie

Schneiden von Steinen mit abrasivem Wasserstrahl

Die Wasserstrahlschneidtechnik erfreut sich in der Kunst- und Architekturbranche großer Beliebtheit. Verschiedene Wandgemälde, Murmeln und Steine ​​können mit einem Wasserstrahlschneider präzise in Kunstwerke gestochen werden. Darüber hinaus können Konstrukteure es beispielsweise für Metallkunstwerke verwenden; Museumskunstwerke, Natur, Themenparks und wunderbare Blitze. 

Elektronik-Industrie

Das Wasserstrahlschneiden kommt den Herstellern zugute, indem es die Produktionskosten elektronischer Komponenten senkt. Diese Teile reagieren sehr empfindlich auf thermische Vorgänge. Daher dient beispielsweise ein Wasserstrahlschneider als Lösung zur Herstellung von Teilen; bestückte Leiterplatten, Generatorkomponenten, Aufzugssteuertafeln und Profilschneiden für Aufzüge. Darüber hinaus trägt es dazu bei, einen hochwertigen Schutz für elektronische Geräte zu schaffen Wasserdichtes Gehäuse für draußen. 

Medizinische und chirurgische Industrie

Die mikrogroßen und miniaturisierten medizinischen Instrumente erfordern feine Profile für eine konstante Funktion. Auf diese Weise ist das Wasserstrahlschneiden äußerst hilfreich bei der Herstellung dieser eckigen und präzisen Teile. Hier sind einige Komponenten, die durch dieses Wasserstrahlschneidverfahren geformt werden; Formen künstlicher Gliedmaßen, Schnitzen von Carbonspangen, orthopädische Hilfsmittel, chirurgische Teile und Leberresektionen. 

Glasindustrie

Die Glasindustrie ist ein Hauptanwender der Wasserstrahlschneidtechnik. Es steigert die Produktivität und die Kantenqualität, indem es verschiedene komplexe Teile aus Bunt-, Quarz-, Optimalglas-, Borosilikat-, Quarzglas- und Flachglas formt, ohne dass zusätzliche Behandlungen in kurzer Zeit erforderlich sind. 

Bezüglich: Top 5 Branchen, die Wasserstrahlschneidtechnologie nutzen

Ist Wasserstrahlschneiden für Ihr Projekt besser?

Die Prozesskompatibilität hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zum Beispiel; Teilespezifikation, geometrische Komplexität, Dicke und Materialeigenschaften wie Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit bringen Sie für Ihr spezifisches Projekt in Form. 

Anwendungsbeispiele für das Wasserstrahlschneiden 

Im Allgemeinen kann eine Standard-Wasserstrahlbearbeitung mehrere Materialien durchtrennen, ohne deren Oberflächeneigenschaften zu beeinträchtigen. Darüber hinaus führt die Verwendung dazu, dass keine oder nur kleine Wärmeeinflusszonen entstehen, zusammen mit einer feinen und glatten Texturoberfläche. Im Gegensatz zum Laser- und Plasmaschneiden entstehen keine gefährlichen Dämpfe. 

Darüber hinaus wird jeder Schnitt des Wasserstrahlschneiders durch CNC-Systeme gesteuert. Die Konturen werden präzise nach G-Codes gefertigt. Allerdings bestehen Risiken wie Verzug und Materialfehler. Um die richtige Wahl zu treffen, empfiehlt es sich daher, stets erfahrene Fertigungsfachleute zu konsultieren. Deren Beratung hilft Ihnen, das am besten geeignete Verfahren basierend auf den Bauteilanforderungen, dem Materialtyp und den Anforderungen des Bauteils auszuwählen. Kosten für Wasserstrahlschneiden. Falls Sie sich noch unsicher sind, werfen Sie einen Blick in unseren Leitfaden: Wann wendet man das Wasserstrahlschneidverfahren an? für weitere praktische Einblicke.

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Summieren

Wasserstrahlbearbeitung ist zur schnellsten Technik in der Fertigungsindustrie geworden. Es fertigt Teile mit hoher Wiederholgenauigkeit und Maßgenauigkeit in kurzer Zeit. Viele Fertigungsindustrien wie Landwirtschaft, Medizin, Glas, Luft- und Raumfahrt und Automobilindustrie nutzen es aufgrund seiner wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Aussichten. 

Allerdings ist der Wasserstrahlschneidprozess von entscheidender Bedeutung und erfordert bestimmte Überlegungen, um genaue Spezifikationen zu erhalten, da Schneidteile manchmal Markierungen hinterlassen und es während des Prozesses zu Verzugsproblemen kommt. Daher muss eine präzise Kontrolle der Prozessparameter und des Hochdruckstroms gewährleistet sein. Darüber hinaus gibt es noch viele andere Optionen. Zum Beispiel Laser- und Plasmaschneiden. Diese Techniken sind auch für präzise anspruchsvolle Projekte bekannt. Um eine angemessene Wahl zu treffen, müssen Sie sich grundlegende Kenntnisse über ihre Fähigkeiten und Grenzen aneignen. Dieser Artikel enthält alle wesentlichen Details zum Wasserstrahlschneiden aus einer breiten Perspektive. Durch die Lektüre können Benutzer wertvolle Einblicke in Prozessfähigkeiten und andere Aspekte gewinnen.  

Häufig gestellte Fragen

Q1. Wie viel kostet eine Wasserstrahlschneidemaschine?

Der Kostenfaktor hängt von der Marke und den Ausstattungsmerkmalen der Maschine ab. Eine Standard-Wasserstrahlschneidemaschine kostet ca $ 60,000-450,000.

Q2. Gibt es alternative Verfahren zum Wasserstrahlschneiden?

Anstelle des Wasserstrahlschneidens können auch andere Verfahren eingesetzt werden. Diese beinhalten;

• Drahterodiermaschine
• Plasmaschneiden
• Autogenschneiden
• Laserschneiden

Q3. Welche Metalllegierungen können durch Wasserstrahlschneiden durchstochen werden?

Mit einem Wasserstrahlschneider können verschiedene Legierungsqualitäten geformt werden. Die Aluminiumlegierungen: 5052, 6061 und 7075; Kupfer: 260 und C110; Edelstahl 304, 316 und Acetol gelten als die richtigen Materialien für das Wasserstrahlschneiden. 

Q4. Was sind die häufigsten Probleme beim Wasserstrahlschneiden?

Hersteller können mit verschiedenen Problemen wie Verzug, Delaminationen, konischen Schnitten, Wasserstrahlqualität, Abrieb und Düsenverschleiß konfrontiert werden.

F5. Wie wird dem Wasserstrahl Abrasivmittel zugesetzt?

Im Allgemeinen haben in Trichtern gelagerte Strahlmittel (in der Regel Granat) ein Fassungsvermögen von ca. 2 Tonnen. Die automatisch kontrollierte Befüllung der Strahlmittelmenge erfolgt über einen Dosiertrichter, der oben auf der Wasserstrahlmaschine angebracht ist. Dadurch strömt ein Wasserstrahl durch eine Kammer mit gemischtem Schleifmittel und erzeugt einen Venturi-Effekt. Durch diesen Effekt bleiben die Strahlmittel am Wasserstrahl haften. Anschließend wird diese Mischung in die Fokussierdüse geleitet, um den Wasserstrahlschneidvorgang durchzuführen.

Ressourcen

1. Predrag Jankovic(2019) Anwendungen der abrasiven Wasserstrahltechnik im Bauwesen; Abgerufen von: Forschung Tor.
2. Andrew J. Jefferson, Hom Nath Dhakal, (2018), Abrasive Water Jet Cutting: Abgerufen von: Science Direct.