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Praxisnahe Erklärungen zum Wasserstrahlschneiden

Informationen zu Funktion, Anwendungen, Schneidqualität und Vorteilen

Siegel für Qualität aus Deutschland

Sie haben technische Fragen zum Wasserstrahlschneiden?

Was bedeutet Wasserstrahlschneiden? Welche Materialien sind schneidbar und welche Vorteile bietet diese Technologie? Durch praxisnahes Fachwissen in Wort und Bild erhalten Sie einen Einblick in die Welt der Wasserstrahlschneidtechnik!

Was bedeutet Wasserstrahlschneiden?

Durch die Entwicklung der ersten Wasserstrahlschneidmaschinen und Verwendung abrasiver Hilfsmittel zur Steigerung der Schneidleistung ist der Wasserstrahl seit den 70ger Jahren zu einem wichtigen Bestandteil vieler industrieller Fertigungsprozesse geworden. Dieses Trennverfahren steht für eine große Fertigungsvielfalt und trennt weiche oder harte Werkstoffe unabhängig von der Materialbeschaffenheit mit engsten Toleranzen und ohne thermische Beeinflussung, weshalb dieses Verfahren aufgrund des „kalten Schnittes“ für hitzeempfindliche Materialien die optimale Lösung ist.

„Wasserstrahlschneiden ist ein Fertigungsverfahren und gehört nach DIN 8580 zu den Trennverfahren mit einer materialabtragenden Funktionsweise.“

Wie funktioniert Wasserstrahlschneiden?

Der Bearbeitungsprozess beruht auf einer materialabtragenden Funktionsweise ohne thermische Beeinflussung des Werkstoffes. Mit einer Hochdruckpumpe wird dabei ein Wasserstrahl mit einem Nenndruck von bis zu 6200 bar erzeugt, welcher durch eine kleine Düse zu einem feinen Hochdruckwasserstrahl komprimiert und anschließend mit einer Austrittsgeschwindigkeit von bis 1200 m/s auf die Werkstoffoberfläche geleitet wird. Die hohe Strahlgeschwindigkeit und Energie des Wassers bewirken dabei einen präzisen Materialabtrag mikroskopisch kleiner Partikel entlang der vorgegebenen Schnittkontur. Dabei wird dem Wasserstrahl je nach Material ein abrasives Hilfsmittel zur Optimierung der Schneidleistung beigemischt, weshalb zwischen den Verfahren Reinwasserschneiden und abrasives Wasserstrahlschneiden unterschieden wird.

Wichtige Verfahrensparameter

Pumpendruck, Düsenabstand, Düsendurchmesser und Vorschubgeschwindigkeit sind wichtige Verfahrensparameter und bestimmen das Schneidergebnis bezüglich der Qualität und Wirtschaftlichkeit. Die erreichbaren Schnitttiefen und Oberflächengüten werden dabei von den gewählten Schneiddrücken und Schnittgeschwindigkeiten abhängig, welche auf das zu bearbeitenden Material abgestimmt sein sollten.

Darstellung des Schneidprozess beim Wasserstrahlschneiden

Wie sind Wasserstrahlschneidmaschinen aufgebaut?

Maschinen zum Wasserstrahlschneiden sind automatisierte Systeme zum Trennen von allen erdenkbaren Materialien. Der Aufbau basiert auf einer modularen Konstruktion aus verschiedenen Anlagenkomponenten, welche je nach Anforderung unterschiedlich miteinander kombiniert werden können. Diese bestehen im Wesentlichen aus einem Maschinenrahmen, Steuerkomponenten, Abrasivbehälter, Ultrahochdrucksystem mit Pumpe, Schneidkopf und Anschlussrohren. Das Maschinenbecken dient dabei als Strahlvernichter und baut die Restenergie des Schneidwassers ab, welches in einer Recyclinganlage zur Wiederverwendung aufbereitet wird. Die einfache Handhabung und flexiblen Bearbeitungsoptionen ermöglichen eine umweltfreundliche Umsetzung zahlreicher Schneidanwendungen, weshalb Wasserstrahlschneidmaschinen über ein großes Zukunftspotenzial verfügen und zu den wichtigsten Schneidsystemen zählen.

Ansicht und Aufbau einer Wasserstrahlschneidanlage
Wasserstrahlschneidanlage aus dem Maschinenpark der LASLO GmbH
Welche Wasserstrahlschneidverfahren gibt es?

In der industriellen Praxis unterscheidet man zwischen den Verfahrensvarianten Reinwasserschneiden und Abrasivschneiden, welche abhängig von Härte und Dicke des Materials gewählt werden und je nach technischer Ausführung als 2D / 3D-Wasserstrahlschneiden oder Mikrowasserstrahlschneiden zu Einsatz kommen.

Reinwasserschneiden

Mit Reinwasserschneiden lassen sich weiche oder zähe Werkstoffe nur durch die reine Energie des Wassers trennen. Gefiltertes Wasser dabei in einer Hochdruckpumpe zu einem haardünnen Wasserstrahl gebündelt und mit Ultraschallgeschwindigkeit auf das Material geleitet, welches mit einem feinen Schnitt und hoher Schnittgeschwindigkeit ohne Ausschleifen der Schnittkanten getrennt wird.

Abrasivschneiden

Diese Verfahrensvariante ist die optimale Lösung zum Trennen harter Werkstoffe mit einer großen Materialdicke. Im Gegensatz zum Reinwasserschneiden wird dabei dem Wasserstrahl in einer Mischkammer ein abrasives Hilfsmittel beigemischt, weshalb auch harte und dicke Materialien sich präzise schneiden lassen. Die Schneidleistung selbst wird vom Abrasiv, Düsendurchmesser und Arbeitsdruck beeinflusst.

Merkmale

  • Hohe Schnittgeschwindigkeiten und kein Ausschleifen der Schnittkanten
  • Umweltfreundliches Schneiden von Werkstoffen bis 250 mm Materialstärke
  • Der gesamte Schneidprozess erfolgt nur mit Wasserkraft ohne abrasive Hilfsmittel
  • Trennen von weichen oder zähen Materialien wie Kunststoffe, Holz, Textilien uvm.

Merkmale

  • Zum Schneiden sehr harter Werkstoffe bis 250 mm Materialstärke
  • Je feiner der Schnitt, umso feiner sollte das verwendete Abrasiv sein
  • Dem Wasserstrahl wird ein Abrasiv in Form von Granatsand beigemischt
  • Metalle, Alle Stahlsorten, Edelstahl, Aluminium, Stein und Keramik, Glas uvm.

Wasserstrahlschneidverfahren nach technischer Ausführung

2D-Wasserstrahlschneiden

Mit diesem Verfahren werden flache Formschnitte mit beliebigen Konturen oder Löcher aus plattenförmigen Werkstoffen mit einer planen Oberfläche geschnitten.

3D-Wasserstrahlschneiden

5-Achs-Wasserstrahlschneidmaschinen ermöglichen eine dreidimensionale Fertigung von Bauteilen mit komplexen Formen, Schrägschnitten oder Koniken.

Mikro-Wasserstrahlschneiden

In Bezug auf Präzision und Passform führt kein Weg am Mikrowasserstrahlschneiden vorbei, welches maximale Genauigkeiten und feinste Oberflächen garantiert.

Welche Schnittqualitäten lassen sich erreichen?

Die Schnittqualität beim Wasserstrahlschneiden wird in drei Qualitätsstufen unterteilt. Der Feinschnitt (Q1) erfolgt mit einem niedrigen Vorschub und garantiert bestmögliche Schneidergebnisse mit einer optimalen Oberflächengüte. Dagegen werden Fein- und Trennschnitte mit einer wesentlich höheren Schnittgeschwindigkeit ausgeführt, weshalb sich fühl- und sichtbare Strahlkonturen nicht vermeiden lassen. Die Geschwindigkeit des Vorschubs muss dabei für jeden Auftrag individuelle festgelegt werden, da diese von den kundenspezifischen Qualitätsanforderungen abhängig sind.

Welche Faktoren bestimmen die Schnittqualität

  • Die individuellen Qualitätsansprüchen von Kunden
  • Der erzeugte Schneiddruck des Wasserstrahls
  • Die Vorschubgeschwindigkeit des Wasserstrahls
  • Der Düsendurchmesser und Abstand zur Materialoberfläche
  • Qualitätsschnitt beim Wasserstrahlschneiden
    Q1 Feinschnitt:
    Optimale Schnittqualität für Präzisionsteile mit feinsten Oberflächen ohne sicht- und fühlbaren Strahlverlauf.

  • Feinschnitt beim Wasserstrahlschneiden
    Q2 Feinschnitt:
    Ist der ökonomische Standardschnitt für Wasserstrahlzuschnitte mit glatten Oberflächen mit kaum sichtbaren Strahlkonturen.

     

  • Trennschnitt beim Wasserstrahlschneiden
    Q3 Trennschnitt:
    Zum Trennen von Rohlingen und Vorschneiden von zerspanenden Flächen mit einer geringen Schnittqualität.

Was sind typische Beispiele für Wasserstrahlzuschnitte?

Hier sehen Sie typische Fertigungsanwendungen zum Wasserstrahlschneiden, die täglich von unseren Herstellern im Kundenauftrag realisiert werden.

Reinwasserschneiden von flachen Kunststoffmaterialien
Reinwasserschneiden von weichen Materialien
Wasserstrahlschneiden von plattenförmigen Aluminiumzuschnitten
2D-Wasserstrahlschneiden von flachen Formschnitten
Abrasives Wasserstrahlschneiden von flachen Stahlzuschnitten
Abrasivschneiden von harten und dicken Werkstoffen
3D-Wasserstrahlschneiden von komplexen Stahlbauteilen
3D-Bearbeitung für komplexe Formen und Geometrien
Verschiedene Wasserstrahlzuschnitte in der Ansicht
Wasserstrahlzuschnitte aus Metall, Glas, Holz uvm.
Wasserstrahlschneiden von kleinsten Edelstahlbauteilen
Mikro-Wasserstrahlschneiden mit engsten Toleranzen
Was unterscheidet Wasserstrahlschneiden von anderen Verfahren?

Die Wahl des richtigen Trennverfahrens ist die Voraussetzung für Schneidergebnisse, welche allen kundenspezifischen Vorgaben in Bezug auf die Funktion, Qualität und Kosten entsprechen. Doch welche Technologie ist die sinnvollste? Hier finden Sie die Eigenschaften der wichtigsten Schneidverfahren übersichtlich aufgelistet!

Technologie

Wasserstrahl

Laserstrahl

Plasma

Brenner

Materialien

Alle Materialien außer Diamant

Metalle, Holz, Kunststoffe uvm.

Meist metallische Werkstoffe

Nur leitfähige Materialien

Werkstoffdicke

bis 300 mm Materialstärke

Werkstoffdicken von 1 bis 30 mm

bis 60 mm Materialdicke

bis 300 mm Materialstärke

Materialverlust

minimaler Materialverlust

geringer Materialverlust

großer Materialverlust

sehr großer Materialverlust

Genauigkeiten

0,01 bis 0,1 mm

0,01 bis 0,1 mm

0,2 bis 0,5 mm

1,0 bis 2,0 mm

Mehrlagen-Schneiden

ist möglich

ist nicht möglich

ist nicht möglich

ist nicht möglich

Mehrkopf-Schneiden

ist möglich

ist nicht möglich

ist möglich

ist möglich

Schnittspaltbreite

0,3 mm bis 1,0 mm

0,1 mm bis 0,2 mm

1,0 mm bis 2,0 mm

4,0 mm bis 5,0 mm

Nachbearbeitung

minimale Gratbildung

geringe Gratbildung

große Gratbildung

sehr große Gratbildung

Giftige Dämpfe

nein

ja

ja

ja

Was sind die Vor- und Nachteile der Wasserstrahlschneidtechnik?

Ob ein Werkstoff mit Laser- Plasma-, Brenn- oder Wasserstrahlschneiden bearbeitet wird, ist von den Eigenschaften des zu schneidenden Materials abhängig und ein wichtiger Faktor für beste Schneidergebnisse. Hier erfahren Sie welche Vor- und Nachteile der Wasserstrahl als Schneidwerkzeug mit sich bringt.

Vorteile der Wasserstrahlschneidtechnik

  • Eine große Fertigungs- und Materialvielfalt
  • Trennen von Werkstoffen bis 300 mm Materialstärke
  • Ist ein materialschonendes Kaltschneidverfahren
  • Ermöglicht absolut glatte Schneidkanten ohne Nachbearbeitung
  • Minimale Schnittfuge garantiert eine optimale Materialausnutzung
  • Fertigung in einem umweltfreundlichen Arbeitsumfeld

Nachteile der Wasserstrahlschneidtechnik

  • Hohe Investitions- und Betriebskosten
  • Wiederaufbereitung des Schneidwassers
  • Strahlnachlauf des Hochdruckwasserstrahls
  • Ungeeignet für wasserempfindliche Materialien
  • Bei harten Werkstoffen muss ein Abrasiv beigemischt werden
  • Teilweise niedrige Schnittgeschwindigkeiten bei harten Materialien

Weitere oft gestellte Fragen zum „Thema“ Wasserstrahlschneiden?

Mit der Entwicklung der ersten Wasserstrahlschneidmaschine und Verwendung abrasiver Schneidmittel ist Wasserstrahlschneiden zu einer wichtigen Basistechnologie zahlreicher industrieller Anwendungen geworden.