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Die Hochdruckwasserstrahltechnik hat sich in den letzten Jahren als leistungsfähige Alternative zu konventionellen Bearbeitungsverfahren etabliert. Durch die hohe Flexibilität und die vielfältigen Bearbeitungsmöglichkeiten mit diesem Werkzeug findet die Technik zunehmende Verbreitung. Neben dem reinen Wasserstrahl, der bereits heute in zahlreichen Bereichen wie beispielweise in der Automobilzuliefererindustrie beim Schneiden von Dachhimmeln, Stoßfängern und Instrumententafeln zur Anwendung kommt, hat sich der Wasserabrasivstrahl als flexibles und universelles Werkzeug zur Bearbeitung metallischer und schwer spanbarer Werkstoffe durchgesetzt. Die Anwendung der Wasserstrahltechnologie bringt verschiedene verfahrensspezifische Vorteile mit sich:
Keine thermische Belastung des Werkstückes, so dass auch thermisch empfindliche Werkstoffe ohne Aushärtung geschnitten werden können.
- Der Schnitt kann an beliebiger Stelle durch Einstechen in das Werkstück beginnen - Filigrane Konturen, dünne Stege und eng beieinander liegenden Formen möglich - Durch die geringe Schnittspalte ist eine optimale Ausnutzung des zu schneidenden Materials möglich. - Selbst Verbundmaterialien sind ohne Delamination schneidbar - Die geringe mechanische Belastung des Werkstückes verhindert Verformung oder Bildung von Mikrorissen - Bei der Gestaltung der Konturen sind der Kreativität kaum Grenzen gesetzt - Eine Nachbearbeitung ist selten notwendig, da eine Gratbildung nur bei wenigen Werkstoffen auftritt - Umweltschonender, staub- und gasfreier Schnitt auch von Kunststoffen - Der Wasserstrahl ist ein sich ständig erneuerndes Werkzeug - Hohe Flexibilität durch Integrationsmöglichkeit des Wasserstrahls in beliebige Führungssysteme Für das Schneiden mit Wasserstrahlen werden möglichst eng gebündelte Strahlen eingesetzt. Um die erforderliche Energiedichte im Strahl zu erreichen, beträgt der strahlerzeugende Druck bis zu 360 Mpa (3600 bar). Dies entspricht dem Druck am Boden einer 36 km hohen Wassersäule. Um diese Drücke zu erzeugen werden Hochdruckpumpen mit sogenannten Druckübersetzern eingesetzt. Der in einem Hydraulikaggregat erzeugte Öldruck wirkt auf die Kolbenfläche des doppelseitig wirkenden Druckverstärkers. Der Druck wird entsprechend dem Flächenverhältnis zwischen Niederdruckkolben und Hochdruckkolbenstange (ca. 1:20) erhöht. Die Volumenströme auf der Hochdruckseite liegen zwischen 0,5 und etwa 7 l/min.
Typische Schneidanwendungen von reinen Wasserstrahlen:
- Portionieren von Lebensmitteln (Gefriergut, Backwaren, Schokolade, Speiseeis). - Zuschnitt von Papierprodukten (Windeln, Wellpappe). - Zuschnitt von Textilien (Leder, Möbelstoffe, Teppichböden). - Vereinzelung bestückter Leiterplatten. - Besäumen von Kunststoffformteilen und Teppichformteilen in der Automobilindustrie. - Schneiden von Prepregs und Laminatwerkstoffen in der Luft- und Raumfahrtindustrie. - Zuschnitt von Dämm- und Isolierstoffen. - Schneiden von Flachdichtungen und Sonderbauteilen.
Der Wasserabrasivstrahl Die Energiedichte eines reinen Wasserstrahls reicht zur Bearbeitung vieler technischer Werkstoffe nicht aus. Für entsprechende Anwendungen werden dem Wasserstrahl daher Feststoffpartikel zugemischt. Damit wird es möglich, auch Werkstoffe, die mit reinem Wasserstrahl nicht geschnitten werden können, zu bearbeiten bzw. die Schnittleistung gegenüber der Anwendung des reinen Wasserstrahls wesentlich zu steigern. Als sogenanntes Abrasivmittel kommen im wesentlichen scharfkantige, mineralische Stoffe, wie Granatsand und Olivin mit Korngrößen von etwa 0,1 bis 0,3 mm, zur Anwendung. Abhängig von der Schneidanwendung beträgt die erforderliche Abrasivmittelmenge 100 bis 500 g/min. Wie beim Schneiden mit dem reinen Wasserstrahl, werden auch beim Wasserabrasivstrahlschneiden Drücke bis zu 360 Mpa (3600 bar) eingesetzt der Strahldurchmesser liegt bei ca. 0,8 mm. Anwendungsgebiete sind vor allem in der Bearbeitung schwer spanbarer Werkstoffe sowie in der Herstellung komplizierter Konturen zu sehen. Im einzelnen seien folgende Anwendungsbeispiele genannt:
- Bearbeitung von Edelstahlen, insbesondere Nickelbasislegierungen. - Schneiden von Glas, Panzerglas und Acrylglas. - Ausschneiden von dekorativen Teilen aus Naturstein, wie Granit und Marmor. - Bearbeitung von Materialien für die Luft- und Raumfahrt, wie dickwandige, faserverstärkte Kunststoffe und Titanlegierungen. - Bearbeitung von Hochleistungskeramiken. - Einsatz im Rahmen von Einzelteil- oder Kleinserienfertigungen in Lohnschneidebetrieben.
Insgesamt bietet die Wasserstrahltechnologie die Möglichkeit, eine Vielzahl von Materialien zu bearbeiten. Aufgrund der verfahrensspezifischen Vorteile ist damit für viele Aufgaben eine Alternative zu konventionellen Schneidverfahren gegeben.
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