Fachwissen - Schneidsysteme

Wie lassen sich Stahlplatten am Besten schneiden?

Autogen-, Plasma-, Laser- oder Wasserstrahlschneiden

Es gibt viele Möglichkeiten, Platten aus unlegiertem Stahl zu schneiden. Einige sind für die Automatisierung geeignet und einige nicht. Einige sind für dünnere und andere für dickere Platten geeignet. Einige sind schnell und einige sind langsam. Einige sind kostengünstig, andere teuer. Und einige sind genau und andere sind es weniger. Dieser Artikel verschafft einen kurzen Überblick über die vier Hauptmethoden, die bei CNC-Konturschneidmaschinen eingesetzt werden. Er vergleicht die Stärken und Schwächen jedes Schneidprozesses und nennt anschließend einige Kriterien, die verwendet werden können, um zu entscheiden, welcher Prozess für Ihre Anwendung am Besten geeignet ist.

Autogenschneiden

Autogenschneiden, oder Brennschneiden, ist mit Abstand der älteste Schneidprozess, der für unlegierten Stahl verwendet werden kann. Es wird generell als einfaches Verfahren angesehen und die Verschleißteile sind relativ günstig. Ein Autogenbrenner kann durch sehr dicke Platten schneiden und ist in erster Linie durch die Menge an Sauerstoff beschränkt, die zugeführt werden kann. Mit einem Autogenbrenner können Stahlplatten mit einer Dicke von 36 oder sogar 48 Zoll geschnitten werden. Wenn es darum geht, aus einer Stahlplatte ein Teil zu schneiden, erfolgt dies größtenteils aus einer Platte mit einer Dicke von 12 Zoll oder weniger.

Bei richtiger Ausrichtung liefert ein Autogenbrenner eine glatte, rechtwinklig geschnittene Oberfläche. An der Unterseite bildet sich wenig Schlacke und das obere Ende ist durch die beim Vorheizen entstandenen Flammen nur leicht gerundet. Diese Oberfläche eignet sich optimal für viele Anwendungen ohne weitere Behandlung.

Autogenschneiden ist ideal für Platten geeignet, die dicker als 1 Zoll sind, kann aber mit Einschränkungen auch für dünnere Platten bis zu einer Materialstärke von etwa 1/4 Zoll verwendet werden. Es ist ein relativ langsamer Vorgang, bei dem pro Minute bei einer Materialstärke von 1 Zoll etwa 20 Zoll bearbeitet werden. Ein weiterer Pluspunkt des Autogenschneidens ist, dass Sie ganz einfach mit mehreren Brennern gleichzeitig schneiden können und sich so Ihre Produktivität vervielfacht.

Plasmaschneiden

Plasma-Lichtbogenschneiden ist ein Prozess, der sich hervorragend für das Schneiden von Platten aus unlegiertem Stahl eignet. Er bietet viel höhere Geschwindigkeiten als das Autogenschneiden. Jedoch müssen einige Einbußen hinsichtlich der Kantenqualität hingenommen werden. Die Kantenqualität weist einen Optimalbereich auf, der abhängig von der Stromspannung beim Schneiden im Allgemeinen zwischen ca. 1/4 Zoll bis hin zu 1,5 Zoll beträgt. Die Rechtwinkligkeit der Kanten beginnt an Qualität einzubüßen wenn die Platte extrem dünn oder extrem dick ist (und außerhalb der genannten Spanne liegt), obwohl die Kantenglätte und die Schlackenbildung immer noch sehr gut sein können.

Eine Plasmaausrüstung kann im Vergleich zu einem Autogenbrenner teuer sein, da ein komplettes System die Stromversorgung, einen Wasserkühler (für Systeme mit mehr als 100 Ampere), einen Gasregler, Brennerleitungen, Verbindungsschläuche und -kabel und einen Brenner selbst umfasst. Aber die erhöhte Produktivität von Plasmaschneiden im Vergleich zum Autogenschneiden gleicht die Kosten des Systems in kürzester Zeit aus.

Sie können Plasmaschneiden mit mehreren Brennern gleichzeitig. Die Zahl ist jedoch durch den zusätzlichen Kostenfaktor normalerweise auf zwei Brenner beschränkt. Einige Kunden entscheiden sich jedoch für drei oder vier Plasmasysteme auf einer Maschine. In der Regel handelt es sich dabei aber um professionelle Unternehmen, die für eine Produktlinie eine hohe Stückzahl derselben Teile schneiden.

Laserschneiden

Der Laserschneidprozess eignet sich für das Schneiden von unlegiertem Stahl mit einer Dicke von bis zu ca. 1,25 Zoll. Über einer Materialstärke von 1 Zoll muss alles passen, damit die Arbeit zuverlässig durchgeführt werden kann, einschließlich des Materials (Laser-Qualitätsstahl), der Gasreinheit, des Zustands der Düse und der Strahlqualität.

Laserschneiden ist kein sehr schneller Schneidprozess, weil auf unlegiertem Stahl lediglich ein Brennvorgang stattfindet, bei dem die enorme Hitze eines ausgerichteten Laserstrahls anstelle einer durch Vorheizen entstandenen Flamme verwendet wird. Daher wird die Geschwindigkeit durch die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion zwischen Eisen und Sauerstoff eingeschränkt. Das Laserschneiden ist jedoch ein sehr genauer Vorgang. Es entsteht eine sehr schmale Schnittfugenbreite, wodurch sich sehr genaue Konturen und akkurate kleine Löcher schneiden lassen. Die Kantenqualität ist in der Regel äußerst gut, mit extrem kleinen Schnitten und Bogenspuren, sehr rechtwinkligen Kanten und wenig bis gar keiner Schlacke.

Der andere große Vorteil des Laserprozesses ist die Zuverlässigkeit. Die Lebensdauer der Verschleißteile ist sehr lang und die Maschinenautomatisierung sehr gut, sodass viele Laser-Schneidarbeiten ohne Überwachung durchgeführt werden können. Stellen Sie sich vor, Sie legen eine 10' x 40' große Platte aus 1/2 Zoll Stahl auf den Schneidtisch, drücken den Startknopf und machen Feierabend. Wenn Sie am nächsten Morgen zurückkommen, sind Hunderte Teile geschnitten und bereit zum Abladen.

Aufgrund der Komplexität der Strahlführung können CO2-Laser nicht mit mehreren Köpfen an derselben Maschine verwendet werden. Mit Faserlasern ist jedoch ein Schneiden mit mehreren Köpfen möglich.

Wasserstrahlschneiden

Wasserstrahlschneiden eignet sich ebenfalls gut für das Schneiden von unlegiertem Stahl und sorgt für einen glatten und extrem genauen Schnitt. Die Genauigkeit beim Wasserstrahlschneiden kann die Genauigkeit des Laserschneidens übertreffen, da die Kantenglätte besser sein kann und es keine Wärmeverformung gibt. Auch gibt es beim Wasserstrahlprozess keine Einschränkung in der Dicke wie beim Laser- und Plasmaschneiden. Die praktische Grenze beim Wasserstrahlschneiden liegt aufgrund der zeitlichen Dauer und der Tendenz des Wasserstrahls, abzuweichen, bei etwa 6 bis 8 Zoll.

Der Nachteil beim Wasserstrahlschneiden sind die Betriebskosten. Die Investitionskosten für die Ausrüstung sind aufgrund der hohen Kosten einer Verstärkerpumpe in der Regel etwas höher als bei Plasma, jedoch nicht so hoch wie die Kosten für das Laserschneiden. Jedoch sind die Stundenkosten beim Wasserstrahlschneiden hauptsächlich aufgrund des Abrasivstoffs der bei dem Prozess eingesetzt wird, viel höher.

Das Wasserstrahlschneiden bietet sich auch für das Schneiden mit mehreren Köpfen an. Dies kann sogar mit nur einer einzigen Verstärkerpumpe erfolgen. Aber jeder zusätzliche Schneidkopf benötigt einen zusätzlichen Wasserfluss, für den entweder eine größere Pumpe oder eine kleinere Öffnung benötigt wird.

Entscheidungskriterien

Wie entscheidet man also, welcher Schneidprozess sich am Besten eignet?

1. Beginnen Sie mit der Materialstärke:

  • Bei einer Materialstärke von weniger als 0,080" verwenden Sie Laserschneiden.
  • Bei einer Materialstärke von weniger als 0,125 verwenden Sie Plasmaschneiden oder Laserschneiden.
  • Bei einer Materialstärke von weniger als 0,250 verwenden Sie Wasserstrahl-, Plasma- oder Laserschneiden.
  • Bei einer Materialstärke von mehr als 8" verwenden Sie Autogenschneiden.
  • Bei einer Materialstärke von mehr als 2" verwenden Sie Autogenschneiden oder Wasserstrahlschneiden.
  • Bei einer Materialstärke von mehr als 1,25" verwenden Sie Plasma-, Autogen- oder Wasserstrahlschneiden.

2. Berücksichtigen Sie die Anforderungen an die Genauigkeit und die Kantenqualität:

  • Ist die Kantenqualität von Plasma ausreichend? Die meisten Stahlplattenerzeugnisse können mit einem Plasmaschnitt gut geschweißt werden.
  • Ist der Wärmeeinflussbereich beim Autogenschneiden, bei Plasma- oder Laserschneiden akzeptabel? Wenn dies nicht der Fall ist, verwenden Sie Wasserstrahlschneiden.

3. Überlegen Sie, was wichtiger ist: Produktivität oder Kosten?

  • Wenn die Produktionsmenge wichtiger ist, entscheiden Sie sich nicht für das Wasserstrahlschneiden.
  • Wenn niedrige Investitions- und Betriebskosten am Wichtigsten sind, entscheiden Sie sich für das Autogenschneiden.

Entscheidungshilfen:

Weitere Arbeitsgänge

  • Ist vereinzelte Schlackenbildung am Boden der Platte akzeptabel? Wenn dies nicht der Fall ist, verwenden Sie Wasserstrahl- oder Laserschneiden.
  • Müssen bei den weiteren Arbeitsgängen vollkommen runde Löcher entstehen? Wenn dies der Fall ist, verwenden Sie Wasserstrahl- oder Laserschneiden.

Mehrere Werkzeuge

Sind die Teile dafür geeignet, mit 2, 4 oder mehr Brennern geschnitten zu werden? Dann ist das Autogenschneiden besser geeignet als Plasma- oder Laserschneiden. Das Schneiden mit mehreren Plasmabrennern ist möglich, ist aber teuerer, wenn Sie die Investitionskosten für die gesamte Ausrüstung betrachten. Beim Wasserstrahlprozess können mehrere Wasserstrahlschneiddüsen mit einer einzigen Verstärkerpumpe betrieben werden, wenn Sie eine Pumpe erwerben, deren Flussrate hoch genug ist, um mehrere Köpfe zu unterstützen. Laserschneiden beschränkt sich traditionell auf einen einzigen Schneidkopf, wobei der Einsatz von Faserlasern das gleichzeitige Schneiden mit mehreren Köpfen ermöglicht.

Die Idealkombination

Etwas das jede Kalkulation beeinflusst ist die Idee des Multiprozess-Schneidens – der Einsatz zweier Schneidverfahren für dasselbe Teil. Die logischste Kombination ist Wasserstrahl- und Plasmaschneiden oder Wasserstrahl- und Autogenschneiden. Mit der neuen Faserlasertechnologie ist es jetzt möglich, Laser- und Plasmaschneiden oder Laser- und Autogenschneiden miteinander zu kombinieren. Der Vorteil des Multiprozess-Schneidens ist die Möglichkeit, das langsamere, genauere Verfahren für einige spezielle Konturen zu verwenden, aber für andere Konturen das schnellere und kostengünstigere Verfahren einzusetzen. Als Ergebnis werden Teile mit exakt der benötigten Genauigkeit produziert, jedoch zu viel geringeren Kosten als wenn Sie die kompletten Teile ausschließlich mittels des genaueren Verfahrens geschnitten werden würden.

Zusammenfassung

Die Überschneidung der Vielfalt der Materialstärken und der Fähigkeiten der vier Schneidprozesse macht es schwierig, zu entscheiden, welcher dieser Prozesse für ein bestimmtes Teil aus unlegiertem Stahl eingesetzt werden soll. Hersteller oder Stahl-Servicezentren, die ein breites Spektrum an Materialien schneiden müssen, verfügen daher oft über Maschinen, mit denen zwei oder mehrere Schneidverfahren durchgeführt werden können. Manchmal findet man das optimale Verfahren für ein bestimmtes Teil nur heraus, indem man verschiedene Verfahren testet und überprüft, welches die Besten Ergebnisse liefert.

x

x

Loading..