Wasserstrahlschneiden nach Maß – höchste Genauigkeit und Qualität

Wasserstrahlschneiden – ein Verfahren mit Geschichte

Die Geschichte des Wasserstrahlschneidens begann gegen Ende des 19. Jahrhunderts. Bereits um 1870 nutzen kalifornische Goldmineure Wasserstrahlen, um Goldadern von Gestein und Erde zu trennen und damit mehr Lohn in kürzerer Zeit zu erwirtschaften. Ab den 1920ern dienten Wasserstrahlen im Tagebau zum Abbau von Kiesen und Sanden. Dabei wurde mit breiten Strahlen und Drücken von nur Hundert bar gearbeitet, um die im Bergbau üblichen großen Materialmengen bewegen zu können. Ein präziser Schnitt im heutigen Sinne war mit dieser Vorgehensweise nicht möglich.
Ab Beginn der 1930er Jahre untersuchten amerikanische und russische Ingenieure die Eignung des Hochdruckwasserstrahls für die Gewinnung von Erz und Kohle. Das erste Patent ging an 1968 an Dr. Norman Franz, Professor an der University of British Columbia (UBC), der eine Anlage zum Wasserstrahlschneiden mit 700 bar entwickelt hatte. An Bedeutung gewann das Schneiden von Materialien mit Hochdruckwasserstrahlen in den späten 60er Jahren. Damals fand es in der Flugzeugindustrie für das Trennen von neuen Werkstoffen Verwendung, die empfindlich auf Wärme reagieren (z. B. Faserverbund-, Waben- und Schichtwerkstoffe).
Die erste einsatzfähige Wasserstrahlschneidanlage mit Drücken von bis zu 3.800 bar lieferte 1971 das heute als KTM bekannte schwedische Unternehmen Ingersoll Rand. Dessen Tochterfirma, die schwedische Bestmatik, konzipierte außerdem einen Schneidtisch für das Schneiden von Puzzleteilen aus Sperrholz.
Hierfür wie auch für andere weiche, zähe oder empfindliche Werkstoffe reichte der reine Wasserstrahl aus. Er genügt jedoch nicht, um harte Materialien wie Metall, Keramik oder Glas zu schneiden. Deshalb wurde schon bald versucht, dem Strahl ein Schleifmittel hinzuzufügen. Ab Anfang der 80er Jahre trat als verdienter Lohn der langjährigen Forschungsarbeiten die Abrasivtechnik ihren Siegeszug an. Diese machte das Verfahren deutlich wirtschaftlicher und führte zu seinem Durchbruch im industriellen Bereich.
Heute werden Drücke von bis zu 9.000 bar durch Düsen von 0,08 bis 0,5 mm Durchmesser gepresst. Die Austrittsgeschwindigkeit liegt dabei bei bis zu 1.000 m/s. Als Abrasive kommen scharfkantige mineralische Strahlmittel in Korngrößen von 0,1 bis 0,3 mm zur Anwendung. CNC-gesteuerte Wasserstrahlen erzeugen präzise Produkte in höchster Qualität. Bei geeigneter Steuerung ist sogar die Bearbeitung dreidimensionaler Geometrien möglich.

Funktionsweise des Wasserstrahlzuschnitts

Beim Wasserstrahlschneiden wird das Material mithilfe des hohen Drucks abgetragen, den der Strahl auf der Werkstückoberfläche erzeugt. Hierin besteht ein wichtiger Unterschied zu Verfahren der Blechbearbeitung, die auf thermischer Energie beruhen (z. B. Plasma-, Laserstrahl- oder Autogenbrennschneiden). Da der Strahl lediglich oberflächennahe mikroskopisch kleine Partikel abtrennt, kommt es zu keiner Dehnung des Werkstücks infolge von Wärme oder Bearbeitungskräften. Zusätzlich verursacht von der Wirkstelle quer abfließendes Wasser Scherkräfte, die gleichfalls einen Materialabtrag zur Folge haben.
Bei harten, spröden Werkstoffen wie Gusseisen oder Keramik entstehen durch die Druckkräfte Mikrorisse an der Oberfläche, die sich fortsetzen und vereinigen und auf diese Weise Partikel ablösen. Zähe (duktile) Materialien wie Stahl können sich zunächst plastisch verformen, ohne dass es zu einer Abtrennung kommt. Hieraus kann eine Kaltverfestigung resultieren, die eine Versprödung des Werkstoffs bewirkt und so zum Materialabtrag führt. Darüber hinaus kann es bei Metallen zur Veränderung der Kristallstruktur kommen. Die Verformungen begünstigen Anhäufungen und Versetzungen von Leerstellen im Gitter, die ebenfalls eine Rissbildung nach sich ziehen.
Dringt der Schneidstrahl tiefer in den Werkstoff ein, schiebt er eine Ansammlung aus Abraum vor sich her. Wegen der Reibung an den Schnittfugen verliert er an Energie, wodurch die erreichbare Qualität der Trennfuge kontinuierlich abnimmt. Ähnlich wie beim Brennschneiden kommt es an der Fuge zu einer Riefenstruktur, auch bekannt als „Rillennachlauf“.
Je nach Maschine und genutztem Verfahren lassen sich mit dem Wasserstrahlschneiden nahezu alle Ausgangsmaterialien bis hin zu dicken Werkstoffschichten bearbeiten. Die benutzte Flüssigkeit wird anschließend gefiltert und aufgearbeitet. Gegebenenfalls darin enthaltene Abrasivstoffe werden gesondert entsorgt. Dank der verwendeten natürlichen Substanzen gilt dieses Verfahren der Metallbearbeitung, das beispielsweise in der Blechbearbeitung oder im Maschinenbau zur Anwendung kommt, als ausgesprochen umweltfreundlich.

Vorteile des Wasserstrahlschneidens

Während durch das Laserstrahlverfahren oder andere Schneidtechnologien entstandene Zuschnitte in aller Regel nachbearbeitet werden müssen, zeichnen sich Wasserstrahlzuschnitte durch glatte Kanten aus, die keine weitere Bearbeitung erfordern. Anders als beim Laserschneiden ist mit dem Hochdruckwasserstrahl auch der Schnitt lichtreflektierender Oberflächen möglich. Auch werden im Gegensatz zu spanenden Verfahren weder Späne noch Stäube freigesetzt.
Bei Oberflächen, die mit dem Laser nur unsauber zugeschnitten werden können, erlaubt die Verwendung des Hochdruckwasserstahls exakte Schnitte. Soll das Material anschließend durch Fräsen weiterbearbeitet werden, empfiehlt sich statt des Laserstahls der Wasserstahlzuschnitt, da er keine Randzonenaufhärtung hinterlässt. Diese würde die Nachbearbeitung der Produkte zusätzlich erschweren. Darüber hinaus ermöglicht das Wasserstrahlverfahren höhere Eindringtiefen. Erzielt das Laserschneiden bereits bei 8 mm Tiefe keine befriedigenden Ergebnisse mehr, sind exakte Wasserstrahlzuschnitte bei bis zu max. 20 mm Dicke problemlos möglich.
Bei Titan-Aluminiumlegierungen wird dem Wasserstahlverfahren der Vorzug gegeben, da herkömmliche Methoden der Metallbearbeitung wie das Laser- oder Plasmaschneiden bei ihnen versagen.

Wasserstrahl-Schneidverfahren im Überblick

Der reine Hochdruckwasserstrahl trennt Werkstücke aus Silikon, Kunststoff, Dichtungsmaterialien (z. B. Steinwolle), aber auch Lebensmittel (z. B. Toastbrot) mit sehr feinen, exakten Schnitten. Dabei kommen Drücke von max. 6.000 bar zur Anwendung. Die hierfür eingesetzten Wasserstrahlen erreichen Austrittsgeschwindigkeiten von bis zu 1.000 Metern in der Sekunde.
Für Metalle wie Titan, Aluminium und Stahl wird dem Kaltwasser ein pulverförmiges hartes Schleifmittel wie Granatsand beigefügt. Entsprechende Anlagen zur Blechbearbeitung verfügen über einen dreiteiligen Schneidkopf. Mittels Reinwasserfokussierdüse wird das Schneidwasser zu einem Stahl geformt, der die Abrasivmischkammer mit 1.000 m/s durchquert. Dabei erzeugt er einen Unterdruck, durch den das Abrasivpulver in die Mischkammer gesaugt wird. In der Abrasivfokussierdüse wird das Wasser-Abrasiv-Gemisch zum Strahl verengt und mit großem Druck herausgepresst.
Für das Zuschneiden hitzeempfindlicher und leitender Werkstoffe kommt das Mikrowasserstahlschneiden zum Einsatz, das sowohl mit als auch ohne Schleifmittel erfolgen kann. Der noch geringere Durchmesser des Wasserstrahls ermöglicht Schnittbreiten von 0,08 mm (Reinwasser) und 0,2 mm (abrasiv) und eine Genauigkeit von einem hundertstel Millimeter.
Zweidimensionale Konturen werden mithilfe von drei CNC-gesteuerten Achsen realisiert. Auch diese Wasserstrahlzuschnitte können sowohl mit Reinwasser als auch mit Abrasivmitteln ausgeführt werden. Komplexe dreidimensionale Teile, beispielsweise für den Maschinenbau oder den Metallbau, werden im 3D-Wasserstrahlverfahren mittels schwenkbarem Schneidkopf hergestellt.

Wasserstrahlzuschnitte Online Konfigurator – Fertigung nach Maß bei Alufritze

Individuelle Projekte erfordern individuelle Teile und Werkstücke. Deshalb haben wir für unsere Kunden hochpräzise Wasserstrahlzuschnitte in größter Genauigkeit im Angebot. Dabei bedienen wir nicht nur Unternehmen aus dem Bereich Metallbau und Maschinenbau, sondern auch private Kunden.
Wenn wir Objekte aus einem Blech ausschneiden, ist ein sogenannter Anschnitt erforderlich. Dieser wird ein Stück weit gerade geführt, bevor die eigentliche Kontur geschnitten wird. Bei Innenkonturen sitzt der Anschnitt innen, bei Außenkonturen liegt er außerhalb der auszuschneidenden Fläche. Sollen mehrere Elemente aus einem Blech ausgeschnitten werden, muss der Abstand von Objekt zu Objekt fünf Millimeter betragen.
Innerhalb eines Bleches beginnt der Wasserstrahlzuschnitt erst in einem Abstand von zehn Millimetern vom Blechrand. Dadurch vermeiden wir das Verbiegen des Schnittrandes.
Sie möchten Aluminium-, Edelstahl- oder Stahlbleche mit runden oder rechteckigen Ausschnitten bestellen? Dann sind Sie bei uns an der richtigen Adresse. Wir bieten das Wasserstrahlschneiden für Bleche mit einer Dicke von 1 bis 150 Millimetern in folgenden Qualitäten an:

• Trennschnitt,
• Qualitätsschnitt und
• Feinschnitt.

Unser Online-Konfigurator hilft Ihnen dabei, uns Ihre Wünsche mitzuteilen. Hierbei gehen Sie bitte wie folgt vor:

• Schritt 1: Geben Sie die benötigte Blechgröße (Länge und Breite) ein.
• Schritt 2: Entscheiden Sie sich für eine Zuschnittqualität.
• Schritt 3: Wählen Sie aus Artikeloptionen wie „Blech entgraten“ (ja oder nein) und „Blech einseitig foliert“ (ja oder nein).
• Schritt 4: Tragen Sie in das Stückzahlfeld ein, wie viele Zuschnitte Sie bestellen möchten.
• Schritt 5: Klicken Sie auf das grüne Feld „In den Warenkorb“, um Ihre Artikel in den Warenkorb zu übernehmen.

Die Preise haben Sie bei uns immer direkt im Blick. Jede Änderung während des Bestellvorgangs wird sofort in den Endpreis eingerechnet. Die Lieferkosten für Deutschland, verschiedene EU-Länder und die Schweiz können Sie durch Anklicken des Links „Versand“ oberhalb des Stückzahlfeldes ermitteln. Sobald Ihre Bestellung bei uns eingegangen ist, arbeiten wir Hochdruck daran, Ihre Vorgaben in die Realität umzusetzen. Innerhalb von Deutschland liefern wir Ihnen Ihre Produkte bereits nach circa 10 Werktagen.
Wünschen Sie, dass wir für Sie spezielle Formen nach DXF-Zeichnung ausschneiden, treten Sie bitte per E-Mail mit uns in Kontakt.
Ihre Zufriedenheit ist unser größter Lohn. Daher bieten wir Ihnen einen umfassenden Service. Haben Sie Fragen zu unserem Angebot, zur Bedienung unseres Online-Konfigurators oder zur Fertigung? Dann nehmen Sie bitte ebenfalls Kontakt zu uns auf. Wir beraten Sie gerne.