1、CS 25.100.00 VDI-RICHTLINIEN Mai 1994VEREINDEUTSCHERINGENIEURESchnittflchenqualitt beimSchneiden, Beschneiden und Lochenvon Werkstcken aus MetallAbrasiv-WasserstrahlschneidenVDI 2906Blatt 10Quality of cut faces of (sheet) metal partsafter cutting, blanking, trimming or piercingAbrasiva water jet cut
2、tingInhalt Seite1 Verfahrensdefinition und -bersicht 22 Kenngren an Schnittflchen 23 REM-Aufnahme der Schnittflchen 34 Gren mit Einflu auf die Schnittflchenqualitt 45 Ergnzende Bemerkungen 5Schrifttum 5VDI-Gesellschaft Produktionstechnik (ADB)Ausschu BlechbearbeitungUnterausschu Schnittflchenqualitt
3、VDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 2B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-2- VDI 2906 Blatt 10 Alle Rechte vorbehalten (c) Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 19941 Verfahrensdefinition und -bersic
4、htDas Abrasiv-Wasser strahlschneiden ist eine lei-stungssteigernde Verfahrens Variante des Schneidensmit Wasserstrahl, dem in diesem Fall abrasive Feststoffe wie Quarzsand, Granat, Korund o.a. beigemischt werden. Whrend beim reinen Wasserstrahlschneiden der Wasserstrahl das trennende Werkzeug“ bilde
5、t (Einsatzgebiet: nichtmetallische Werkstoffe), dient das Wasser beim Abrasiv-Wasserstrahlschneiden vorwiegend als Energiebertragungsmedium zur Beschleunigung der Feststoffpartikel.Bei der Bearbeitung metalHscher Werkstoffe mit demAbrasiv-Wasserstrahl knnen die zu beobachtendenAbtragsphnomene als Mi
6、krozerspanungsvorgngegedeutet werden. Die deformationsbedingte Rei-bungs- und Umformwrme verursacht rtlich sohohe Temperaturen, da der abgetragene Werkstckstoff z.T. glhend“ aus dem Schneidspalt ausgetragen wird. Eine thermische Beeinflussung derschnittflchennahen Randzone lt sich jedochebenso wenig
7、 nachweisen wie eine Kaltverfestigung.Bei Drcken oberhalb von 100 MPa bis 400 MPa,die mit industriell eingesetzten Schneidanlagen erreicht werden, knnen in Verbindung mit kleinenDsendurchmessern von ca. 0,1 bis 0,5 mm bei kleinen Arbeitsfleckdurchmessern Leistungsdichten hnWasserBild 1 . Schneidkpfe
8、 zum Abrasiv-Wasserstrahlschneiden 1 a) ITW-Mischdse nach 2b) PAS System (Particle Stream Erosion) nach 3lieh denen beim Laserstrahlschneiden von 10 bis10 W/cm erzielt werden 1.In Bild 1 sind zwei Bauarten von Mischdsen frdie Beimischung des Feststoffes zum Wasserstrahldargestellt. Bei der Dse in Bi
9、ld 1 a erfolgt die Beimischung des Abrasivstoffes durch radiale Beschleunigung in einem Luftstrom, der den Strahl umhllt undstabilisiert. Bei dem Arbeitskopf in Bild 1 b tritt derWasserstrahl zunchst in eine Mischkammer ein undsaugt dort durch Injektorwirkung ein vordosiertesAbrasivmittel an. Vor de
10、m Austritt aus der Mischkammer wird der Strahl erneut gebndelt.Die Einsatzmglichkeiten werden durch Handhabungseinrichtungen und deren Steuerung bestimmt.Mehrachsige Systeme, z.B. Industrieroboter oderPortalmaschinen ermglichen auch die Bearbeitungrumlicher Werkstcke, wobei die Mghchkeit einerkontro
11、llierten Reststrahlentsorgung im wesentlichendie Grenzen der Handhabbarkeit festlegt.2 Kenngren an SchnittflchenDurch Wasserstrahlschneiden erzeugte Schnittflchen lassen sich durch die Kenngren von Bild 2beschreiben.Ph,o-2000 bis 3000 -10 PaoDseO.25 mm i.D.h202 bis 6 L/minA7?Abr0.2 bis 1,5 kg/min0 =
12、 0,8 bis 2,0 mm i.D.Dm = 6,4 mm a.D./m = 50 bis 200 mma = 2 bis 1 0 mmB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten (c) Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1994 VDI 2906 Blatt 10 -3-
13、Bild 2. Kenngren an Schnittflchen beim Abrasiv-Wasserstrahlschneiden (in Anlehnung an DIN 2310 Teil 1 und 2)t0 Breite der strahlbeeinfluten Zone“ u Rechtwinkligkeits- und NeigungstoleranzrE Kantenradius (Strahleintrittseite) a Flankenwinkelhs Glattschnitt s Blechdickehs/s GlattschnittanteilSchnittfl
14、chenrauheit, gemessen als /?zdiii) Diese Darstellung ist nicht mastabsgerecht und gilt frRestflchenhhe Innen- und Auenkonturen.hjs Restflchenanteil As =0,1 5 fr52 mmb / Gratbreite, Grathhe M Mebereich zur Bestimmung von u und agemittelte Rauhtiefe gemessen bei fr s2 mm von der Strahleintrittseite (k
15、eine Restflche).Ist eine durch eine wellenartige Struktur gekennzeichnete Restflche vorhanden, so sollte bei Ah = hs und bei gemessenwerden. Lt sich der bergang makroskopisch nicht eindeutig abgrenzen, sollte jeweils ein der Blechdicke und den metechnischen Mglichkeiten entsprechender Abstand von de
16、r jeweiligen Werkstckkante gewhlt werden: Ah = 0,2 s.3 REM-Aufnahme der SchnittflcheIn einer REM-Aufnahme zeigt Bild 3 die charakteristische Schnittflchenstruktur eines wasserstrahlgeschnittenen Stahlbleches. Aufgrund der stochasti-schen Verteilung des Abrasivmittels im SchneidstrahlBild 3. REM-Aufn
17、ahme einer abrasiv-wasserstrahlgeschnitte-nen Probe eines Stahlbleches C1 0 (5 = 2 mm, /?n = 400 N/mm)Pumpendruck: 300 MPaVorschubgeschwindigkeit; 100 mm/minDurchmesser der Dse/der Fokussierungsdse: 0,3 mm/1 ,2 mmDsenabstand: 1 mmAbrasivmittel; Granat 120 MeshD I N 1 /?a = 2,89 jimergibt sich eine m
18、ikroskopisch regellose Schnittflchenstruktur.Die Rauheit der in Bild 3 dargestellten Schnittflchewird durch das in Bild 4 gezeigte Rauheitsprofilnach DIN 4768 wiedergegeben. Der Koi-Wert betrgt 17,64 )im, der i-Wert 2,89 xm.Stahlblech CIO, s = 2 mm, /?m = 400 N/mmPumpendruck: 300 MPaVorschubgeschwin
19、digkeit: 100 mm/minDurchmesser der Dse/der Fokussierungsdse: 0,3 mm/1 ,2 mmDsenabstand: 1 mmAbrasivmittel: Granat 120 Mesh(Lage der Mestrecke parallel zur Schnittkante im Abstand von js)iz250 imzHPglBild 4. Rauheitsprofil der in Bild 3 dargestellten SchnittflcheB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88D
20、D9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-4- VDI 2906 Blatt 10 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1 9944 Gren mit Einfluauf die SchnittflclienquaiittFr alle Schnittflchenkenngren mit Ausnahmeder strahlbeeinfluten Z
21、one und mit Einschrnkungbezglich der Kantenformabweichung (Radius) bzw.des Grates gilt die Abhngigkeit von der Intensittsverteilung des Strahles und der daraus resultierendenFeststoffpartikelverteilung.Die wesentlichen fr die Schnittflchenqualitt relevanten Gren werden hauptschlich durch folgendePar
22、ameter beeinflut : Pumpendruck Dsendurchmesser Dsenabstand Feststoffmassenstrom (Feststoffanteil) Vorschubgeschwindigkeit (wegbezogene Energieeinbringung)Die Effekte der verschiedenen Einflugren auf dieSchnittflchengte beim Abrasiv-Wasserstrahlschneiden metallischer Werkstoffe lassen sich zurZeit nu
23、r qualitativ beschreiben.Die bisher untersuchten werkstoffunabhngigen Effekte sind in Bild 5 zusammenfassend dargestellt.Kenngre Haupteinflugren Effektstrahlbeeinflute ZoneBreite qDsenabstandFokussierungsdurchmesser dp3d. dpKantenradius an derStrahleintrittseiteDsenabstand(Vorschubgeschwindigkeit Vf
24、)aor (Vf)Schnitt-/Restflchenanteil Vorschubgeschwindigkeit VfBlechdicke s hs/hVf, s (Vf = const)Rechtwinkligkeits- undNeigungstoleranz uSchnittflankenwinkel orVorschubgeschwindigkeit i/fOL, uSchnitt-/Restflchenrauheit Strahlleistung PVorschubgeschwindigkeitStreckenenergie P/vVf RVfr P P/VfSchnittgra
25、t h ) VorschubgeschwindigkeitWerkstoffeigenschaften(Streckgrenzenverhltnis Rp/R)Bild 5. bersicht ber die wichtigsten Einflugren und deren qualitativen Effekte auf die Schnittflchenkenngren beim Abrasiv-WasserstrahlschneidenB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD1
26、9CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1 994 VDI 2906 Blatt 10 -5-Strahlbeeinflute ZoneFeststoffpartikel und Wassertrpfchen aus demRandbereich des Strahles erzeugen auf der an denSchneidspalt angrenzenden Blechoberfl
27、che eine erodierte Struktur.Kantenradius an der StrahleintrittseiteDies ist die bergangszone, in der der Abtrag desStrahles noch nicht tiefenwirksam ist.Glattschnitt (anzugeben als blechdickenbezogenerAnteil hjs)Die eigentliche durch den Abtragmechanismus entstehende Flche, deren Struktur vllig rege
28、llos ist.Restflche (anzugeben als blechdickenbezogener Anteil /ir/s)Der Flchenanteil, der durch eine wellige oder riefenartige Struktur gekennzeichnet ist, die sich der regellosen Grundstruktur berlagert. Diese parallel inRichtung des Schneidstrahles verlaufenden Riefensind entgegen der Vorschubrich
29、tung gekrmmt.Schnitt- und Restflche gehen flieend ineinanderber.Flankenwinkel, Abweichung von Rechtwinkligkeit,NeigungDie Schnittflchen- bzw. Fugenkontur kann sowohlkegelig als auch baig (konvex oder konkav) ausgebildet sein.Schnitt-/RestflchenrauheitAn der Restflche mu die Rauheit der Grundstruktur
30、 und die berlagerte Welligkeit durch geeigneteFilterung ermittelt werden.SchnittgratFr die Ausbildung des Schnittgrates gilt der Einfluder verschiedenen leistungsbestimmenden Parameternur noch mit Einschrnkung, da in diesem Bereichdes Strahlaustritts die Intensittsverteilung des Wasserstrahles stark
31、 verndert ist. Von grerer Bedeutung fr den Schnittgrat sind Werkstoffeigenschaftenwie z.B. das Formnderungsvermgen.Beispielhaft gibt Tabelle 1 Versuchs werte fr dieSchnittflchenkenngren fr zwei Einstellungen derVorschubgeschwindigkeit wieder.Tabelle 1. Einflu der Vorschubgeschwindigkeitauf die Schni
32、ttflchenkenngren (Ergebnisse zuProbe in Bild 3)Schnittflchen Vorschubgeschwindigkeit Vfkenngren 1 00 mnn/min 750 nnnn/min6o/mnn 0,1 0,1rE/mm 0,013 0,020s/s 0,9 0,5/7r/S 0,1 0,5/7G/mnn 0,030 0,027bc/mm 0,085 0,03 0,1 40 0,04(zDl n)/Mt 18,7 35,1 R (zD 1 n)/M- 27,2 71,2 R (aDIN)/rn 3,8 14,4aCO10000oLOO
33、1oCN00u/mm 0,09 0,35VersuchsparameterPumpendruck: 300 MPa; Vorschubgeschwindigkeit100 bzw. 750 mm/min; Durchmesser der Dse/derFokussierungsdse: 0,3 mm/1,2 mm; Dsenabstand:1 mm; Abrasivmittel: Granat 120 MeshWerkstoff: CIO; Blechdicke: 2mm, Zugfestigkeit:400 N/mm5 Ergnzende BemerkungenNormen oder Nor
34、mentwrfe zum Wasserstrahlschneiden: keineDie Bestimmung der Schnittflchenkenngren erfolgte in Anlehnung an DIN 2310 Teil 2 Thermisches Schneiden, Ermitteln der Gte von Brennschnittflchen“.Zur Bearbeitung metallischer Werkstoffe mittels Abrasiv-Wasserstrahlschneiden existieren zur Zeit keineForschung
35、s- oder Praxisergebnisse, die eine quantitative Beschreibung von Einflugren auf Schnittflchenkenngren zulassen. Anwendungen konzentrieren sich im wesentlichen auf Kleinserien (Prototypen usw.).Schrifttum1 Lange, K. (Hrsg.): Umformtechnik. Band 3: Blechbearbeitung.Berlin, Heidelberg, New York: Spring
36、er 19902 Oweinah, H. : Leistungssteigerung des Hochgeschwindigkeits-Wasserstrahlschneidens durch Zugabe von Abrasivstoffen(Abrasiv-Jet). Ind.-Anz. 108 (1986) Nr. 34, S. 30/313 Ehlbeck, U. u. Corin, C.O.: Mit einem Wasserstrahl Metalleschneiden. Ind.-Anz. 108 (1986) Nr. 97, S. 16/17B974908A824A6748CA
37、AAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-6- VDI 2906 Blatt 10 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1 994Insgesamt besteht die Richthnie VDI 2906 aus 10 Blttern:Blatt 1: Schnittflchenqualitt beim
38、Schneiden, Beschneiden und Lochenvon Werkstcken aus MetallAllgemeines, Kenngren, WerkstoffeBlatt 2 - ScherschneidenBlatt 3 - NachschneidenBlatt 4 - Knabberschneiden (Nibbeln)Blatt 5 - FeinschneidenBlatt 6 - KonterschneidenBlatt 7 PlasmastrahlschneidenBlatt 8 - LaserstrahlschneidenBlatt 9 Funkenerosives SchneidenBlatt 10 Abrasiv WasserstrahlschneidenB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11
