1、ICS 25.100.00 VDI-RICHTLINIEN Mai 1994VEREINDEUTSCHERINGENIEURESchnittflchenqualitt beimSchneiden, Beschneiden und Lochenvon Werkstcken aus MetallPlasmastrahlschneidenVDI 2906Blatt 7Quality of cut faces of (sheet) metal partsafter cutting, blanking, trimming or piercingPlasma cuttingInhalt Seite1 Ve
2、rfahrensdefinition und -bersicht 22 Kenngren an Schnittflchen 33 REM-Aufnahme der Schnittflche und Rauheitsprofil 34 Gren mit Einflu auf die Schnittflchenqualitt 45 Ergnzende Bemerkungen 5Schrifttum 5VDI-Gesellschaft Produktionstechnik (ADB)Ausschu BlechbearbeitungUnterausschu SchnittflchenqualittVD
3、I-Handbuch Betriebstechnik, Teil 2B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-2- VDI2906 Blatt? Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 19941 Verfahrensdefinition und -bersichtDie Ver
4、fahren des Plasmastrahlschneidens sind thermische Schneidverfahren, die mittels eingeschnrtemLichtbogen arbeiten. Sie gehren nach DIN 8580 inder Hauptgruppe Trennen“ zur Gruppe Abtragen“und hier zur Untergruppe Thermisches Abtragendurch elektrische Gasentladung“. Durch einenLichtbogen wird ein Gasst
5、rahl ionisiert und dadurchauf hohe Temperaturen (bis 30000 K) und hohe kinetische Energie gebracht. Der so erzeugte Plasmastrahl schmilzt den Werkstoff auf, verdampft ihn teilweise und treibt ihn beim Vorschub des Plasmaschneidbrenners durch Impulsbertragung aus dersich bildenden Schnittfuge aus.Anw
6、endungsbereiche fr das Plasmastrahlschneiden : Schneiden von dickeren Blechen, da es hhereSchneidgeschwindigkeit im Vergleich zu konkurrierenden Verfahren bietet Trennen von speziellen Werkstoffen, die sich aufgrund ihrer Eigenschaften weniger fr die Anwendung von Konkurrenzverfahren eignen Erzeugun
7、g schrger Schnittflanken zur SchweinahtvorbereitungGrundstzlich wird zwischen Plasmastrahlschneidenmit bertragenem Lichtbogen (Bild 1) und Plasmastrahlschneiden mit nichtbertragenem Lichtbogenunterschieden. Fr ersteres, das vorzugsweise in derBlechbearbeitung Einsatz findet, mu der zu schneidende We
8、rkstoff elektrisch leitend sein und imStromkreislauf hegen, bei letzterem knnen auchnichtleitende Werkstoffe geschnitten werden.Je nach Brenneraufbau und Plasmagas unterscheidetman die Verfahrens Varianten Ar-H2-Plasmastrahlschneiden, Druckluft-Plasmastrahlschneiden, Schutzgas-Plasmastrahlschneiden,
9、 Wasser-Injektions-Plasmastrahlschneiden und 02-Oxidations-Plasmastrahlschneiden,deren Unterschiede in der Anlagenkomplexitt sowiein der besonderen Eignung fr unterschiedlicheWerkstoffe liegen.Mit Schneidgeschwindigkeit“ wird bei den thermischen Schneidverfahren gem DIN 2310 Teil 1 dieGeschwindigkei
10、t zwischen Werkzeug und Werkstckbezeichnet. Die entsprechende Gre der mechanischen Trenn verfahren ist die Vorschubgeschwindigkeit“.Wie aus Bild 1 ersichtlich, wird zwischen Kathodeund Anode ein Gleichstromlichtbogen (100 V bis300 V) gezogen. Der Plasmastrahl wird ber einenLichtbogen1 Kathode 4 Dse2
11、 Khlwasser 5 Plasmastrahl3 lonisierungsraum1 Elektrode 4 Schwallwassersystem2 Wasserinjektion 5 Absaugung3 Werkstck 6 PlasmastrahlHilfslichtbogen zwischen Elektrode und Dse gezndet und strmt bei hoher Volumenzunahme durchdie Erhitzung im direkten Lichtbogen zum zu bearbeitenden Werkstck.Auf modernen
12、, automatisch gesteuerten Blechbearbeitungsmaschinen wird das zustzliche Prinzip desradialen Einspritzens von Wasser durch einen Ringspalt in der Dse (davor Drallring) gegen das Plasmagas angewendet, siehe Bild 2. Durch die Wasserbeaufschlagung wird der Plasmastrahl enger eingeschnrt und auf Tempera
13、turen bis 50000 K erhitzt.Die Rotation bewirkt dabei eine vorteilhafte Unsymmetrie der Schnittfuge, da dann nur noch eine Flankedie typische Schrglage aufweist (Schlecht“-Seite),whrend die andere Gut“-Seite nahezu senkrechtsteht.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0
14、686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1 994 VDI 2906 Blatt 7 -3-2 Kenngren an SchnittflchenDurch Plasmastrahlschneiden erzeugte Schnittflchen lassen sich mit folgenden Kenngren beschreiben (Bild 3 und 4):Da be
15、im Plasmastrahlschneiden bei manchen Werkstoffen bzw. Verfahren eine Gratbildung nicht vermieden werden kann, wird in Bild 3 sowohl fr gratbehaftete als auch fr gratfreie Schnitte eine Beschreibungsmglichkeit angeboten.4 MAs .hnBild 3. Trennzonenausbildung (symmetrisch) gem Verfahrennach Bild 1tiMBi
16、ld 4. Trennzonenausbildung (aiar;nach Bild 290) gem Verfahren(X,WEZ5MKantenformabweichung (Strahleintrittseite)mittlerer Flankenwinkel gem Bild 3linker bzw. rechter Flankenwinkel gem Bild 4Rechtwinkligkeits- und NeigungstoleranzRauheit der Schnittflche: blich ist die Angabeder gemittelten Rauhtiefe
17、/?zdin-Gratbreite und -hhe (Strahlaustrittseite)Breite der Wrmeeinfluzone (WEZ)BlechdickeAs = 0,1 5 fr 52mmA5 = 0,2mm fr s2mmMebereich zur Bestimmung von u, ol und 6wezDie Darstellung ist nicht mastabsgerecht und gilt frInnen- und Auenkonturen.3 REM-Aufnahme der Schnittflche und RauheitsprofilDie RE
18、M-Aufnahme zeigt eine plasmastrahlgeschnittene Blechprobe aus St 37, s = 3 mm. Der Riefennachlauf,der Kantenwinkel a und die Rauhtiefe (Oberflchenfeinstruktur) sind von der Schneidgeschwindigkeit, derEnergiezufuhr und der Gasart abhngig.Profi! P :RPWT 11,18 yim - Ftmax = 8J9 lim - FizDiN- 7,37 fxm-
19、Ra = 1,53 jJimRt = 9,35 umBild 6. Rauheitsprofil zu Bild 7.5 im Schnittflchenbereich /?s. Lage der Mestrecke in Blechmitte parallel zur Schnittkante.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-4- VDI2906 Bl
20、att 7 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 19944 Gren mit Einfluauf die Schnittflchenqualitta) SchneidrichtungIm Gegensatz zur Plasmabrennerausfhrung nachBild 1 ergibt das Wasserinjektions-Plasmastrahl-schneiden mit Drallring vor der Dse laut Bild 2die Trennzonenausbildung
21、gem Bild 4 mit einerstrker geneigten Abfallseite und einer fast senkrechten Gut“-Seite. Bei dem bhcherweise verwendeten Rechtsdrall der Wassereinspritzung (imUhrzeigersinn) wird der in Vorschubrichtungrechten Seite mehr Energie zugefhrt. Bei der NC-Programmierung ist daher stets zu entscheiden,ob fr
22、 das Werkstck eine Rechtwinkligkeit derSchnittflanke oder eine Schrge, z.B. fr Schweiarbeiten, erreicht werden soll, Bild 7.Schneid rieh tungWerkstcl AbfallBild 7. Unsymmetrische Schnittflchenform durch SchneidgasRotationBearbeitungsrichtung beim Wasserinjektions- Plasmastrahlschneiden festlegenb) W
23、erkstoffart (C-Stahl, nichtrostender Stahl, NE-Metalle, Legierungen) mittels der erforderlichenGasauswahlc) Blechdicke s ber Brennerauswahl und Energieeinsatzd) Dsendurchmessere) Gas- und Wasserkonzentrationf) Lichtbogenspannung und -strm 17, /g) SchneidgeschwindigkeitBlechdicle sBild 9. Einflu von
24、Plasmagas, Werkstoff und Blechdicke aufdie Schneidgeschwindigkeit beim PlasmastrahlschneidenA Plasmastrahlschneiden von unlegierten Sthlen mit:Ai Plasmagas SauerstoffA2 Plasmagas StickstoffB Plasmastrahlschneiden von hochlegierten Sthlenund Aluminium Werkstoffen (Plasmagas Stickstoff)Kenngre Hauptei
25、nflugren Effekt1. Kantenformabweichung/7e,/?eDsenabstand(Schneidgeschwindigkeit /s) /?, e2. Schnittflankenwinkel oc Schneidgeschwindigkeit i/gOL3. Schnitt-/Restflchenrauheit Strahlieistung PSchneidgeschwindigkeit 1/5 Energiedichte IX/S/ P4. Schnittgrat /?g Schneidgeschwindigkeit 1/5Werkstoffeigensch
26、aftenKsBild 8. Wichtige Einflugren beim Plasmastrahlschneiden und ihre Auswirkungen auf die Ausbildung der SchnittflcheB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ing
27、enieure, Dsseldorf 1 994 VDI 2906 Blatt 7 -5-In Bild 8 und 9 wird der Einflu einiger wichtigerParameter auf die Schnittflchenausbildung sowieauf die erreichbare Schneidgeschwindigkeit aufgezeigt.5 Ergnzende BemerkungenErgnzende Hinweise aus der Praxis im Hinblick aufdie erreichbare Schnittflchengte
28、und die Leistungsfhigkeit des Trenn Verfahrens Plasmastrahlschneiden“: Die je nach Leistungsbedarf abgestimmten Dsendurchmesser sind qualittsmitbestimmend.Durch die Verwendung unterschiedhcher Gase ergeben sich unterschiedhche Schnittspaltbreiten.So wurden beispielsweise bei Schneidversuchen anSt 37
29、, s= 12 mm, folgende Schnittspaltbreiten festgestellt :N2 : Strahleintrittseite 5,5 mm, Strahlaustrittseite2,5 mmO2 : Strahleintrittseite 4,25 mm, Strahlaustrittseite1,5 mmDie durch Einsatz von N2 erhaltene Trennflcheist dabei metaisch blank, whrend die unter Verwendung von O2 hergestellte Flche bei
30、 einer greren Rauhtiefe die zur Strahlaustrittseite hinzunimmt, stellenweise eine ausgeprgte Oxidhautaufwies. Zur Gewhrleistung einer optimalen Schnittgtesind die speziellen, in den DIN-Normen einemerheblichen T oleranzbereich unterliegendenWerkstoffeigenschaften zu bercksichtigen. BeiSchwankungen d
31、er Werkstoffeigenschaften, diesich beim Trennvorgang negativ bemerkbar machen, sollen die Parameter fr Lichtbogenspannung U, Stromstrke I und die Vorschubgeschwindigkeit Vs unterhalb der blichen Richtwerte eingestellt werden, jedoch bei konstant gehaltenen Gas- und Wasserdurchflumengen.Definitionen
32、(vgl. Bild 3 und 4)(X Der Flankenwinkel a wird durch die Schnittpunkte der Grenzen des Mebereichs M mitder Schnittkante bestimmt. Gemessen wirdzwischen der Werkstckoberflche und derVerlngerung der Geraden durch diese beidenSchnittpunkte, so da sich fr eine V-frmigeSpaltausbildung Werte a 90“ ergeben
33、.u Die Rechtwinkligkeits- und Neigungstoleranzu entspricht dem Abstand zweier zum Sofl-Flankenwinkel parallelen Geraden, die jeweilsdurch die Extrema der Schnittkante innerhalbdes Mebereichs M fhren.bwEz Die Wrmeeinfluzone (WEZ) wird dadurchbestimmt, da die Hrtewerte des Gefges inSchnittkantennhe wi
34、eder auf die Hrtewertedes unbeeinfluten Grundwerkstoffs abfallen.Die Breite der WEZ wird durch die maximaleAusdehnung dieser Zone im Bereich der Blechmitte senkrecht zum Soll-Flankenwinkel bestimmt.Die Rauheit ndert sich ber der Blechdicke;zur Vergleichbarkeit der Mewerte wird R(beispielsweise als R
35、din) deshalb abhngig vonder Blechdicke bei i s bzw. s gemessen.SchrifttumFr das Plasmastrahlschneiden relevante Normen (Ausgabe: Monat/Jahr):DIN 2310 Thermisches SchneidenTeil 1 Allgemeine Begriffe und Benennungen (11/87)Teil 2 Ermitteln der Gte von Schnittflchen (11/87)Teil 4 Plasmastrahlschmelzsch
36、neiden; Verfahrensgrundlagen, Gte, Maabweichungen (11/87)Te 6 Einteilung, Verfahren (2/91)DIN 8518 Fehler an Brennschnitten und Plasmaschnitten (11/74)Geiger, M.: Strahlschneiden. In; Lange, K. (Hrsg.): Umformtechnik Handbuch fr Industrie und Wissenschaft, 2. Auflage,Band 3; Blechbearbeitung. Berlin
37、 usw.: Springer 1990B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-6- VDI2906 Blatt? Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1 994Insgesamt besteht die Richthnie VDI 2906 aus 10 Blttern:
38、Blatt 1: Schnittflchenquahtt beim 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
