Schneiden von Nichteisenmetallen

Bevor man sich für eine bestimmte Lösung zum Metallschneiden entscheidet, sollte man prüfen, welche Materialstärken geschnitten werden sollen, welche Präzision erforderlich ist und natürlich auch wirtschaftliche Aspekte berücksichtigen.

Methoden zum Schneiden von Metallen

Das Schneiden von Metall ist nichts anderes als das Trennen des Materials. Ein ideal ablaufender Schneidprozess besteht darin, die atomaren Bindungen in der Schneidebene entlang einer bestimmten Linie zu trennen, ohne den physikalischen Zustand des Materials zu beeinträchtigen. Die zum Metallschneiden verwendeten Methoden unterscheiden sich hinsichtlich des Energieverbrauchs, der Prozessgeschwindigkeit, des Materialabtrags, der Wärmeeinwirkung auf das zu schneidende Werkstück und der endgültigen Qualität der bearbeiteten Kanten. Bei der Auswahl der für das Material geeigneten Schneidmethode sind folgende Faktoren zu berücksichtigen: Materialart, Dicke, Anforderungen an Qualität und Genauigkeit des Schnitts, Schnittzeit (Geschwindigkeit), Endbearbeitung, Preis der Anlage, Betriebskosten sowie Kosten für Verschleißteile.

Metallbearbeitung und -schneiden – grundlegende Werkzeuge

Den Schneidprozess lassen sich in drei Hauptkategorien unterteilen:

• Kaltbearbeitung – umfasst Verfahren, bei denen Späne entstehen, z. B. Bohren, Fräsen, Drehen
• Wärmebehandlung – dazu zählen Verfahren, bei denen kein Materialabtrag entsteht und das Schneiden durch Verdampfen oder Schmelzen des Materials erfolgt, z. B. Laserschneiden, Brennschneiden
• sonstige Bearbeitungsarten – alle Verfahren, die nicht unter die vorgenannten Kategorien fallen, z. B. chemische Strahlbearbeitung

Metallschneiden – Zerspanung nach Wasserstrahlschneiden

Die Geschichte der Metallbearbeitung reicht bis etwa 8 800 v. Chr. zurück. Seitdem hat die Menschheit mindestens einige wirksame Methoden zur effizienten Trennung dieses Materials entdeckt. Heutzutage wird in der Industrie am häufigsten das Schneiden

• Zerspanung – auch als Schneiden bezeichnet; für diesen Prozess werden gezahnte (Kreissäge- und Bandsägen) oder ungezahnte Sägen verwendet. Es wird vor allem von Herstellern von metallurgischen Erzeugnissen und Halbzeugen zum Schneiden von Rohren, Stangen und Profilen
• Stanzen – das Trennen von Metall unter Aufbrechen seiner Kohäsion, ohne Materialverlust. Man unterscheidet zwischen Ausschneiden, Abschneiden, Aufschneiden, Lochen, Besäumen und Einkerben. Das Stanzen erfolgt mittels der Schneidkanten eines Werkzeugs auf Pressen oder Scheren (Guillotine-, Roll- oder Hebelscheren).
• thermisch mit Sauerstoff – d. h. das Verbrennen von mit einer Gasflamme erhitztem Metall in einem Strom von reinem Sauerstoff, der das zu schneidende Metall sehr schnell oxidiert und überhitzt und die Produkte der Oxidationsreaktion sowie das flüssige Metall aus dem Schnittspalt ausstößt
• Lichtbogenschneiden – besteht darin, den Schnittspalt durch die Wärme eines Lichtbogens zu schmelzen oder auszubrennen, der frei zwischen der Elektrode und dem zu schneidenden Material glüht. Zum Lichtbogenschneiden zählen unter anderem das Plasmaschneiden und das Laserschneiden.

Moderne Verfahren – Laserschneiden

Zu den modernsten Verfahren zur Metalltrennung gehören Laserschneidmaschinen. Dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem das Material punktuell geschmolzen und eine dünne Schicht davon mithilfe eines Laserstrahls verdampft wird. Ein Strom aus reaktivem oder inertem Gas, der den Prozess unterstützt, bläst das flüssige Metall aus dem Schnittspalt. Um die erforderliche Wärmemenge im Spalt zu erzeugen, müssen geeignete Linsen und ein Spiegelsystem den Laserstrahl bündeln. Interessanterweise lässt sich der Laserstrahl sogar auf einen Durchmesser von 0,0025 mm fokussieren.
Für den Laserschneidprozess werden Festkörperlaser auf Neodym-Basis und CO₂-Gaslaser verwendet. Die Energiezufuhr erfolgt kontinuierlich oder gepulst. Als Begasungsgase kommen in der Regel Luft, Sauerstoff, Stickstoff und Argon zum Einsatz.
Das Laserschneiden zeichnet sich durch eine vollständige Automatisierung des Prozesses, ein hohes Maß an Genauigkeit und eine minimale Fehlerquote aus. Es hat das mechanische Schneiden verdrängt. Das Laserschneiden ist für den menschlichen Organismus und die Umwelt unbedenklich. Es garantiert eine hohe Wiederholgenauigkeit und Flexibilität bei der Umsetzung von Sonderaufträgen sowohl in der Serien- als auch in der Einzelfertigung. Aufgrund der Präzision, die der Laserstrahl bietet, ermöglicht das Schneiden mit dieser Methode die Massenproduktion von Teilen mit Sonderformen.

Vor- und Nachteile der einzelnen Metallschneidverfahren

Zur Metallbearbeitung können auch Wasserstrahlschneiden sowie Plasmaschneiden. Das erste Verfahren ist eine relativ junge Methode, die sehr schnell die Herzen der Anwender in der Industrie erobert hat. Sie zeichnet sich durch drei wesentliche Vorteile aus: die Möglichkeit, jedes beliebige Material zu bearbeiten, keine Einschränkungen hinsichtlich der Materialstärke sowie keine Verformungen durch Hitzeeinwirkung. Das Wasserstrahlschneiden ist ein sogenanntes Kaltverfahren, das auf der Nutzung der konzentrierten Energie eines stark komprimierten Wasserstrahls basiert, der durch eine Düse mit kleinem Durchmesser geleitet wird. Dadurch kann eine Strahlgeschwindigkeit erreicht werden, die sogar das Dreifache der Schallgeschwindigkeit übersteigt. Das Material aus der Schnittfuge wird durch Erosion und Scherermüdung abgetragen. Der einzige Nachteil der Wasserstrahlschneidetechnologie sind die relativ hohen Anschaffungskosten für die Schneidmaschine.
Eine Variante des Lichtbogenschneidens, die zur Metallbearbeitung eingesetzt wird, ist das Plasmaschneiden. Dabei wird stark ionisiertes Gas mit einer hohen Konzentration geladener Teilchen und hoher kinetischer Energie (d. h. ein Plasmabogen) genutzt, der zwischen einer nicht schmelzenden Elektrode und dem zu schneidenden Metall lodert. Dieses Verfahren kann für alle Stahlsorten sowie für Nichteisenmetalle eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, den Schneidvorgang unter Wasser durchzuführen. Das Plasmaschneiden wird vor allem wegen der hohen Schnittgeschwindigkeit, der geringen Wärmeeinflusszone, der schmalen Schnittfuge und der guten Schnittqualität geschätzt. Zu den Nachteilen zählen der hohe Lärmpegel, die Emission schädlicher Gase und Rauch sowie die starke Lichtstrahlung.
Eine Alternative zu diesen beiden Technologien ist der Einsatz einer Mischtechnologie. Die Firma Eckert verfügt über eine Lösung, die die Plasmaschneid- und die Wasserstrahlschneidtechnologie miteinander verbindet. Welche Vorteile ergeben sich daraus? Nun, bei der Metallbearbeitung kommt es häufig vor, dass nur ein Teil des zu schneidenden Werkstücks Kanten von höchster Qualität erfordert, während der Rest diese Anforderung nicht stellt. In diesem Fall nutzt die COMBO-Schneidemaschine von Eckert in einem einzigen programmierten Schneidvorgang Wasser für höchste Präzision und Plasma aufgrund der Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit. Sofern diese Lösung in Ihrem Unternehmen eingesetzt werden kann, senkt sie die Schneidkosten im Vergleich zum Laser- oder Wasserstrahlschneiden erheblich.

Um die richtige Lösung an Ihre Bedürfnisse anzupassen, bieten wir Ihnen vor dem Kauf einer Schneidemaschine die Möglichkeit, in unserem Werk praktische Schneidetests durchzuführen. Während dieser Testphase sind Sie herzlich willkommen und können sich selbst davon überzeugen, ob Ihre Erwartungen erfüllt werden können.