Thema der Masterarbeit

Optimierung der Schneidstrahlablenkung beim Hochdruckwasserabrasivinjektorstrahlschneiden

Motivation

Im Allgemeinen sind Fertigungsanlagen für Kosten, Qualität und Zeit der hergestellten Produkte ausschlaggebend. Stetig wächst die Anforderung an den Maschinen sowie deren Verfahren um eine bessere Effizienz zu erreichen und die Qualität zu steigern. Etliche Potenzial, an dieser Stelle beispielhaft die Prozesssicherheit genannt, müssen noch weiter verbessert werden um eine höhere Produktivität zu erreichen.

Hintergrund

Die hohe Flexibilität die der Wasserstahl ausmacht, ist die Bearbeitung von nahezu allen Materialien und tiefen Schnitten. Während beim Laser nur Stärken bis ca. 20mm wirtschaftlich möglich sind, stellt dies für die HWSSA kein Problem dar. Desweitern kann der Schneidkopf auch 3D-Aufgaben bewältigen und komplexere 2D-Konturen bearbeiten. Letztlich kommen ausschließlich recyclebare und ungiftige Stoffe als Betriebsmittel zum Einsatz. [8] Das Wasser kann als Abfallprodukt nach der Filterung von Materialrückstände und Abrasivmittel der örtlichen Kanalisation zugeführt werden.

Trotz der vielen Vorteile die das Wasserstrahlschneiden mit sich bringt, gibt es dennoch Verfahrensgrenzen, die nicht komplett eliminiert werden können. Den größten Einfluss haben dabei folgende Schneidparameter, die das Ergebnis des Schnittes, also die Qualität der Schnittkante beeinträchtigen:

  • Wasserdruck
  • Menge & Art des Abrasivmittels
  • Düsendurchmesser
  • Vorschubgeschwindigkeit
  • Prozesssteuerung
  • Abstand zum Werkstück
  • Verwendetes Material
  • Materialdicke

 

Einer der größten Faktoren bei der Schneidqualität bildet der Strahlnachlauf, auch als Jetlag bekannt. Ein Wasserstrahl sucht stets den geringsten Weg des Widerstands. Wird also ein Werkstück mit zunehmender Tiefe geschnitten, weicht der Strahl in den bereits geschnittenen Schnittspalt aus. Der Strahleintritts- und Strahlaustrittspunkt wird somit verschoben und es ergibt sich das typische Schnittkantenbild mit schräg verlaufenden Rillen. Je höher die Vorschubgeschwindigkeit bei gleichbleibendem Wasserdruck gewählt wird, desto stärker bildet sich der Nachlauf des Wasserstrahls aus.[1][2]

Problemstellung / Ziele

Bei den Wasserstrahlschneiden führen verfahrenstechnisch nicht vermeidbare Strahlablenkungen zu Schneidfehler, die die Schnittqualität beeinträchtigen. Renommierte Firmen von HWSSA greifen auf Erfahrungswerte aus vergangenen Schneidversuchen (Schneidparameter) in Datenbanken zurück und implementieren diese in ihre Software, um akzeptable Qualitäten zu erreichen. Problematisch dabei ist, dass aufgrund wechselnder Bedingungen im Verlauf des Schnittes diese Vorgaben oft nicht optimal und damit nicht wirtschaftlich sind, bedingt durch mehrlagige oder inhomogene Materialien bzw. Werkstoffe und ggf. die damit verbundene, komplexe Schneidkontur.

Ziel dieser Arbeit soll die Umsetzung und Optimierung eines Konzeptes zur Regelung der Strahlablenkung mit Rückführung eines kontinuierlichen Korrekturwerts sein. Augenmerkmal liegt dabei auf der Optimierung des Regelkreises für die Kompensation des Strahlnachlaufs. Darunter gliedert sich die Adaption eines Regelkreises zur Korrekturwertberechnung, Untersuchung und Konzeption der Korrekturwerterückführung in die Robotersteuerung sowie Schneidversuche mit Auswertung.

Literaturverzeichnis

[1]  Hochrein, J : Aktive 3D-Bahnregelung beim robotergeführten Hochdruck-Wasserabrasivinjektorstrahlschneiden : Aschaffenburg, Hochschule Aschaffenburg, Masterarbeit, 2014

[2]  Kolb, Marcel (2006): Wasserstrahlschneiden. Materialbearbeitung mit einem Hochdruckwasserstrahl. München: Verl. Moderne Industrie (Die Bibliothek der Technik, Bd. 295)

Stand: 12.01.2015