Lochqualität

Zahlreiche Fertigungsbetriebe investieren viel Zeit und Geld in die Nachbesserung von Werkstücken, die mit ihrer Plasmaanlage geschnitten wurden, um Bart zu entfernen oder ungenaue Abmessungen zu korrigieren. Wir werden im Folgenden die kritischen Prozessvariablen erörtern, die die Korrektheit der Abmessungen eines mit Plasmatechnologie gefertigten Werkstücks bestimmen. Die sorgfältige Kontrolle einiger Variablen ermöglicht es dem Bediener, Fehler bei den Abmessungen und die damit zusammenhängenden Nachbesserungskosten und Materialabfall zu minimieren oder zu eliminieren.

Kleine Löcher und komplexe Formen wie Schlitze, winklige Ecken und kleine Radien sind eine besondere Herausforderung für den PAC-Anlagen-Bediener. Wir werden für unsere Zwecke ein kleines Loch als jedes beliebige Loch definieren, dessen Durchmesser kleiner ist als die Materialstärke multipliziert mit dem Faktor 1,5. Es ist nicht nur schwierig, solche Formen mit konventionellen Anlagen sauber zu schneiden; auch Nachbesserungen an Teilen, die außerhalb der Toleranzbereiche liegen, sind äußerst schwierig. Das Reiben zu kleiner oder nicht-zylindrischer Löcher und das Schleifen in winkligen Ecken zur Entfernung von Bart ist weder schön, noch kostensparend.

Viele Werkstätten lösen diese Probleme, indem sie teure Schneidanlagen mit hohen Toleranzen oder noch teurere Laserschneidanlagen anschaffen. Es ist jedoch schon mit einer gut gewarteten Plasmaschneidanlage und einem konventionellen Brenner möglich, Schnitte zu produzieren, die mit nahezu hoher Toleranz produzierten Schnitten gleichkommen. Dazu ist eine sachkundige Programmierung und gute Kenntnis der Schnittqualitätsparameter erforderlich.

Schraubenlöcher müssen zylindrisch sein

Der Lochdurchmesser oben und unten sollte nahezu übereinstimmen, um die Passgenauigkeit von Loch und Schraube zu gewährleisten. Ein zentraler Parameter, der sich auf die Erzeugung der zylindrischen Form des Lochs auswirkt, ist die Schnittgeschwindigkeit. Der Programmierer gibt die Schnittgeschwindigkeit als Geschwindigkeit einer linearen Bewegung in Zoll pro Minute (Zoll/min) oder in Millimeter pro Minute (mm/min) ein. Doch beim Schneiden eines Kreises muss der Brenner langsamer werden, um sich dem Plasmalichtbogen anzupassen, der dann beim Schneiden nicht mehr senkrecht herabfällt, sondern nach hinten ragt. Die meisten CNC gleichen dieses Phänomen durch einen Algorithmus, der beim Lochschneiden eine niedrigere Geschwindigkeit anwendet, automatisch aus. Bei der so genannten „zentripetalen Begrenzung“ werden Radius, Brennerbeschleunigung und Mindest-Eckengeschwindigkeit berücksichtigt, um die tatsächliche Schnittgeschwindigkeit an eine kreisförmige Bewegung anzupassen. Der Programmierer oder Bediener ist unter Umständen in der Lage, die lineare Geschwindigkeit manuell zu erhöhen oder zu verringern und so die Geschwindigkeit bei der kreisförmigen Bewegung zu optimieren, um eine bessere zylindrische Formung zu erreichen. Dazu müssen für Schraubenlöcher unterschiedliche, niedrigere Geschwindigkeiten als für gerade Schnitte am gleichen Teil einprogrammiert werden.

Schnitthöhe oder Spannung

Die Schnitthöhe oder Spannung ist ein weiterer Parameter, der die Schnittqualität an Schraubenlöchern beeinflusst. Für kleine Löcher sollte die Schnitthöhe während des gesamten Schnitts konstant bleiben. Mithilfe einer spannungsgesteuerten Brennerhöhensteuerung (torch hight control, THC) wird die Schnitthöhe durch einen Spannungswert von gewöhnlich 100–180 V festgelegt. Je nach Reaktionsleistung der Anlage kann der Einsatz einer THC für kleine Löcher die Schnittleistung verschlechtern, statt sie zu verbessern. Es ist unter Umständen erforderlich, die THC beim Schneiden kleiner Teile zu sperren, um zu vermeiden, dass der Brenner zu hoch oder zu niedrig schneidet oder am Ende des Schnitts ins Werkstück „eintaucht“. Zum Sperren der THC, nach dem Lochstechen in den manuellen Modus wechseln oder die Programmierung des Teils ändern und dabei beim Schneiden von Löchern die Geschwindigkeitsverlangsamung an Ecken – ohne THC – festlegen. Neuere Brennerhöhensteuerungen mit einer besseren Reaktionsleistung können die Fehler durch eine falsche Schnitthöhe möglicherweise ausgleichen.

Programmierung von Ein- und Ausfahrten

Die Art und Größe von Ein- und Ausfahrten kann die Schnittqualität wesentlich beeinflussen, insbesondere bei Schraubenlöchern und Schlitzen. Zwei häufige Fehler sind Unebenheiten und Beulen. Unebenheiten entstehen, wenn der Lichtbogen am Ende des Schnitts zu viel Material entfernt. Wenn der Plasmalichtbogen die Einfahrtfuge – durch Entfernen des Materials am Anfang des Schnitts entstandene Stelle – kreuzt, wird er zum gespeicherten Teil übertragen und erzeugt eine kleine Delle, manchmal auch eine größere Einbuchtung. Das Loch wird dadurch unrund.

Eine Beule entsteht, wenn sich Ein- und Ausfahrt nicht ordnungsgemäß überschneiden. Das Material wird nicht vollständig aus dem Loch entfernt, sodass das ungeschnittene Material wie ein Höcker hervorragt und das Loch keine Schraube aufnehmen kann.

Es kann schwierig sein, die richtige Ein- und Ausfahrt zu ermitteln, um Unebenheiten und Höcker am Start- und Endpunkt zu minimieren. Der Bediener kann die richtige Kombination durch Probieren ermitteln. Im Allgemeinen produziert eine abgerundete Einfahrt mit einer sehr kleinen oder negativen Ausfahrt (negativer Überbrennwert) für das gespeicherte Teil das beste Loch. In einigen Fällen liefert eine kurze, gerade Einfahrt mit einer kleinen Ausfahrt (positiver Überbrennwert) ein besseres Ergebnis.

Die nach außen geschwungene Einfahrt ist ein spezielles Design, das beim Lochschneiden sehr wirkungsvoll sein kann. (Anmerkung: Das unterscheidet sich von der traditionellen Einfahrt mit Feststellung, die beim autogenen Brennschneiden, gewöhnlich aber nicht beim Plasmaschneiden, eingesetzt wird.) Dank der nach außen geschwungenen Einfahrt kann die Anlage die volle Geschwindigkeit erreichen und der Lichtbogen stabilisiert werden, bevor das Loch geschnitten wird, sodass die Anlagenbewegung während des gesamten Schnitts so nahtlos wie möglich ist.

Düsengröße und Stromstärke

Grundsätzlich wird mit einer kleinen Düse mit niedriger Stromstärke und einer langsameren Geschwindigkeit eine kleinere Fuge und ein präziserer Schnitt produziert.

So ist beispielsweise bei einer 200-A-Plasmaanlage die höchste Leistung (200 A, 2-mm-Öffnung, 3-mm-Fuge) möglicherweise nicht zum Schneiden kleiner Schraubenlöcher und komplexer Details geeignet.

Angenommen Sie möchten ein präzises Loch mit einem Durchmesser von 12 mm in unlegiertem Stahl mit einer Stärke von 12 mm schneiden. Beim Schneiden mit einer 100-A-Düse mit einer kleineren Öffnung von 1 1/2 mm, einer Fugenbreite von 2 mm und einer langsameren Schnittgeschwindigkeit wird ein weitaus präziserer Schnitt erreicht.

Um mit jeder beliebigen Düse das beste Schneidergebnis zu erzielen, sollte die gewählte Stromstärke immer zwischen 95–100 % des empfohlenen Wertes für die Düse liegen. Nachteil: Kürzere Standzeit der Verschleißteile und langsamere Schnittgeschwindigkeiten Vorteil: Ein nahezu fertiges Teil und minimaler Nachbesserungsaufwand

Anwendungsbeispiele für Plasmaanlagen mit hohen Toleranzen

Plasmaanlagen mit hohen Toleranzen zeichnen sich durch eine kleine Düsenöffnung und intensiven Schutzgaseinsatz aus, wodurch der Lichtbogen beschränkt wird. Sie produzieren einen Lichtbogen mit hoher Energiedichte und einer sehr schmalen Fuge, mithilfe derer komplexe Details und sehr kleine Löcher geschnitten werden können. Mithilfe von konventionellen Plasmaanlagen kann eine Schneidpräzision im Bereich von 0,76 mm erreicht und können Schnitte mit Fasen im Bereich von 3–5°, manchmal sogar mit einem Fasenwinkel von nur 1°, produziert werden. Mit Anlagen mit hohen Toleranzen kann mit einer Präzision von 0,25 mm und mit Fasen im Bereich 0–3° geschnitten werden. Sie können damit präzise Löcher mit einem Durchmesser von nur 4,76 mm schneiden.

Sechs Regeln für das Schneiden von Schraubenlöchern

• Verwenden Sie die kleinste empfohlene Düsengröße, um das Material zu schneiden und zum Lochstechen.
• Stellen Sie sicher, dass der Lichtbogen das Material während der Lochstech-Verzögerung vollständig durchbricht, bevor die Anlagenbewegung gestartet wird.
• Deaktivieren Sie die spannungsgesteuerte Brennerhöhensteuerung
• Verwenden Sie eine abgerundete oder geschwungene Einfahrt
• Programmieren Sie eine langsamere Schnittgeschwindigkeit
• Verwenden Sie eine kurze oder negative Ausfahrt für das gespeicherte Teil