Plasmateile richten & verzugsarm Streifen schneiden

Richten von Plasmateilen

3mm autogen geschnittenes S235 — Stahl S235, Dicke 3 mm, autogen geschnitten - durch thermischen Einfluss verbogen

Plasmazuschnitte können nach dem Schneiden verzogen sein, so dass ein Richten der Brennteile erforderlich ist. In der Praxis kann es vorkommen, dass ein mit Plasma geschnittenes Teil trotz Richten, nachher noch immer krumm ist. Das kann mehrere Ursachen haben und welche Einflüsse dafür verantwortlich sind, stellen wir vor.

Was sind die Ursachen für thermischen Verzug?

1. Zu hohe thermische Energie

Beim Plasmaschneiden wird zu viel thermische Energie in das Material eingebracht, die nicht "abfließen" kann.

Bei Konturschnitten vieler Kleinteile ist eine weitere häufig bevorzugte Methode das Versetzen der Schneidbahnen, d.h. man schneidet zunächst am Anfang der Blechtafel, doch nach ein paar Zuschnitten verfährt die Schneidanlage an das Ende oder die Mitte der Blechtafel und führt an anderer Stelle weitere Schneidarbeiten aus. Nach wenigen Schnitten kommt die Schneidanlage wieder zum Ausgangspunkt zurück und fährt dort mit der Arbeit fort, u.s.w.

Durch diese Verschiebung der Schneidarbeit bekommt das Blech immer wieder Zeit sich abzukühlen und so die thermischen Spannungen abzubauen. Es kostet zwar ein wenig Verfahrzeit, jedoch ist die Chance auf Einsparung von Verwerfungen durch geringeren Verzug sehr reizvoll.

Verwerfungen des Plasmateils, nachdem der Zuschnitt gerichtet wurde

Ist ein Teil verworfen obwohl es gerichtet wurde, kann dies mehrere Ursachen haben:

Unterrichten

Ist die Krümmungsrichtung (Beule) nach dem Richten die gleiche wie vor dem Richten, dann wurde die Richtmaschine am Einlauf zu schwach eingestellt. Man spricht dann von einer Unterrichtung. Dieser Fehler kann mit einem weiteren Richtmaschinen-Durchlauf mit stärkerer Zustellung am Einlauf behoben werden.

Überrichten

Ist das Blechteil in der gegensätzlichen Richtung wie vor dem Richten gekrümmt, dann wurde logischer weise die Richtmaschine zu stark eingestellt, dies nennt man überrichten. Hier empfiehlt es sich, den Auslaufwert der Blechdicke des zu richtenden Teiles etwas schwächer einzustellen und gegebenenfalls auch den Einlaufwert etwas abzuschwächen.

Nicht richtbar

Es kommt aber auch vor, dass ein Blechteil gar nicht erst zu richten ist, vor allem dann, wenn das Material gar nicht die Bedingungen des Richtens erfüllt. In diesem Fall muss geprüft werden, ob es andere Maßnahmen zum Richten gibt, z.B. Flammrichten, Richten mit einer Presse.

Zufällige Verwerfungen durch Verspannungen

Manche Brennteile haben sich beim Transport selber gerichtet - durch die Erschütterungen am LKW hat sich das Material entspannt und ist unbestimmt begradig worden. Jedoch ist dies nicht vorhersagbar und daher auch kein Verlass. Wir hörten auch vom umgekehrten Fall, dass gerades, planes Material nach dem Transport zum Besteller verworfen und verzogen angekommen war - auch dies ist möglich.

Daraus folgt: Stahl besitzt eine Eigendynamik, sein Eigenleben und ist nicht immer so einfach zu beherrschen, wie es auf den ersten Blick erscheinen mag.

Wie schneidet man Streifen?

10mm Aluminium mit Wasserinjektions-Plasma geschnitten

Das große Problem beim Streifenschneiden liegt im Verzug des Materials durch Einbringung von Energie in Form von Hitze durch den Plasma- oder Autogen-Schneidprozess. Das Material dehnt sich aus, so dass bei langen Streifenschnitten diese sich verziehen. Diese Problem findet auch in der DIN EN ISO 9013 Berücksichtigung. In den dort beschriebenen Genauigkeitstabellen werden nur Zuschnitte von Streifen im maximalen Verhältnisse von 4 zu 1 definiert, d.h. das Verhältnis von Länge zu Breite des Bauteils beträgt 4 zu 1. Die Norm ist für größere Verhältnisse nicht mehr definiert, da der thermische Verzug auch beim Plasma ungeahnte Dimensionen annehmen kann.

Fünf Methoden um lange Streifen verzugsarm zu schneiden

In der Praxis müssen Streifen manchmal auch mit Verhältnissen von 100 zu 1 geschnitten werden, z.B. 100 mm Breite und 10.000 mm Länge! Was ist zu tun, wenn nicht einmal mehr die DIN dabei Auskunft gibt? Lösungsvorschlag:

Die Wärme muss abgeleitet werden!

Hierzu bieten sich verschiedene Methoden an:

Methode 1: Schneidverfahren mit geringerem thermischen Einfluss

Das Plasmaverfahren ist hierbei vorteilhafter als Autogen, weil Autogenbrenner wesentlich mehr thermische Energie in das Material einbringen, der Verzug ist also bei Plasma geringer. Plasma durchtrennt das Material wesentlich schneller als der Autogenbrenner dies vermag, so dass über den Faktor Zeit mehr Energie in das Material eingebracht wird.
Nachteil: Je nach Materialsorte und Dicke ist ein Wechsel des Verfahrens nicht möglich!

Plasma reicht als Problemlöser bei bestimmten Anforderungen noch nicht aus.

Methode 2: Schneiden unter Wasser

Schneiden unter oder auf Wasser: Wasserbrenntische mit regulierbaren Wasserspiegel reduzieren den Verzug des Materials, weil sich hier die eingebrachte Energie besser im Wasser ableiten läßt. Nachteil: Verlust von ca. 10-15% der Plasmaenergie durch das Wasser, d.h. langsamere Schnitte und die maximale Schnittdicke nimmt ein wenig ab. Weiterer Nachteile: Man erhält nasse Brennteile, die darüber hinaus durch die schnellere Abkühlung ein gröberes Schnittbild besitzen.

Methode 3: Gleichzeitiges Schneiden mit zwei Brennern

Schneiden von zwei Seiten: Die Schnittreihenfolge wird bei Erstellung des CNC-Programms so geändert, dass der Brenner den Streifen mal von unten, mal von oben beginnend schneidet. Unten, oben meint hier die Endlagen des Maschinenbetts, quasi mal bei Koordinate 0 und mal beim Maxwert beginnend. Dabei wird die Hitze besser verteilt. Außerdem wird der Anstich immer so gewählt, dass das Material sich frei schneiden und damit ausdehnen kann. Nachteil: Lange Bearbeitungsdauer, mehrere Einstiche erforderlich sowie eine spezielle Maschine.

Methode 4: Mehrfachbrenner

Bei Plasma/Autogen werden min. zwei Brenner gleichzeitig eingesetzt und beide Seiten des Streifens werden gleichzeitig geschnitten. Beim Autogenschneidprozess werden sogenannte Streifenbrenner eingesetzt.

Nachteil: Die minimale Streifenbreite ist abhängig von der baulichen Größe der Brennerwagen. Streifenbrenner, mit geringeren Abständen, sind nur bei Autogenverfahren möglich.

Methode 5: Optimiertes Plasmaverfahren

Hilfreich kann der Einsatz eines speziellen Verfahrens sein, dass mit Wasser-Injektionsplasmen oder anderen dafür geeigneten Plasmabrennern, die als Sekundärmedium Wasser in den Plasmastrahl einmischen und so für eine hohe Wärmeabfuhr im Schnitt sorgen. Durch die Wasserbeimischung wird die Hitze an den Schnittkanten besser abgeleitet, das Material zeigt nur geringe Verwerfungen auf.

Bei einem Unternehmen in den Niederlanden haben wir erlebt, wie mit einem solchen Verfahren Streifen von zehn Meter Länge und zehn Zentimeter Breite in zehn Millimeter dickem Aluminium geschnitten wurden, deren Ungenauigkeit für den Endkunden nicht wahrnehmbar war - ein exzellenter Schnitt.

Bildbeispiele für Streifenschneiden mit dem Plasmabrenner

Fragen aus der Schneidbranche zum Thema:

FAQ Plasma Verzug

Wie schneidet man Streifen mit Plasma/Autogen?

Problembeschreibung:

Das Problem liegt im Verzug durch Einbringung von Energie in Form von Hitze durch den Plasma- oder Autogen-Prozess. Das Material dehnt sich aus, so dass bei langen Streifenschnitten diese sich verziehen.

Diese Problem wird in der DIN ISO 9013 dadurch berücksichtigt, dass die Genauigkeitstabellen nur für max. Streifenverhältnisse von 4 zu 1 definiert sind, d.h. das Verhältnis von Länge zur Breite des Bauteils beträgt 4 zu 1. Doch in der Praxis müssen Streifen auch mit Verhältnissen von 100 zu 1 geschnitten werden, z.B. 100 mm breit und 10.000 mm lang! Was tun?

Antwort:

1. Verwenden eines Wasserbrenntisches, der für ausreichende Kühlung des Materials sorgt.

2. Schneiden Sie die Streifen von beiden Seiten. Die Schnittreihenfolge wird bei Erstellung des CNC-Programms so geändert, dass der Brenner den Streifen mal von unten, mal von oben beginnend schneidet (mit unten und oben sind die Seiten des Streifens gemeint, nicht die Blechtafelseiten!). Dabei wird die Hitze besser verteilt.

3. Außerdem muss der Anstich immer so gewählt werden, dass das Material sich frei schneiden, also ausdehnen kann. Nachteil: Lange Bearbeitungsdauer, mehrere Einstiche erforderlich, ...

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