Technisches Thema: Vermeiden Sie Entgraten beim Laserschneiden von Blechen

Jun 12, 2023

sandsun / iStock / Getty Images Plus

Die Präzisionsmetallfertigung geht beim Laserschneiden weit über die Maßeinheit Zoll pro Minute (IPM) hinaus. Klar, es wird immer wieder darüber geredet, dass einige der neuesten Systeme so schnell dicke Bleche durchtrennen, dass man es kaum glauben kann. Einige Teilnehmer der letzten FABTECH blickten durch die grün getönten Fenster von 20-kW-Faserlasermaschinen, nur um sicherzustellen, dass das, was sie auf den Fernsehbildschirmen neben der Maschine sahen, echt war. In Wahrheit ging es weniger um die Geschwindigkeit als vielmehr darum, wie sauber die Kanten waren.

Das Entgraten ist nach wie vor die Achillesferse der Schneid- und Biegeproduktivität. Ein Hersteller könnte tief in die Automatisierung eintauchen, mit automatisiertem Stapeln von Teilen nach dem Schneiden und automatisiertem Biegen über die Abkantpresse, Falzmaschine oder Plattenbiegemaschine. Dazwischen sortiert und beschickt jemand manuell Rohlinge, die entgratet werden müssen. Einige Fab-Shops verlassen sich darauf, dass der Laserbediener je nach Schnittkantenqualität und Arbeitsanforderungen sortiert, welche Rohlinge entgratet werden müssen und welche nicht.

Auf dem Markt entstehen Entgratungsmaschinen mit Roboterantrieb, so dass automatisierte Optionen verfügbar werden. Die beste Lösung besteht jedoch darin, zunächst eine gratfreie Kante zu erzielen.

Heutige Faserlaserstrahlen bieten verschiedene Leistungsdichteprofile sowie oszillierende Muster, um bessere Schnittkanten zu erzielen. Auch neue Hilfsgasmischungen tragen zur Verbesserung der Kanten bei. Bei all dieser neuen Technologie hilft es jedoch, genau zu verstehen, was eine gratfreie Schnittkante ausmacht. Grate oder Schlacken entstehen, wenn geschmolzenes Metall aus der Schnittfuge erstarrt, bevor es evakuiert werden kann.

Es kommt darauf an, zu wissen, wie das Hilfsgas, der Strahl (einschließlich seines Fokus) und das Material interagieren. Ein zu hoher Fokuspunkt in der Materialstärke hinterlässt stachelige Schlacke; Auch hier schmilzt das Metall und versucht zu entweichen, „friert“ dann aber in der Nähe des Bodens, bevor das Hilfsgas die Möglichkeit hat, es aus dem Boden auszuspülen. Ein Fokuspunkt liegt zu tief im Material; Dicke kann zu geringeren Schnittgeschwindigkeiten und perlenartiger Bartbildung führen. Tief in der Schnittfuge vergraben, schmilzt der Fokus eine Menge Material, das wiederum vom Hilfsgas nur schwer rechtzeitig abtransportiert werden kann, bevor es am unteren Ende des Schnitts „einfriert“.

Der Fokuspunkt ist nur ein Teil der Gleichung; Der andere Teil ist das Unterstützungsgas. Mit dem Aufkommen der Stickstofferzeugung in der Werkstatt und ultrahoher Laserleistungen verlassen sich mehr Betriebe als je zuvor beim Schneiden auf Stickstoffunterstützungsgas, anstatt sich mit den Oxiden zu befassen, die beim Sauerstoffschneiden übrig bleiben. Einige verwenden jetzt eine Hilfsgasmischung, beispielsweise Stickstoff mit einer Prise Sauerstoff, während andere ultratrockene Werkstattluft verwenden (wiederum Stickstoff mit einer Prise Sauerstoff). Spezifische Hilfsgase führen zu spezifischen Ergebnissen, aber die Idee besteht darin, die Temperatur innerhalb des Schnitts zu erhöhen, um dem geschmolzenen Metall Zeit zum Entweichen zu geben, was zu einer sauberen Schnittkante führt – oder zumindest einer, die so sauber ist, dass kein Entgraten erforderlich ist. Einige berichten, dass solche Mischungen den sogenannten Fasergrat beseitigen, selbst bei schlackeempfindlichen Materialien wie Aluminium.

All dies wirkt sich auf die Schnittgeschwindigkeit aus. Beispielsweise kann ein Gasgemisch die Temperatur bis zu einem gewissen Grad erhöhen, aber eine Verlangsamung der Schnittgeschwindigkeit erhöht auch die Temperatur – manchmal in extremem Maße. Wenn Sie den Weg zu stark verlangsamen, beginnt der Laser, das Metall abzutragen oder zu verdampfen, was wiederum die Strömungsdynamik des Hilfsgases stört und wiederum zu Schlacke führt. In diesem Fall verringert eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit die Wärme und die daraus resultierende Ablation geringfügig, sodass das Hilfsgas wie vorgesehen durch die Schnittfuge strömen kann.

Auch das Düsendesign spielt eine Rolle, ebenso wie die Konsistenz des Gasflusses im gesamten System und natürlich die allgemeine Systemwartung. In Zeiten hoher Laserleistung ist eine gleichmäßige Lamellenreinigung wichtiger denn je. Ein leistungsstarker Faserlaser kann außerordentlich schnell schneiden, bis ein geschnittenes Stück zu klebrigen Lamellen verschweißt wird – ein Rätsel, das in einer automatisierten Umgebung noch problematischer wird.

Natürlich werden Maschinen zum Entgraten flacher Teile niemals den gleichen Weg gehen. Einige Teile müssen eine bestimmte Maserung aufweisen. Einige Teile benötigen Mikrolaschen, um die Schnittstabilität zu gewährleisten, insbesondere bei Stanzanwendungen mit „Blechbewegung“ wie Stanz- und Stanz-/Laser-Kombimaschinen. Manche Anwendungen erfordern abgerundete Kanten, die ein Laser einfach nicht erzeugen kann. Und manche Teilegeometrien sind für jeden Laser einfach eine Herausforderung, perfekt zu schneiden.

Unabhängig davon gilt: Je vorhersehbarer das Laserschneiden wird, desto besser. Außerordentlich schnelles Schneiden ist großartig, aber Zoll pro Minute bleibt nur ein Teil des Effizienzpuzzles. Gratfreies Schneiden ist ein weiteres Stück. Ein weiterer sekundärer Prozess ist das Schneiden von hochwertigem, laserflachem Material, das sich nach dem Schneiden nicht stark verbiegt und verformt, sodass eine Nivellierung der Teile erforderlich ist.

Beim Stanzen in der Metallverarbeitung geht es vor allem um Kompromisse. Manchmal ist das Entgraten und Nivellieren von Teilen einfach unvermeidlich. Allerdings betrachten immer mehr Betriebe das Schneiden ganzheitlich. Sie kümmern sich nicht darum, wie viele Zentimeter pro Minute geschnitten werden. Sie machen sich Sorgen darüber, wie viele Teile sauber geschnitten, gestapelt und zum Biegen oder dem nächsten nachgelagerten Prozess transportiert werden können. In diesem Sinne ist das Stanzen erst wirklich „vollständig“, wenn der nächste große Prozess – sei es Biegen, Schweißen, Beschichten oder irgendetwas anderes – diese geschnittenen Teile übernehmen und mit ihnen weiterlaufen kann.

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Quelle: Air Liquide