Ein Leitfaden zum maschinellen Plasmaschneiden

Sep 17, 2023

Für viele selbstständige Verarbeiter begann ihre unternehmerische Reise mit einer Schweißstromquelle. Schweißkenntnisse sind auf Reisen, und ein unternehmungslustiger Mensch kann sie einsetzen, um ein Unternehmen zu gründen.

Dieser Trend scheint sich so schnell nicht zu ändern. Nach Angaben des US Bureau of Labor Statistics wird erwartet, dass die Zahl der Arbeitsplätze im Sektor „Schweißer, Schneider, Löter und Löter“ im Jahr 2026 auf 427.300 ansteigt, verglichen mit 404.800 im Jahr 2016. Davon werden 24.000 selbstständig sein, ein Anstieg 2.000 ab 2016. Es wird erwartet, dass der Unternehmergeist in der Metallverarbeitungsbranche auf absehbare Zeit lebendig und gesund bleibt.

Natürlich bringt jedes neue Geschäftsvorhaben die Herausforderung mit sich, das Unternehmen auszubauen. Die meisten dieser Werkstätten werden versuchen, dies zu erreichen, indem sie größere Schweißkonstruktionen oder mehr Produktionsarbeiten übernehmen. Vor diesem Hintergrund werden viele über eine Investition in maschinelles Plasmaschneiden nachdenken.

Um Kleinunternehmern oder solchen mit unternehmerischen Ambitionen zu helfen, können diese häufig gestellten Fragen und begleitenden Antworten dabei helfen, detailliert zu verstehen, was mit modernen Plasmaschneidfunktionen möglich ist.

Die Auswahl der Stromquellengröße hängt von den Anwendungen und dem Budget des Herstellers ab. Zu den wichtigsten Faktoren im Auswahlprozess zählen jedoch die Art und Dicke des zu schneidenden Materials.

Weitere Faktoren sind Anforderungen an die Schnittqualität, Anforderungen an die Lochqualität, Feinheiten des fertigen Produkts, sekundäre Prozesse, die gewünschte Produktionsrate (die Anzahl der benötigten Teile und die Geschwindigkeit, mit der sie hergestellt werden) und etwaige Abschrägungsanforderungen. (Beim Abschrägen muss das Material in einem anderen Winkel als 90 Grad durchtrennt werden, was aufgrund des Winkels die Materialdicke erhöht, die durchtrennt wird.)

In den letzten Jahren wurden bedeutende Fortschritte in der Plasmaschneidetechnologie gemacht, die die Schnittqualität von Plasma bei Weichstahl, Edelstahl und Aluminium neu definieren. Das Plasmaschneiden bietet mittlerweile umfangreiche Möglichkeiten zum Schneiden von Edelstahl und Aluminium für viele Anwendungen. Beispielsweise bietet eine der neueren Plasmastromquellen jetzt die Möglichkeit, drei Gase – Argon, Wasserstoff und Stickstoff – zu mischen, was beim Schneiden von Edelstahl und Aluminium zu einem besseren Ergebnis führt.

Die Tischgrößen können je nach Bedarf des Herstellers stark variieren, von klein (4 x 4 Fuß) bis groß (30 x 200 Fuß).

Zu den Faktoren, die bei der Auswahl der Tischgröße berücksichtigt werden müssen, gehören die Größe der Materialplatte/Blech, die Durchsatzanforderungen (Doppeltisch oder eine andere Konfiguration zum Laden mehrerer Blätter/Platten) und Be-/Entlademethoden. Ein sehr wichtiger Aspekt ist auch der Platz, der in der Werkstatt oder Produktionsstätte zur Verfügung steht.

Für die meisten Zwecke haben Hersteller die Wahl zwischen zwei Arten von Tischen: Downdraft-Tischen und Wassertischen. Ablufttische sind typischerweise in Zonen unterteilt, die sich je nach Bedarf öffnen und schließen lassen, damit ein Rauchabsaugsystem den Rauch aus dem Schneidbereich absaugen und ihn filtern oder aus dem Raum ableiten kann. Wassertische verfügen oft über eine interne Blase, die es ermöglicht, den Wasserstand je nach den jeweiligen Schnittanforderungen zu erhöhen und zu senken. Darüber hinaus sind für Wassertische keine zusätzlichen Geräte zur Rauchabsaugung erforderlich, wie für Absaugtische. Es wird nicht empfohlen, Aluminium (insbesondere Aluminium-Lithium-Legierungen) mit einem Wassertisch zu schneiden.

Die Erfassung der Rauchabsaugung sollte gleichzeitig mit dem Schneidtisch erfolgen.

Grundwassertische fangen Rauch, Staub, Schmutz, Partikel und Schlacke im Wasser ein. Dadurch wird die Schlacke gekühlt und verhindert, dass Rauch und andere Partikel in den Arbeitsbereich gelangen. Während des Schneidvorgangs werden die Dämpfe und Partikel durch kinetische Energie in das Wasser gedrückt.

Ablufttische entfernen den Rauch vom Arbeitsplatz, indem sie den Rauch nach unten in die Rohrleitungen im Tisch ziehen und ihn dann einem Rauch-/Rauch-/Staubsammler zuführen. Dieser Sammler filtert den Rauch und stößt die gefilterte Luft aus.

Ablufttische und Rauch-/Rauch-/Staubsammelsysteme sind mit Mindestanforderungen an die Abdeckung ausgelegt und müssen daher entsprechend dimensioniert werden. Die Größe eines Kollektors hängt vom erforderlichen Luftstrom ab, um die Dämpfe und Partikel einzudämmen. Die Schlüsselfaktoren bei der Größe des Kollektors sind die Größe des Tisches, die Menge an Rauch/Rauch/Staub, die gesammelt werden muss, und das zu schneidende Material.

Beispielsweise erfordert ein breiterer Tisch einen stärkeren Luftstrom, um die Partikel zu entfernen. Aggregate mit größerer Stromstärke und Maschinen, die mit mehreren Brennerköpfen schneiden, erzeugen mehr Rauch. Unterschiedliche Materialien erzeugen unterschiedliche Arten von Partikeln, beispielsweise sechswertiges Chrom aus Edelstahl.

Aufgrund dieser Variablen ist es für den Hersteller wichtig, beim Kauf des Schneidetisches die richtige Kollektorgröße und das beste Filtermedium für die Anwendung zu berechnen.

Eine Person, die mit dem Schneidprozess vertraut ist, kann mit entsprechender Anleitung (z. B. Webinaren, Tutorials und Präsenzunterricht) in kurzer Zeit die Grundlagen der CNC-Programmierung erlernen. Diese Grundlagen können in ein paar Tagen erlernt werden. Wie bei jedem Prozess werden der Programmierer und der Bediener im Laufe der Zeit je nach Interesse, Neugier und Übung immer mehr Details erlernen.

Schneidmaschinen erfordern gemäß den Empfehlungen des Herstellers eine regelmäßige Reinigung, Schmierung und Flüssigkeitskontrolle, und auch ihre Stromquellen und Steuerungen erfordern laut Hersteller eine regelmäßige Wartung. Es wird dringend empfohlen, ein jährliches vorbeugendes Wartungsprogramm an der Schneidemaschine durchzuführen, um ihre Langlebigkeit sicherzustellen. Diese Themen sollten bei jeder Maschineninstallation eingehend behandelt werden.

Geeignetes Material. Der Autogenschneidprozess erhitzt das Metall auf eine Temperatur, bei der es sich spontan entzündet und ein Hochdruckstrom aus reinem Sauerstoff das Metall oxidiert und wegbläst. Da Eisenoxid bei einer niedrigeren Temperatur schmilzt, funktioniert dies gut mit Kohlenstoffstahl.

Oxyfuel funktioniert jedoch nicht mit Edelstahl, da dieser nicht oxidiert. Aluminium schmilzt bei einer höheren Temperatur, daher ist Autogenbrennstoff keine gute Wahl zum Schneiden dieses Materials.

Plasma schneidet Stahl, Edelstahl und Aluminium.

Betriebskosten. Beim Autogenschneiden werden Brenngase und Sauerstoff zum Schneiden von Metallen verwendet. Die am häufigsten verwendeten Brenngase sind Erdgas (LPG) und Acetylen, aber auch Propan, Wasserstoff und sogar eine Kombination davon können verwendet werden. Im Allgemeinen liegen die Kosten pro Kubikfuß für Erdgas und Sauerstoff deutlich unter denen für die beim Plasmaschneiden verwendeten Gase.

Darüber hinaus sind die anfänglichen Einrichtungskosten für den Autogenbrenner, die Schläuche und den Heber in der Regel geringer als für das Plasmaschneidsystem. Nach der Installation sind Verschleißteile für Autogenbrenner im Allgemeinen günstiger zu ersetzen als Plasma-Verschleißteile.

Geschwindigkeit. Im Allgemeinen wird das Autogen-Schneidsystem verwendet, wenn die Anforderungen an die Schneidkapazität die Kapazität einer Plasmastromquelle übersteigen. Bei Materialien mit einer Dicke von mehr als 2 bis 3 Zoll ist Autogenschneiden die erste Wahl. Bei komplizierteren Teilen aus dünnerem Stahl (sowie bei Edelstahl und Aluminium) wäre die Plasmaschneidanlage die beste Wahl.

Wenn man Schnittgeschwindigkeit und Produktivität vergleicht, ist das Plasmaschneidsystem viel schneller als ein einzelner Autogenbrenner bis zu 2,5 bis 2,75 Zoll. Autogenbrenner hat relativ langsame Schnittgeschwindigkeiten.

Piercing. Das große Unterscheidungsmerkmal ist das Lochen bis zu 2 Zoll. Plasma kann kein Produktionslochen über 2 Zoll durchführen. Beim Lochen unter 2 Zoll ist Autogenbrennstoff jedoch extrem langsam. Zum Beispiel das Einstechen in 1,25 Zoll. Das Erhitzen einer Stahlplatte mit Autogenbrennstoff dauert etwa 20 bis 25 Sekunden. Plasma dauert nur etwa 1 bis 2 Sekunden.

Der Hauptnachteil von Autogen ist das langsame Durchstechen. Wenn das vom Hersteller hergestellte Teil weniger als 2 Zoll dick ist und viele Löcher zum Bohren benötigt werden, ist Plasmaschneiden die beste Wahl.

Die wichtigste Erkenntnis ist, dass Autogen eine kostengünstigere Option sein kann, wenn mehrere Köpfe zum Schneiden von dickerem Kohlenstoffstahl verwendet werden, wenn das gleiche Muster parallel geschnitten werden kann. Dies gilt nur, wenn in Material mit einer Dicke von bis zu 2 Zoll viel gestanzt werden muss.

High-Definition-Plasma (HD) ist ein fortschrittliches Schneidverfahren, das eine höhere Schnittqualität und Winkligkeit sowie schnellere Schnittgeschwindigkeiten als herkömmliche Plasmaschneidtechnologie für Materialien mit einer Dicke von bis zu 2 Zoll liefert. Dies ist aufgrund einer Düsenkonstruktion möglich, die zu einem engeren Schneidbogen führt.

Ein HD-Plasmaschneidsystem ermöglicht in Kombination mit einer CNC-Maschine und Software eine höhere Automatisierung. Diese Automatisierung ermöglicht es Maschinenbedienern mit unterschiedlichem Erfahrungs- und Fachwissen, die Maschine zu bedienen und hervorragende Schnitte zu erzielen.

Ja, hochauflösendes Plasma kann dazu beitragen, Nachbearbeitungen vor dem Schweißprozess zu vermeiden. Luftplasmasysteme hinterlassen eine Nitridkante, HD-Systeme dagegen nicht. Dadurch muss ein Verarbeiter die Schnittkante nicht nachträglich schleifen. Kantenschnitte können nahezu bartfrei erfolgen und Löcher weisen nur eine geringe oder gar keine Verjüngung auf.

Wenn HD mit CNC-Automatisierung verwendet wird, führen die Schnittqualität und die Konsistenz von Teil zu Teil zu einer Steigerung der Produktivität.

Mike Best ist Executive Vice President of Sales, Hornet Cutting Systems, 430 W. Clay St., Valley Center, KS 67147, 316-755-3683, www.hornetcs.com.