Den richtigen Mikro-Wasserstrahl für Hightech-Keramikteile finden
Technische Keramik & Mikrowasserstrahl – Teil 2
Im Wettbewerb um eine CERN-Ausschreibung suchte das spanische Unternehmen Nanoker Research S.L. auf der ganzen Welt nach dem richtigen Maschinenlieferanten. Als Spezialisten für technische Keramik mussten sie eine Maschine finden, die feine Präzisionsteile mit der Wasserstrahlschneidtechnologie ausschneiden kann. Eine Suche, die sie nach Skandinavien führte.
Wie kam es zu der Zusammenarbeit?
Im Herbst 2022 wurde Water Jet Sweden von Alain Lennquist, CEO von KG Fridman AB, dem skandinavischen Vertreter von Nanoker Research S.L., kontaktiert. Sie benötigten einen Kostenvoranschlag für wasserstrahlgeschnittene Teile aus einem neuen technischen Keramikmaterial und schickten die technischen Spezifikationen der Teile ein.
Herr Tony Rydh, Gründer und CTO von Water Jet Sweden, mit mehr als 40 Jahren Erfahrung im Wasserstrahlschneiden, erzählt die Geschichte:
– Wir erkannten schnell, dass diese Teile mit der Mikrowasserstrahltechnologie geschnitten werden mussten. Da es unmöglich ist, Berechnungen an einem völlig neuen Material ohne Testschneiden durchzuführen, haben wir uns an einen unserer Kunden in Schweden gewandt, der über eine Maschine verfügt, die speziell für das Mikrowasserstrahlschneiden entwickelt und gebaut wurde. Mit ihrer Maschine konnten wir einige Muster herstellen und Schnitttests durchführen, erklärt Herr Tony Rydh.
Kunde kürzlich eine High-End-Maschine NCM 10 Micro installiert, die mit dem neuen Alphajet TVL-Schneidwerkzeug ausgestattet. Da zum Erreichen der Anforderungen Mikroschneiden mit Winkelausgleichskompensation benötigt wurde, war ihre Maschine perfekt für diese Aufgabe geeignet.
Wie kann man das Wasserstrahlschneiden für neues keramisches Material optimieren?
Die Tests verliefen erfolgreich und ein paar Monate später kehrte Alain Lennquist mit einer neuen Aufgabe zurück, die es zu lösen galt.
– Dieses Mal mussten wir spezifischer sein und haben einen „optimierten Zerspanbarkeitsindex“ für ihr Material entwickelt, sagt Herr Tony Rydh. Ein Maß, das zur Klassifizierung eines Materials und seiner Bearbeitbarkeit verwendet wird.
Um einen optimierten Zerspanbarkeitsindex zu erstellen, müssen Sie zunächst alle verfügbaren Werkzeugeinstellungen und Prozessparameter definieren, wie z. B. Druck, Menge des Abrasivmittels, Art des Abrasivmittels, Größe von Saphir und Fokussierdüse.
Man führt gerade Schnitte aus, bei denen in kleinen Schritten ein Parameter nach dem anderen anpasst wird. Die Einstellung, bei der die längste Distanz mit dem feinsten Schnitt entsteht, definiert den Index. Man kann es oft visuell erkennen, erklärt Herr Rydh.
Links – Zerspanungsversuche zur Erstellung eines optimierten Zerspanbarkeitsindex für den neuen keramischen Werkstoff. Rechts – Eines der Teile das mit der Mikro-Wasserstrahl-Technologie geschnitten wurde
Ein weiterer Vorteil der Index-Übung war die genaue Messung der Winkelabweichung. Mit diesen Messungen können Sie berechnen, wie viel Winkelausgleich Sie benötigen, um die Toleranzanforderungen zu erfüllen. In einer wasserstrahlspezifischen CAD/CAM-Software gibt es eine Liste von TVL-Schneidtabellen für die gängigsten Materialien. Aber wenn Sie ein völlig neues Material haben, müssen Sie Ihre eigenen Tabellen erstellen.
Nach Erhalt des Index wurde jede Zeichnung auf der Grundlage des Ausgangspunkts analysiert, wobei Oberflächen eine besonders feine Toleranz oder eine weniger wichtige Oberflächenrauheit erfordern, um das effizienteste Schneidprogramm für jedes Teil zu erstellen. Wenn Sie das Schneidprogramm auf diese Weise optimieren, wird die Gesamtschnittzeit erheblich verkürzt, was die Gesamtrentabilität verbessert.
Wer kann einen Mikro-Wasserstrahl mit TAC liefern?
Es gibt einige Hersteller von Wasserstrahlmaschinen auf der Welt, die verschiedene Arten von Mikroschneideanlagen anbieten, aber nach einigen Marktrecherchen zeigte sich, dass es nur zwei Anbieter mit der erforderlichen Technologie, d.h. Mikroschneiden mit Winkelausgleich gibt.
– Am Ende gab es nur zwei mögliche Lieferanten und beide kommen aus Skandinavien“, erzählt Herr Alain Lennquist. Aus diesem Grund wurde das Projekt von uns als skandinavischem Vertreter von Nanoker geleitet. Wir haben auch einen Wasserstrahllieferanten aus den USA evaluiert. Sie haben einen guten Vertreter in Spanien, konnten aber die grundlegenden technischen Anforderungen nicht erfüllen. Wir haben auch einen Lieferanten in der Schweiz ausfindig gemacht, aber es gab einige Unsicherheiten bei diesem Unternehmen, so dass wir uns entschieden haben, ihn nicht weiter zu verfolgen, erklärt Herr Lennquist.
Herr Alain Lennquist, CEO der skandinavischen Nanoker-Vertretung KG Fridman AB, leitete das Einkaufsprojekt
Gab es unterschiedliche Ansätze bei der Beschaffung?
Die Bewertung der beiden ausgewählten Lieferanten erfolgte mittels Testschnitten und Zeitstudien. Beide Unternehmen lieferten korrekte Teile, aber auf eine etwas unterschiedliche Art und Weise.
– Es ist einfach, 4-5 Teile herzustellen, aber Tausende von Teilen mit gleichbleibender Qualität herzustellen, ist etwas anderes“, erklärt Herr Tony Rydh von Water Jet Sweden. Ein hohes Volumen bedeute viel höhere Anforderungen sowohl an die Maschine als auch an den Fertigungsprozess, fährt Herr Rydh fort.
Um die Wiederholbarkeit sowohl der Maschine als auch des Schneidprozesses nachzuweisen, präsentierte Water Jet Sweden eine Vorserie von 400 Teilen anstelle von nur wenigen Teilen. Jedes zehnte Teil wurde im Elektronenmikroskop bewertet, wobei Toleranzen im Hundertstel-Millimeter-Bereich und der Ra-Wert für die Oberflächengüte gemessen wurden, um sicherzustellen, dass die Anforderungen erfüllt wurden.
– Bei der Skalierung des Volumens identifizierte unser Verfahren Variationen im Material. Dies half Nanoker auch, den eigenen Herstellungsprozess zu verfeinern und eine gleichbleibendere Qualität des keramischen Materials zu erreichen“, sagt Herr Tony Ryd.
Was wurde zur bevorzugten Mikromaschinenlösung?
Im Frühjahr 2023 wurde die Evaluierung abgeschlossen und die Wahl fiel auf Water Jet Sweden und die NCM-Micro-Maschine mit Alphajet TVL-Schneidwerkzeug.
Die Technologie für das Mikro-Wasserstrahlschneiden mit feinem Abrasivmittel wurde bereits 2009 im Werk von Water Jet Sweden in Ronneby entwickelt. Im Jahr 2014 brachten sie ihren eigenen Mikro-Wasserstrahl auf den Markt. Die NCM 10 Micro, eine Maschine für sehr präzises Wasserstrahlschneiden mit kleinen Toleranzen.
NCM 10 Micro, ein hochpräzises Schneidwerkzeug für feine Teile und Mikrobauteile
Die NCM 10 Micro hat im Vergleich zu herkömmlichen Wasserstrahlschneidmaschinen eine Reihe einzigartiger Eigenschaften:
- Sie ist für das feine, abrasive Wasserstrahlschneiden mit Abrasivmitteln von 230-240 Mesh und Fokussierdüsen in den Größen 200-400 Mikron ausgelegt.
- Sie verfügt über eine softwaregesteuerte Abrasivmitteldosierung, welche sich der Vorschubgeschwindigkeit anpasst, sowie Verstopfung und Füllstand im Behälter erkennt.
- Das Tischgestell besteht aus einem Epoxidharzbeton für hervorragende Steifigkeit, Genauigkeit und Absorption.
- Sowohl X- als auch Y-Bewegungssysteme verfügen über Renishaw Invar Messsysteme mit extrem niedrigem Ausdehnungskoeffizienten und hoher Auflösung.
- Sie verfügt über einen palettierten Schneidetisch mit einer Vielzahl von Befestigungsmöglichkeiten. Die Nanoker-Maschine wurde mit einer Reihe von Vorrichtungsrahmen ausgestattet, von denen einige heute optional verfügbar sind.
- Das Schneidbecken aus Edelstahl ist gummigelagert, um Vibrationen zu vermeiden und außerdem mit Kühlelementen ausgestattet, um die Wassertemperatur steuern zu können.
Alphajet TVL-Schneidwerkzeug und kundenspezifische Vorrichtungen
Darüber hinaus ist die Nanoker NCM 10 Micro mit dem neuen Alphajet TVL-Schneidwerkzeug ausgestattet, der nächsten Generation der Schneidwinkelkompensation.
– Wir sind stolz darauf, als Lieferant für dieses Projekt ausgewählt worden zu sein“, sagt Herr Tony Rydh. Wir bemühen uns, die erste Wahl für Kunden weltweit zu sein, die Lösungen für das Wasserstrahlschneiden suchen, bei denen hohe Qualität, hoher technischer Inhalt und hohe Servicestandards die Grundelemente der Entscheidung sind.
Im Herbst 2023 war es an der Zeit, die neue Micro-Wasserstrahlschneidstation am Standort Nanoker in Spanien zu implementieren und die Produktion schnell hochzufahren, um den hohen Volumenanforderungen des CERN gerecht zu werden. Lesen Sie mehr darüber in unserem nächsten Artikel: Technische Keramik & Mikrowasserstrahl, Teil 3 – Implementierung fortschrittlicher industrieller Mikrowasserstrahlverarbeitung.
https://www.waterjetsweden.com/
