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Auf neuen Wegen zum Erfolg

Spanlose fertigung: Wasserstrahlschneiden ersetzt spanende Verfahren
Auf neuen Wegen zum Erfolg

Per Wasserstrahlschneiden lassen sich fixfertige Werkstücke deutlich wirtschaftlicher herstellen als mit spanenden Verfahren wie dem Fräsen. Sowohl Materialkosten als auch Zeitaufwand sind wesentlich geringer.

Die aktuellen Diskussionen und Entwicklungen im Bereich der spanenden Verfahren sind geprägt von dem Ziel, in einer Maschine mit möglichst hoher Geschwindigkeit und möglichst geringen Rüstzeiten möglichst fixfertige Werkstücke herstellen zu können. Hochdynamische Komplettbearbeitung heißt das Zauberwort für mehr Wettbewerbsfähigkeit im internationalen Marktgeschehen.

So stehen derzeit mehrachsige Fräsmaschinen für die Fünf-Seiten-Bearbeitung ebenso hoch im Kurs wie Drehmaschinen, auf denen durch die Integration einer zusätzlichen B-Achse auch anspruchsvoll gefräst werden kann, oder Fräsmaschinen, die dank eines schnell rotierenden CNC-Rundtischs stattliche Drehleistungen realisieren können. Die Protagonisten der Szene blicken jedoch offensichtlich nicht über den Tellerrand. Wie sonst ist zu erklären, dass ein nachweislich lukratives Verfahren wie das Wasserstrahlschneiden in diesem Bereich noch immer auf den großen Durchbruch wartet?
Manch findiger Dienstleister hat gleichwohl die Möglichkeiten des Verfahrens erkannt und für sich erschlossen. Die Reihe der wirtschaftlichen Vorteile beginnt schon beim Materialeinsatz: Statt fertige Zuschnitte als Rohteile für die Zerspanung teuer einzukaufen, kann mit dem Wasserstrahl aus einem günstigen Standardformat heraus gearbeitet werden. Und statt eines rechtwinkligen oder runden Zuschnitts können mit dem Wasserstrahl die Rohteile selbst bei komplexen Geometrien bis nahe an die Endkontur gefertigt werden – teilweise sogar bis auf Endkontur.
In puncto Materialeinsatz gibt es weitere gravierende Vorteile: Da mit Standardformaten gearbeitet wird und das Wasserstrahlschneiden als kaltes Verfahren das Werkstoffgefüge nicht verändert, können die Rohteile auf der vorhandenen Fläche optimal verschachtelt werden. Zudem ist es bisweilen sogar möglich, in den eigentlichen Verschnitt der einen Rohteilgeometrie noch ein zweites Rohteil zu integrieren. Darüber hinaus können nicht nur Außengeometrien geschnitten werden, sondern auch innenliegende Geometrieelemente wie Bohrungen oder Ausbrüche.
Das heißt im günstigsten Fall, dass fixfertige Teile von der Anlage kommen, die mit keiner Fräs- oder Drehmaschine so schnell und günstig herzustellen sind. Dennoch wird es oft so sein, dass sich Wasserstrahl und Zerspanung die Arbeit an einem Werkstück teilen und letztere das Finishing übernimmt.
Welches Verfahren für welche Arbeiten eingesetzt wird, lässt sich primär aus den geldwerten und zeitlichen Effekten ableiten, die ein direkter Wirtschaftlichkeitsvergleich deutlich macht – beispielsweise anhand einer Seitenplatte, die als Fräsauftrag in einer Losgröße von zehn Stück zu produzieren ist. Dank der Schachtelmöglichkeit beim Wasserstrahlschneiden sind hier allein die Materialkosten um 40 % niedriger als beim Fräsen. Bei der direkten Gegenüberstellung zeigt sich, dass noch weitere Faktoren für den Einsatz des Wasserstrahlschneidens sprechen:
  • hohe Flexibilität,
  • kurze Einrichtzeiten,
  • hohe Materialflexibilität,
  • spannungsfreie Bearbeitung,
  • geringe Werkzeugkosten,
  • mehrlagiges Schneiden sowie
  • der Einsatz mehrerer Schneidköpfe.
Ausgangspunkt war in der Beispielrechnung für beide Aufträge ein DXF-File mit der Geometrie des Werkstücks aus Aluminium als Basis. Vor jeder Rechnung wurde zunächst noch der reine Zeitaufwand für die Produktion der zehn Werkstücke gestoppt – inklusive Programmierung, Rüstaufwand und Bearbeitung. Das Ergebnis mag die Fräser erschrecken: Während beim Fräsen allein schon für das Programmieren und Einrichten 42 min benötigt wurden, hat der Wasserstrahlschneider den kompletten Auftrag mit einem Werkzeug und einem Arbeitsgang bereits nach 32 min erledigt. Der Zerspaner benötigt hingegen sieben verschiedene Werkzeuge und neun Arbeitsgänge pro Teil sowie mit Ein- und Umspannen der Werkstücke noch weitere 104 min – also insgesamt 146 min – bis die zehn Teile auf der Werkbank liegen.
Dass er diese dann erst noch entgraten muss, während die wasserstrahlgeschnittenen Teile wirklich fertig von der Maschine kommen, und dass für die Fräsbearbeitung noch eine entsprechende Vorrichtung erforderlich ist, wurde bei diesem Direktvergleich nicht einmal berücksichtigt. Hinzu kommt, dass der Bediener einer Wasserstrahlschneidanlage weniger qualifiziert sein kann als der Kollege an der Fräsmaschine und weit weniger in die Prozesskette eingreifen muss, da keine Rohteile einzuwechseln sind. Letztlich reduzieren sich dadurch auch Personalbindung und -kosten.
Dieser Hinweis deutet bereits an, was eine anschließende Rechnung offensichtlich macht: Der Wasserstrahl ist nicht nur in vielen Fällen das weitaus schnellere Verfahren, sondern auch – trotz höherer Investitionen in die Anlagentechnik und folglich höherem Maschinenstundensatz – der mit Abstand günstigere Prozess. So kostet den Anwender eines Vertikal-Bearbeitungszentrums in einer Beispielrechnung ein repräsentativer Auftrag über zehn Teile insgesamt 131,70 Euro, während der Wasserstrahlschneider für den gleichen Auftrag lediglich 79,00 Euro berechnen muss.
Noch eklatanter ist der Vergleich mit einer Wasserstrahlschneidanlage mit zwei Schneidköpfen: Hier kostet der Auftrag nur 53,00 Euro. Und beim Einsatz einer Zweikopf-Anlage mit Wechseltisch sind es sogar nur 48,40 Euro. Selbst im Vergleich mit einer aufgerüsteten Fräsmaschine mit automatischem Werkstückwechsel, wo der Auftrag mit 88,50 Euro zu Buche schlägt, sind das Dimensionen, die jeden Zerspaner zum Nachdenken anregen sollten.
Zugegeben: Trotz aller Möglichkeiten hat das Wasserstrahlschneiden im Vergleich zur Zerspanung auch seine Grenzen. Beispielsweise reichen die maximal erzielbaren Genauigkeiten und Oberflächengüten nicht an die beim Fräsen oder Drehen möglichen Werte heran. Zudem kann der Wasserstrahl nicht in der dritten Dimension arbeiten oder Sacklöcher und Gewinde schneiden. Gleichwohl kann er weitaus mehr, als ihm von Seiten der Zerspaner zugetraut wird. Daher lohnt sich im Bereich der 2D-Bearbeitungen in vielen Fällen ein Anruf bei einem Anbieter von Wasserstrahl-Dienstleistungen: Fragen kostet nichts, die Anwendung eines nicht optimalen Verfahrens dagegen schon.
Marcel Kolb Produktmanager Wasserstrahlschneiden bei der Bystronic Laser AG in Niederönz/Schweiz
Kompletter Auftrag in 32 min erledigt
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