Témata
Reklama

Dělení kovů plazmatem

Nástupem nové generace plazmových zdrojů a díky vzestupu kvality CNC pálicích strojů tuzemských výrobců dochází k rozvoji průmyslového tvarového dělení materiálů plazmatem.

U plazmového pálení se slučuje větší počet skutečností a jevů, které generují chyby. Ty vznikají na straně pálicího stroje a také na straně plazmové technologie. Při práci celku se sčítají, a tím v konečném součtu určují přesnost celého zařízení.
Jako každá technologie má i plazmové dělení své omezení a "vrozené" nectnosti. Na druhé straně ale přináší mnohé zcela mimořádné vlastnosti, kterých lze využít ke zkvalitnění produkce a ke značnému zrychlení přípravy výroby i výroby samotné. Plazmová technologie výrazně snižuje náklady na dělení kovů ve výrobní fázi a je mnohdy zcela nezastupitelná.
Reklama
Reklama

Kvalita povrchu řezu

U plazmového pálení je kvalita povrchu určena zejména charakteristikou plazmatu. Základním faktorem je dosažená koncentrace energie v 1 mm3 sloupce plazmatu. Exaktně nepřesné, ale v praxi zcela dostatečné je hodnocení průměru plazmatu ve svazku v závislosti na výkonu v kW. Průměr plazmatu je proměnný s použitým řezným proudem a průměrem trysky. Např. u zdroje Plazma Prof 162, italského výrobce Cebora, S. p. A., je tato hodnota mimořádně příznivých 1,2 - 2,1 mm.
Jakost povrchu řezu závisí především na symetrii svazku a klesá při konci životnosti spotřebních dílů. Jestliže nesymetrie svazku je při užití nové trysky max. 0,05 mm, ke konci životnosti je nesymetrie až 0,3 mm. To způsobuje zhoršenou kvalitu povrchu řezu.
Použijeme-li jako médium ke zplazmování vzduch, má svůj značný význam i kvalita vzduchu. Je zřejmé, že vlhkost vzduchu způsobuje zhoršení kvality řezu. Naopak při užití jiných plynů lze kvalitu řezu značně zlepšit, ovšem pouze pro určité přesně vydělené materiály. Kupříkladu pro řezání chromniklové oceli se zdá nejvhodnější užití kyslíku jako média nejpříznivěji vzhledem ke kvalitě, ale při řezání žárupevné oceli jsou výsledky přímo katastrofální. Naopak velmi dobré výsledky podává dusík v obou případech. S použitým plynem lze operovat i v závislosti na síle řezaného materiálu.
Na straně pálicího stroje je faktorem přímo ovlivňujícím kvalitu řezu chvění pohonů a mechanická tuhost zavěšení hořáku. Zajímavé zjištění je, že při použití zmiňovaného zdroje Plazma Prof 162 na zastaralých pálicích strojích klesá rychlost řezu až o 15 % díky chvění hořáku, který je tak donucen provádět větší řeznou spáru. Subjektivní hodnocení kvality řezu na zastaralých pálicích strojích dokonce vyznívá v jednoznačný neprospěch pro tento plazmový zdroj. Důvodem je velmi tenký řezný svazek naprosto přesně kopírující všechny záchvěvy pohonů a konstrukce přenesené na hořák.

Podřezávání

Z hlediska plazmatu jsou nepřekonatelným problémem fyzikální jevy vyplývající ze samé podstaty plazmatu. Plazma je ve své fyzikální podstatě nesmírně neustálené a nevypočitatelné skupenství hmoty. Přesto je ho pro účely dělení kovů využíváno se značnou spolehlivostí. Potíž vzniká především ve směrování jeho paprsku a zajištění dočasné stability. Základem je připojení řezaného materiálu na kkladný pól a elementární využití směru toku. Směrování samotného paprsku v plazmatickém skupenství začíná v bodě elektrody, na kterou je přiveden záporný pól. Tento bod je zhotoven nalisováním vzácného kovu (Hafnia) a do tělesa ze speciální slitiny mědi je nalisován.
Mimořádný význam má perfektní souosost všech částí hořáku, které se podílejí na přenosu energie a aerodynamické přípravy média ke zplazmování. To je bod, kde vstupují na scénu dva zcela protichůdné požadavky. Jedním je rychlost otáčení plazmového plynu. Čím je vyšší vzhledem k rychlosti pohybu svazku plazmatu, tím vyšší má plazma stabilitu v podélné ose. Druhým požadavkem je co nejmenší ztráta homogenity svazku vzhledem ke vzdálenosti od trysky. Odstředivá síla působící na otáčející se svazek plazmatu způsobuje rozpínání svazku a stoupá spolu s jeho hmotností a s jeho otáčkami.
Je zřejmé, že jde o protichůdné záležitosti, které jsou předmětem optimalizace tak, aby si plazma ponechalo maximální výhody jednoho i druhého aspektu. Každopádně však platí že čím je svazek tenčí, tím má menší hmotnost a tedy zároveň menší tendenci k odstřeďování. Největším problémem je koncentrovat do svazku s co nejmenším průměrem energii nutnou k odpaření potřebného objemu kovu. Popisovaný zdroj plazmatu spolu s hořákem CP 200 koncentruje do stejného objemu plazmového svazku o 60 % energie více nežli s využitím klasického "dual gas" hořáku CP 160.
Moderní hořáky vyžadují přesné vedení výšky řezu nad materiálem, tedy vhodnou konstrukci pálicího stroje. Každá úchylka od ideálního stavu vede ke změně charakteristik a k podřezávání. Ideální výška souvisí s řezným proudem a pohybuje se od 2,5 mm do 4,5 mm. Přesnost vedení by nemělo být horší než 15 % ideální výškové hodnoty. Každá nepřesnost vyvolává změnu napětí na hořáku a tím změnu řezných výsledků.
Banální a přitom opomíjené je i dokonale kolmé ustavení hořáku vzhledem k materiálu. Konstantní výšku zajišťuje systém, který pohybuje hořákem ve svislé ose na základě údajů pocházejících ze zařízení pro kontrolu řezné výšky. Způsobů kontroly je více, ale nejčastěji je využíván jev změny napětí na hořáku v nelineární závislosti výšky hořáku nad materiálem. Jde o princip poměrně přesný, ale má některé nedostatky, a proto je často kombinován s jinými snímacími systémy.
V případě firmy Cebora vše řeší rozhraní A197, které mimo dále popsané vlastnosti zajišťuje i přesné reference o vzdálenosti hořáku od materiálu, a to výpočetní metodou. Podává tak přesnou informaci velmi prostě zpracovatelnou pohybovým mechanismem.

Tvarová přesnost

Díky již zmiňované tendenci plazmové technologie podřezávat vznikají při vypalování otvorů o malém průměru vady, kdy bývá otvor "stažen" a má tedy menší průměr na spodní straně. Stejné potíže vznikají u malých poloměrů. Jedním z problematických míst je pravoúhlý přechod z roviny X do roviny Y. Náhlá změna poměrů řezu, zákmit vedení hořáku a snížení rychlostí vede ke zhoršení jakosti řezu v takovém místě.
Stejně tak bod zapálení a bod ukončení řezání přináší kvalitativní potíže. Při zapálení dochází k natavení materiálu, které je větší než následující řezná spára. To se řeší většinou programem, kde řez začíná mimo finální produkt a taktéž ukončení je mimo. Určitému přimknutí oblouku však nelze v mnoha případech zabránit. Toto je u popisovaného zdroje řešeno programem pro startovací a ukončovací sekvenci. Spočívá ve zdrojem řízeném úseku náběhu a poklesu proudu, který přináší zlepšení této vlastnosti.
Tato funkce je dostupná právě prostřednictvím rozhraní A197.
Pro plazmový zdroj je ideální stále stejná rychlost řezu. Tento požadavek ale není možné dodržet z důvodů dynamického namáhání konstrukce pálicího stroje.
To je důvod, proč se problémy s tvarovou přesnosti týkají především pálicího stroje. Plazma Prof 162 umožňuje dělení kovů rychlostí přesahující 4 m/min. Uvážíme-li změnu pohybu při takové řezné rychlosti o 90o, dojdeme k tíhovému zpomalení přesahující 20 g.
Při náhlých přechodech tvarů tedy vznikají zákmity způsobené tíhovým zpomalením. Tyto nepřesnosti jsou značně redukovány plynulou změnou řezné rychlosti těsně před dosažením bodu změny pohybu. Tím ale není dodržen předpoklad konstantní rychlosti posuvu hořáku a vzniká vada v rohu nebo při malém poloměru. Faktem je, že moderní stroje mají vysokou tuhost konstrukce a výkonné pohony snižují tyto vady na minimum.
Jednou z cest je i regulace řezného proudu v závislosti na tvaru výpalku a momentální poloze hořáku. Rozhraní A197 řeší detailně tento problém a nabízí plnou regulovatelnost řezného proudu zcela plynule přímo řídicím softwarem. To je významný krok řešící tyto potíže.
Další specifickou skupinou potíží jsou nedostatky programu. I když je většina programů již vyzrálých, jsou i v praxi pozorovatelné vady vzniklé programováním, zaokrouhlením při matematickém výpočtu dráhy, vektorováním tvarů apod.
Cílem tohoto článku bylo pojmenovat potíže provázející tvarové dělení kovů plazmatem, s důrazem na problémy vznikající na straně plazmového zdroje. Dále pak představit řešení, které nabízí firma Cebora, S. p. A., na základě svých zkušeností a na základě požadavků z průmyslu ve zdroji Plazma Prof 162.
Reklama
Vydání #10
Kód článku: 11025
Datum: 10. 10. 2001
Rubrika: Trendy / Spojování a dělení
Autor:
Firmy
Související články
Laserová technologie Platino pro každého

Nová verze fiber laseru Platino od italského výrobce Prima Power je jeden z nejúspěšnějších produktů z celého portfolia společnosti. 2D laser postavený na více než konsolidované platformě ze syntetického granitu má na kontě více než 2 000 instalací po celém světě. Stroj byl vybaven a aktualizován důležitými technologickými inovacemi, které přispívají k tomu, že je ještě rychlejší, spolehlivější a produktivnější.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Virtuální svařování - simulátory pro výuku

Svařování je jedna z nejvýznamnějších strojírenských výrobních technologií, která má rozhodující vliv na kvalitu řady výrobků. Zároveň velmi ovlivňuje výrobní náklady, proto má klíčové postavení mezi výrobními technologiemi. Toto odvětví se však dlouhodobě potýká s nedostatkem kvalifikovaných pracovníků na všech úrovních, tedy i pracovníků provádějících vlastní svařování - svářečů. Kvalifikace svářečů však není jednoduchá záležitost. Je to dlouhodobý, relativně nákladný proces, který je striktně předepsán legislativními požadavky a normami. Řada konvenčních metod svařování je navíc silně závislá na "lidském faktoru", tj. na zručnosti pracovníků, jejich fyzické i psychické kondici apod.

Související články
Navařování metodou WAAM

Aditivní výroba (AM – Additive Manufacturing, 3D print apod.) je inovativní výrobní proces, kterým je možné vytvářet trojrozměrné objekty tak, že se postupně skládá vrstva po vrstvě určitého materiálu a tím se vytvářejí rozličné finální tvary podle CAD předlohy (zatímco u konvenčních způsobů výroby, jako např. obrábění, se odstraňuje nežádoucí materiál z plného průřezu).

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Metody spojování využívající principy plastické deformace

Součástí automobilů je množství nejrůznějších dílů, k jejichž výrobě se používají různé technologické procesy a široké spektrum materiálů. Technologie jako svařování, lepení a mechanické spojování jsou obvykle používány ke spojování jednotlivých dílů během montáže automobilu. Ačkoliv je technologie svařování velmi rozšířená, může svou podstatou ovlivňovat celkovou kvalitu spojovaných částí, jejich přesnost a spolehlivost. Vynaložená energie a síla potřebná pro spojování je při použití lepení nebo mechanických spojů vždy nižší než při svařování. Přitom stále rostou požadavky na vyšší stupeň deformace, produktivitu práce a na nižší náklady spojovacích operací.

Současný vývoj v oblasti svařování

Svařování, resp. spojování materiálů je v podstatě průřezová skupina technologií, která ovlivňuje prakticky všechny průmyslové obory. Některé obory by bez svařování a dalších způsobů spojování materiálů dnes již nemohly vůbec existovat, např. výroba automobilů, výroba konstrukcí ve stavebnictví a řady strojírenských složitých výrobků, včetně energetických zařízení.

Řezání vysokým tlakem

Pro řezání drobných a kompletních tvarů kombinovaných (složených) materiálů nebo oceli používá řada podniků řezání vysokoenergetickým kapalinovým paprskem s abrazivem. Na trhu jsou nyní nabízeny tři rozdílné stroje, od základního modelu až po vysoce rychlostní variantu.

Autogen, plazma či laser?

Ať ve strojírenském, elektrotechnickém, potravinářském, chemickém či důlním průmyslu, nebo ve stavebnictví, zemědělství a mimo jiné také při výrobě dekoračních předmětů, tam všude nacházejí uplatnění CNC stroje pro termické dělení materiálů.

Oscilující paprsek laseru pracuje přesněji

Univerzálním nástrojem naší doby je laser, kterým je možné bezdotykově opracovávat téměř všechny materiály. Ještě lépe a přesněji se podaří materiály řezat nebo gravírovat, když paprsek laseru kmitá.

Revoluce ve svařování laserem

Nejnovější technologie firmy Trumpf BrightLine Weld pro pevnolátkové lasery umožňuje svařování s nízkým rozstřikováním při rychlostech pohybu, které lze v dnešní době dosáhnout pouze pomocí CO2 laserů. BrightLine Weld umožňuje svary s částečným průvarem pro svařence s přenosem síly nebo svary s úplným průvarem pro svařování trubek a profilů. Tato technologie umožňuje výrazné zvýšení produktivity a energetické účinnosti. Vysoce kvalitní svarové švy se projevují vysokou mechanickou pevností vyrobených dílů. Minimalizované rozstřikování snižuje znečištění obrobku, upínacích zařízení a rovněž optiky. Výsledkem je zkrácení prostojů stroje, méně oprav dílů, vysoká životnost pracovní optiky a následkem toho podstatné snížení nákladů.

Nová generace polovodičových laserů s diamantovým sendvičem

Vědci z univerzity ve Stuttgartu ukázali cestu pro novou generaci polovodičových laserů. Tyto mají být zejména výkonnější a použitelné v nových oblastech. Lasery jsou založeny na diamantovém sendviči.

Aktuální možnosti v laserovém svařování

Laserové svařování lze v dnešní době považovat za velice moderní technologii. Vysoké svařovací rychlosti, štíhlý svar a z toho plynoucí výhody jsou pozitiva, která umožnila začlenění této metody do progresivních výrobních technologií. Tento článek si klade za cíl představit aktuální možnosti laserových svařovacích technologií.

Trhací nýty pro vysoké zátěže

Strukturální trhací nýty jsou ideální alternativou ke svařování nebo šroubovému spojení. Bezpečně a rychle se instalují a nabízejí značné výhody z hlediska smyku, tahu a dynamického zatížení. Použití strukturálních trhacích nýtů M-Lok při montáži rámů strojů a strojních součástí umožnilo firmě Zahoransky zkrátit jejich výrobní časy.

Průmyslové lasery (5) - Laserové řezání

Řezání je nerozšířenější laserovou technologií. Průmyslové využití laserů se datuje do roku 1965, kdy firma Western Electric Company postavila funkční laserový systém pro vrtání diamantových raznic. V roce 1967 byl pak ve Velké Británii uveden do provozu laserový systém na řezání ocelových plechů s použitím kyslíku jako asistenčního plynu. Záhy poté následovaly systémy pro řezání nekovových materiálů.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit