Témata
Reklama

Pevnolátkové vs. plynové lasery – výroba komponent hnacích ústrojí pomocí laseru

Ten, kdo nahlédl do výrobní haly některého z velkých výrobců ještě před několika lety, zjistil, že svařování dominují CO2 lasery. Laserové svařování bylo tehdy ještě poměrně mladou technologií, která si mimo vlastní výrobu žádala velké zvláštní prostory na obří zařízení zajišťující potřebnou energii. Od té doby se však leccos změnilo. Dnešní moderní zařízení sází stále více na pevnolátkové lasery, které přinášejí řadu výhod.

Lidé, kteří by se v tom měli vyznat nejlépe, protože se laserovou technologií zabývají dnes a denně, pracují v malebném Heubachu, v sídle firmy Emag Automation, několik málo kilometrů od města Schwäbisch Gmünd. „Na pevnolátkové lasery jsme u našich zařízení přešli v roce 2008, protože to mělo jednoduše oproti starším CO2 laserům obrovské výhody,“ říká Dr. Andreas Mootz, jednatel firmy Emag Automation GmbH. „Tehdy jsme byli beze sporu průkopníky, kteří svařování přesných součástí, jako např. převodovkových komponent, pevnolátkovým laserem vyšlapali pomyslnou cestičku. Požadavky především na procesní a strojní techniku, zejména pak na upínače a přípravky, jsou daleko vyšší než u CO2 laserů.“

Reklama
Reklama
Reklama
Pracovní prostor laserového svářecího stroje ELC 160 na sváření kol převodovek. Ozubené kolo se zahřívá, spojuje, a poté svařuje laserem ve třech stanicích.

První výhoda – menší provozní náklady

Při pohledu na provozní náklady zařízení na laserové svařování vynikají především dvě základní složky: energetická spotřeba laseru a náklady na plyn. U plynu je přitom potřeba rozlišovat mezi laserovým plynem (pracovním médiem laseru) a ochranným plynem na stabilizaci svářecího procesu. Vysoké náklady způsobuje vedle spotřeby plynu především náročná logistika plynu v rámci celého zařízení a svařování – náklady, které při použití pevnolátkových laserů, kotoučových nebo vláknových, zcela odpadají. V zařízeních firmy Emag se pro většinu aplikací používá jako procesní plyn stlačený vzduch, což sice vede k tvorbě tenké oxidační vrstvy na povrchu svaru, avšak ta výslednou kvalitu svarů nijak neovlivňuje.

Ani co se týče energetické spotřeby, nemá CO2 laser oproti pevnolátkovému laseru šanci. Na laserový výkon 4 kW potřebuje CO2 laser elektrický proud o velikosti 56 kW, pevnolátkový pouze 17 kW, což znamená 70procentní úsporu energie. Kromě toho stačí daleko menší chladicí výkon. Když připočteme také tuto úsporu, znamená to, že energetická spotřeba pevnolátkového laseru představuje pouze čtvrtinu spotřeby CO2 laseru za stejného výstupního výkonu.

Druhá výhoda – koncepce zařízení

Zařízení na laserové svařování pracují často s krátkými takty v řádu několika vteřin, a mají tudíž velmi velkou výrobní kapacitu. Velmi důležitý je proto způsob jejich zapojení do celého materiálového toku.

Laserové navařování synchronního kola na ozubené kolo. Poloviční provozní náklady díky novému vláknovému laseru ve stroji ELC 160.

U laserových zařízení na CO2 je laserový paprsek do laserové optiky veden soustavou zrcadel. Zdroj paprsku, chladicí agregáty a obráběcí stanice musejí být tudíž umístěny těsně vedle sebe. S tím je spojeno hned několik nevýhod, jako např. nákladný přísun a odsun svařovaných součástí, které ztěžují zásobování několika svařovacích stanic z jednoho a téhož laserového zdroje. U svařovacích zařízení s kotoučovým nebo pevnolátkovým laserem tyto problémy v podstatě zcela odpadají, protože nároky na prostor jsou tak malé, že se dají bez potíží integrovat do stávajících výrobních linek. Vlastní laserový zdroj je přitom možné umístit až do 50m vzdálenosti od zařízení, neboť vedení paprsku je díky dopravním vláknům řešitelné poměrně snadno.

Laserem svařované kolo převodovky

Třetí výhoda – kvalita a rychlost

Nižší náklady a výhodnější prostorové rozvržení zařízení jsou sice pozitivem, ale co kvalita svarů, vyrovná se CO2 laseru? Jednoznačně ano. V mnoha případech je dokonce možné zvýšit rychlost svařování. Tím se jednak redukuje tepelná dilatace obrobku a jednak se zkracuje takt.

Závěrem lze tedy konstatovat, že technika svařování s pevnolátkovým nebo kotoučovým laserem je efektivnější než technika svařování s CO2 laserem a umožňuje svářet rychleji. Kotoučové či pevnolátkové lasery splňují všechny požadavky kladené na současnou výrobu komponent úsporných a lehkých automobilových vozidel.

Stroj ELC 250 DUO – kompaktní laserový obráběcí stroj na obrábění skříní diferenciálu. Stroj ELC ve variantě duo disponuje dvěma vřeteny. Díky dvoustanicovému provozu lze provádět nakládku, resp. vykládku pracovních vřeten souběžně, v hlavním čase.

Stinné stránky laseru

Zatím hovoří vše pro pevnolátkové lasery, avšak nemají také nějaké nevýhody? „Ve srovnání s CO2 lasery nejde ani tak o nevýhody, jako spíše o výzvy, se kterými je potřeba se vypořádat,“ vysvětluje Dr. Mootz. „Práce s pevnolátkovými lasery vyžaduje například daleko vyšší přesnost, než bylo dosud obvyklé. Polohování paprsku s přesností na 50 mikrometrů je velkou výzvou pro stroj, nástrojové upínky a upínače, ale i pro polohu ohniska a směrování laserové optiky.“ Zařízení ELC od firmy Emag jsou schopna tyto požadavky splnit. Zaměříme-li se např. na stříkance, které jsou při použití pevnolátkových laserů častým fenoménem, pak je potřeba dbát na perfektně přizpůsobené nástroje, schopné konstrukční součást optimálně pokrýt. V souvislosti s obráběním různých součástí jde tudíž primárně o pokud možno co nejkratší konverzní čas, přičemž i zde se firmě Emag podařilo najít pro stroj ELC 160 poměrně jednoduché, ale efektivní řešení. Zařízení je vybaveno nástrojovým můstkem na tři různé sady nástrojů a integrovaným odsáváním spalin, což umožňuje automatickou konverzi během několika málo vteřin – to je pro účely velmi flexibilní a produktivní výroby převodových součástí ve velkém množství ideální.

Laserovým svářováním skříně vyrovnávací převodovky a talířového kola se podařilo snížit hmotnost této součásti o cca 1,2 kg.

Zdá se, že výroba komponent hnacích ústrojí laserovým svářením se bez pevnolátkových laserů asi neobejde. Jedná se však o aplikaci, která vyžaduje velké odborné znalosti a zkušenosti, tak aby výhody v rámci vysoce efektivního laserového systému, jakým zařízení série ELC jsou, opravdu vynikly.

Emag

Martin Deliš

mdelis@emag.com

www.emag.com

Reklama
Související články
Laserová svařovací buňka, která promíjí nepřesnosti v plechu

Vstup do oblasti laserového svařování se stává snadnějším než dříve díky tolerantnímu laserovému svařování metodou FusionLine a balíčku pro náběh výroby. Nové konstrukční prvky a softwarové komponenty zjednodušují obsluhu.

Zařízení pro laserové čištění LaserTec

Zařízení pro laserové čištění LC 4-2 je určeno k zabudování do výrobní linky nebo jako samostatný objekt.

Solární článek Amorton na Amperu

Kromě nových technologií v oblasti automatizační techniky, elektromechanických i polovodičových relé bude společnost Panasonic na Amperu 2019 představovat amorfní křemíkový solární článek - Amorton. Tento unikátní zdroj energie s dostatečným výkonem pro napájení elektroniky nezatěžuje životní prostředí žádnými CO2 či jinými skleníkovými plyny a je tak ideální ekologickou alternativou standardních baterií.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

Automatizovaná svařovací technika v Číně

Zvyšující se nároky na produktivitu a kvalitu při současně rostoucích mzdových nákladech a nedostatku kvalitních odborných pracovníků staví také čínské průmyslové společnosti před nové výzvy. Výrobce vybavení porubů v těžením průmyslu Zhengzhou Coal Mining Machinery Group proto v posledních pěti letech uvedl do provozu dvacet pět automatických svařovacích zařízení. Do budoucna bude v investicích pokračovat.

Automatizace není odpovědí na všechny otázky

Primárním cílem zavádění automatizace a robotizace je nejen zajistit více času, jak jsme si řekli v minulém díle, ale jejím účelem je také usnadnit lidstvu složité a zdraví škodlivé úkoly. Automatizace se nasazuje v oblastech stereotypní a nebezpečné práce. Motivací firem může být i škálovatelnost, maximalizace zisku a v neposlední řadě nižší počet lidských selhání. Tento díl našeho seriálu Fenomén automatizace se zamýšlí nad tím, proč, kde a jak automatizovat, a dalšími otázkami.

Moderní výukové systémy a laboratoře

O školství se traduje, že je velmi rigidní a rychlý rozvoj nových technologií lze jen velmi obtížně promítnout do současné výuky. Vše je ale nakonec hlavně o lidech. Jak se se současnými trendy v oblasti spojování materiálů vypořádává výuka na Ústavu strojírenské technologie na Fakultě strojní na ČVUT v Praze, a ne jen na to, jsme se ptali vedoucího tohoto ústavu docenta Ladislava Kolaříka.

Spolehlivé odstranění otřepů po pálení

Pardubická Obchodní společnost TVK se specializuje na zakázkovou výrobu přesných tvarových výpalků z plechu laserem, plazmou a autogenem. Díly po plynovém pálení standardně dodávají očištěné. Před necelými dvěma roky byl na odstraňování strusky a otřepů po pálení pořízen stroj Lissmac. "Stroj šetří čas, ale hlavně ruce pracovníků," říká jednatel společnosti TVK Pavel Tužil.

S MES systémy k vyšší efektivitě

Další konference z produkce společnosti Controller Institut, která se věnuje vzdělávání v oblasti controllingu a podnikových financí, s názvem Výroba v detailu se konala v Plzni a účastníkům vedle hodnotného programu v přednáškové sekci byl umožněn také vstup do výrobních prostor společnosti Doosan Škoda Power. Konference je primárně určena výrobním ředitelům a manažerům, technickým ředitelům či mistrům výroby, kterým představuje řešení pro efektivní řízení výroby ale také např. zaměstnanců.

V nejisté době je univerzálnost řešením

Automatizace průmyslových procesů řeší problémy s nedostatkem kvalifikované pracovní síly, nahrazuje fyzicky namáhavou či zdravotně škodlivou činnost, snižuje chybovost lidského faktoru, zkracuje výrobní časy a v konečném důsledku přispívá ke zvýšení kvality a zisku. Nejen toto je pro ředitele společnosti Acam Solution Ing. Pavla Bortlíka a jeho tým motivace, ale i zábava. Za relativně krátkou dobu na trhu se firma stala, ať už napřímo, či přes své obchodní partnery, dodavatelem společností jako Volkswagen, Toyota, Olympus, Škoda Auto, Edwards, TE, BOSH, Heinze Gruppe, Woco STV či Fanuc a nyní přichází s řešením vhodným nejen pro velké výrobce, ale také pro malé a střední podniky – s univerzální robotickou buňkou HXG. Důležitým komponentem v této buňce je mimo jiné systém pro upínání nulového bodu VERO-S od společnosti Schunk.

Špičkové technologie dnes i zítra

Společnost Trumpf je renomovaný výrobce technologií na zpracování plechů a profilů a laserů pro průmysl. Výrobní historie se pomalu blíží celé stovce let a česká pobočka s obratem zhruba sto milionů eur za rok patří k důležitým průmyslovým hráčům nejen na českém trhu. Bylo proto jasnou volbou požádat ředitele společnosti Trumpf Praha Romana Haltufa, aby čtenářům MM Průmyslového spektra prozradil, kam se vývoj v tomto nepostradatelném oboru za minulá léta posunul.

Virtuální buňky pomáhaly při návrhu linky

Použitím kloubových robotů a flexibilních rámových stanic navržených tak, aby zvládly pokročilé lehké materiály, pomáhá Comau vytvořit jeden z nejpůsobivějších automobilů Alfa Romeo: zcela nový model Giulia.

Fotonika - klíč k technologickému rozvoji

Vynález laseru, optických vláken a polovodičových optických součástek výrazně zvýšil význam využití optiky pro moderní technologie. Byl to také impulz pro rozvoj mladého vědního oboru – fotoniky –, který se zabývá vlastnostmi a metodami využití fotonů. Místem, kde si odborníci z těchto tří na sobě závislých oborů – optika, elektronika a fotonika – sdělují svá know-how a sdílejí své úspěchy, se každoročně stává nejvýznamnější světový veletrh optických a laserových technologií Laser World of Photonics. I letos jej koncem června na mnichovském výstavišti doprovázel světový kongres World of Photonics congress.

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