Témata
Reklama

Řezání tenkých plechů vláknovým laserem

Pro řezání plechů do tloušťky 5 mm bylo vyvinuto nové laserové řezací zařízení, umožňující řezat vysokou rychlostí. Zařízení je osazeno vláknovým laserem, všechny pohyblivé konstrukční celky jsou vyrobeny z uhlíkových vláken a poháněny lineárními motory.

Hlavními požadavky kladenými na řezání laserem jsou vysoká přesnost řezání a současně vysoká rychlost řezání. Firma Stiefelmayer vyvinula laserový řezací stroj pro přesné řezání tenkých plechů. Při konstrukci stroje byly použity tři moderní techniky: moderní vláknový laser, všechny pohyblivé konstrukční celky jsou vyrobeny z kompozitů vyztužených uhlíkovými vlákny, pohon zajišťují lineární motory. Rozdíly mezi současně vyráběnými laserovými řezacími stroji a novým provedením jsou následující. U stávajících strojů jsou základ i ostatní konstrukční prvky vyrobeny z ocelových plechů jako svařence. Pohyblivé části stroje jsou většinou poháněny od rotačního elektromotoru přes kuličkový šroub nebo ozubený hřeben, pouze ojediněle jsou použity lineární motory. Většina strojů je osazena CO2  laserem a lze řezat materiály do tloušťky 20 mm.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 1. Laserový řezací stroj má vysokou dynamiku, všechny pohyblivé konstrukční díly jsou vyrobeny z uhlíkových kompozitů.

V praxi se však ukazuje, že většina laserových řezacích strojů se používá pro řezání plechů do maximální tloušťky 5 mm. Většinou jsou řezány menší tvarově složité součásti, což klade značné nároky na dynamické chování stroje a přesnost řezání. Stávající stroje mají v tomto směru značná omezení a nedostatky.

Značné výhody vláknového laseru

Vláknový laser má ve srovnání s CO2 laserem značné výhody, přesto se dosud v technologii řezání výrazně neprosadil. Tyto poznatky vedly ke konstrukci stroje, který je určen pro řezání tenkých plechů a využívá plně předností vláknových laserů:

  • vyšší řeznou rychlost - vláknový laser vysílá paprsek o vlnové délce 1 μm, která zvyšuje při řezání kovových materiálů absorpci přiváděné energie. Tepelná energie působí okamžitě vmístě, kde je jí potřeba. Při velmi dobré kvalitě paprsku vláknového laseru se značně zvýší účinnost procesu řezání, což umožňuje použít vyšší řezné rychlosti než u CO2 laserů;
  • jednoduché a bezúdržbové vedení paprsku - další výhody plynou ze způsobu vedení paprsku laseru. Od rezonátoru až po pracovní hlavu je paprsek veden jednoduše a přesně skelným vláknem. Naproti tomu CO2 laser má vedení paprsku provedeno složitým systémem zrcadel, který vyžaduje přesné seřízení a časté čištění zrcadel. Ztoho plynou finanční nároky na údržbu. Tato údržba u vláknových laserů odpadá;
  • stále vysokou kvalitu paprsku - u vláknových laserů se nevyskytují odchylky ve vedení paprsku, které se vyskytují u CO2 laserů, paprsek je veden vláknem přesně, bez odchylek po celou trasu;
  • vysokou energetickou účinnost - optimální využití energie paprsku a vysoká řezná rychlost zvyšují produktivitu řezání. Ztoho je zřejmé, že vláknový laser zlepšuje energetickou bilanci, efektivita výrobního procesu je cca 25 %. Spotřeba elektrické energie je oproti CO2 laserům značně nižší.

Přesnost řezání ovlivněna dynamickým chováním

Vysoká řezná rychlost, kterou umožňují pracovat vláknové lasery, ovlivňuje značně dynamiku stroje. Přesnost řezání je ovlivněna právě dynamickým chováním stroje. Rozhodující roli zde hraje konstrukční uspořádání a provedení především pohyblivých konstrukčních částí. Konkrétně se jedná o provedení samotných souřadných os X, Y a o provedení jejich vazby. Musí mít malou hmotnost a velkou tuhost. 

Pro splnění těchto dvou požadavků jsou kovové materiály svými vlastnostmi nevhodné. Lehká konstrukce vyžaduje použití tenčích stěn materiálů, vyšší pevnost a vysokou schopnost tlumení. U strojů firmy Stiefelmayer byly ocelové a hliníkové součásti kompletně nahrazeny součástmi z kompozitních materiálů zpevněných uhlíkovými vlákny.   

Obr. 2. Vláknový laser (vpravo) má vysokou energetickou účinnost a umožňuje pracovat s vysokými rychlostmi.

Tuhost dvojnásobná

Největší a nejhmotnější součástí laserových řezacích strojů je základní rám (tvoří osu Y). Při klasickém provedení jde o svařenec z ocelových plechů, jeho hmotnost činí 125 kg. U nového laserového řezacího stroje firmy Stiefelmayer je tento konstrukční díl vyroben z kompozitu vyztuženého uhlíkovými vlákny, jeho hmotnost je pouze 46 kg a tuhost dvojnásobná.

Takovéto provedení předpokládá zvláštní know-how: konstrukční díly stroje vyrobené z ocele se chovají jinak, než když jsou vyrobeny z kompozitních materiálů. Jejich vlastnosti jsou ve všech směrech v podstatě stejné. Naproti tomu jsou mechanické vlastnosti kompozitů vyztužených uhlíkovými vlákny závislé na orientaci vláken v matrici.

Síla přenášená přímo a bez vibrací

Pohony musejí být konstruovány tak, aby bylo možné využít předností vláknových laserů a lehkých pohybujících se konstrukčních celků vyrobených z uhlíkových kompozitů, tj. dynamiku a rychlost. Pro splnění tohoto požadavku jsou nejvhodnější lineární motory. Vyvozují bezprostředně požadovaný přímočarý pohyb a síla je přenášena přímo a bez vibrací na poháněný konstrukční díl. To umožňuje práci s vysokými rychlostmi při vysoké přesnosti polohování. Tento způsob pohonu pracuje bez opotřebení. Význam těchto předností se projeví zejména při řezání tvarově složitých součástí.

Dosud převážně používané elektromotory jsou pro rychlé a přesné řezání méně vhodné. U tohoto konstrukčního provedení se musí nejprve rotační pohyb převést pomocí kuličkových šroubů nebo ozubených tyčí na pohyb přímočarý. Velké pohybující se konstrukční celky, tření ve vedení a jejich poddajnost neumožňují rychlé pohyby a přesné polohování, zejména při prudké změně směru pohybu.

Lze pracovat s velkými zrychleními   

Spojení vláknového laseru, uhlíkových kompozitů a lineárních pohonů umožňuje strojům firmy Stiefelmayer pracovat s velkými zrychleními. Frekvence vibrací a tzv. ráz jsou pětkrát menší než u stávajících řezacích strojů. Dynamika stroje umožňuje vyřezávat složité tvary až se 4 g (lze použít maximální zrychlení až 7 g).

První stroj firmy Stiefelmayer nové koncepce je již několik měsíců úspěšně používán ve dvousměnném provozu. Z provozu byly získány následující poznatky: při zvýšení přesnosti řezání se snížily výrobní časy podle složitosti tvaru řezané součástky o 25 až 30 %, vláknový laser pracuje s nižší spotřebou energie než CO2 laser, přesnost laserového řezacího stroje se přenáší přímo na řezanou součástku.

Tabulky a grafy naleznete v tištěné verzi časopisu MM Průmyslové spektrum.

Dieter Bulling

Zdroj: MM Das Industriemagazin 25/ 2010

dana.benesova@mmspektrum.com

Zpracoval -VŘ-

Reklama
Vydání #4
Kód článku: 110416
Datum: 13. 04. 2011
Rubrika: Trendy / Spojování a dělení
Autor:
Firmy
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.

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.

HiLASE - superlasery pro skutečný svět

Lasery nové generace, jež doposud nemají ve světě obdoby, se vyvíjejí a testují v nově postaveném centru HiLASE v Dolních Břežanech u Prahy. Využití najdou v průmyslu i ve výzkumu. V nové budově působí téměř 60 laserových specialistů a techniků, z nichž přibližně polovina je ze zahraničních, často i velmi renomovaných pracovišť.

Související články
Technologické lasery a trendy vývoje za rok 2015

Letošní rok v oblasti laserových technologií byl neobyčejně bohatý na nové poznatky a přinesl i řadu nových jevů v metodice dalšího vývoje. Vznikala nová komplexní střediska laserového výzkumu a nás může těšit, že ani Česká republika nezůstala pozadu. Rozvíjí se program HiLASE, zaměřený na laserové technologie a vývoj optických komponentů, a nedávno bylo slavnostně otevřeno i středisko ELI Beamlines – Extreme Light Infrastructure – jako součást evropského plánu budování center nové generace vybavených nejvýkonnější technikou vhodnou pro naplnění programu bádání až na samé hranici poznání.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Průmyslové lepení není jen spojování materiálů – jak to vidí Kaletech

Představujeme vám dodavatele nejkvalitnějších technologií pro průmyslové lepení, českou společnost Kaletech, která dodává technologie švýcarského výrobce Robatech. Svým klientům nabízí mnohaleté zkušenosti při aplikacích průmyslových lepidel napříč různými odvětvími průmyslu.Jedná se zejména o technologie pro aplikaci lepidla s možností sprejování, nanášení v housenkách, bodech, nebo celoplošným nánosem.

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.

Vliv složek ochranných atmosfér na WAAM

Svařování v současné době není už pouze technologií ke spojování materiálů. S rozvojem aditivní výroby strojních součástí lze tento proces využít také pro výrobu komplexních a geometricky složitých součástí. Technologie WAAM využívá svařování pro vrstvení jednotlivých svarových housenek do tvaru vyráběné strojní součásti a je charakterizována mnoha proměnnými – mimo jiné i účinky ochranné atmosféry. Cílem příspěvku je zhodnotit vliv jednotlivých složek ochranných atmosfér používaných pro MAG svařování.

Jak se stát leaderem ve výrobě důlního zařízení

Moravská společnost Ferrit, s. r. o., se za 25 let působení v těžařském průmyslu stala světovou firmou v projektování a výrobě důlní závěsné dopravy. Zároveň je průkopníkem v oblasti vývoje a výroby důlních akumulátorových lokomotiv a jako jediná na světě vyrábí speciální lokomotivu, tzv. lokobagr, pro údržbu a čištění kolejové tratě a prostoru kolem kolejiště v hlubinných šachtách. Jejich stroje pracují v uhelných a rudných dolech napříč všemi kontinenty.

Plazmová povrchová úprava nanovlákených polymerních struktur

Technologie plazmových povrchových úprav spočívá v navázání funkčních skupin na povrch řetězce polymeru v plazmovém výboji. Jedná se převážně o hydroxylové skupiny. Nepolární charakter povrchu materiálu se tímto mění na polární, tedy hydrofobní povrch se stává hydrofilním či naopak. Tato technologie nachází stále širší uplatnění v různých průmyslových, ale i medicínských aplikacích.

Vybrané aspekty svařování vysokopevnostních ocelí

Společnost Strojírny Prostějov, a. s. se specializuje na výrobu technologicky náročných svařovaných ocelových konstrukcí a svařovaných dílců pro obráběcí, stavební a dopravní stroje a zařízení pro těžbu surovin. Více jak 95% zdejší produkce představují zakázky pro německý, švýcarský a švédský trh.

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.

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.

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.

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.

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