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
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.

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.

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.

Související články
Moderní způsoby spojování dílů karoserií

Dnešní moderní koncepce stavby automobilů je nemyslitelná bez stále narůstajícího významu šetření s používanými surovinami, kratšími časy pro vývoj a cenově přijatelnou výrobu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Strojní nože pro řezání fólií

Rázové zatížení a boční síly, aditiva při zpracování, tuhé a zároveň elastická fólie - je nepochybné, že výroba a řezání fólií je náročný proces, při kterém je nutné zohledňovat mnoho faktorů, které ovlivňují finální výsledek a tím i produktivitu a s ní související náklady.

Perspektivy vysokofrekvenčního svařování termoplastů

Vysokofrekvenční (VF) svařování, nazývané též dielektrické svařování, RF (Radio Frequency) svařování, nebo také dielektrické zatavení (Dielectric sealing), je jedním z mnoha způsobů průmyslového svařování termoplastů.

Difúzní svařování

Následující příspěvek vznikl z toho důvodu, aby odborné veřejnosti představil speciální technologii spojování kovových i nekovových materiálů, která v současné době v ČR není příliš rozšířena, přitom však nabízí celou řadu zajímavých aplikací.

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.

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.

Školení, kvalifikace a certifikace pracovníků NDT

Pracovník provádějící kontrolu a zkoušení svarových (pájených) spojů musí mít specifické znalosti týkající se vad svarových (pájených) spojů a jejich vyhodnocování, musí samozřejmě umět obsluhovat zařízení pro zkoušení a musí mít znalosti potřebné pro interpretaci výsledků zkoušení. Pracovníky pro kontrolu a zkoušení svarových (pájených) spojů lze pro jejich činnost připravit několika způsoby. (dle ČSN EN ISO 9712)

Perspektivní metoda spojování materiálů

Článek pojednává o progresivní technologii spojování - přivařování svorníků - a má za úkol přiblížit tento způsob svařování širší veřejnosti.

Spojování a dělení trubek laserem

Nejenom elektronika a komunikační zařízení se svými novými iPady, iPhony a tablety jde cestou technologických inovací. Stejným směrem se ubírá i vývoj strojírenských technologií. V  MM Průmyslovém spektru chceme ukázat na vybraných technologiích, případně na jejich navazujících operacích, inovační pokrok, jaký byl za poslední dobu vykonán. Toto vydání časopisu je zaměřené na spojování a tvarové dělení, proto jsme o názor na jednu z technologií z tohoto oboru, technologii spojování a řezání trubek dutých i otevřených profilů, požádali pana Romana Haltufa, ředitele firmy Trumpf Praha.

Praktické aplikace metody SAT

Metoda SAT (Swift Arc Transfer) je jednou z možností, která zákazníkovi dokáže přinést mnoho pozitiv. SAT je velmi vhodný pro robotizované a plně automatizované mechanizované svařování a zároveň je v některých aplikacích vhodný i pro ruční svařování. Lze jej využít pro koutové spoje v poloze PB a PA a výplně tupých spojů v poloze PA, od slabých plechů po silné.

Nástroj pro monitorování procesu svařování

Základním indikačním bodem spolehlivosti finálního produktu je zavedení a dodržování normativních předpisů. Jedním z indikátorů v oblasti svařování a svařovaných konstrukcí je použití souboru norem ČSN EN ISO 3834, které zabezpečují požadavky na jakost při tavném svařování kovových materiálů. Normativy jasně definují kvalifikační/kvalitativní požadavky a soubor nezbytných opatření pro kompletní tok výrobku, až k jeho finálnímu stavu.

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