Témata
Reklama

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.

Opracování trubek, pokud už mluvíme o švových svařovaných trubkách, se v chronologickém pohledu dříve týkalo několika způsobů svařování svitků pásových materiálů, řezání trubek pásovou nebo kotoučovou pilou a třískového obrábění, nejčastěji vrtání a frézování, a to ještě poměrně jednoduchých tvarů. Všechny tyto úkony vyžadovaly značný podíl lidské práce s malou možností automatizace. A týkalo se to i způsobu značení výrobků, většinou ražením, a dalších operací při sestavování nových kompletů z připravených trubkových polotovarů.

Reklama
Reklama
Reklama

Převratný vynález

V šedesátých letech minulého století došlo k objevu laseru, který se postupem vývoje začal prosazovat i v průmyslu. Výkony zpočátku nebyly ještě takové jako dnes – v roce 1979 představil Trumpf první laserový a děrovací kombinovaný stroj s 700W CO2 laserovým zdrojem, tehdy ještě americké provenience. Po dlouholetém dalším vývoji, na němž se společnost Trumpf významně podílela, dosáhl laser výkonu, pokud jmenujeme dvě hlavní skupiny laserů, až 20 kW u CO2 laseru a 16 kW u pevnolátkových diskových laserů, který plně dostačoval vedle jiných technologií i na výkonové obrábění a svařování. A to prakticky všech druhů kovů a plastů. Laser tak zaznamenal zásadní technologický převrat a jeho vývoj přitom pokračuje i nadále. Oproti předchozím technologiím pracuje bezdotykově, bez kontaminace různými emulzemi a oleji, přináší kvalitu jinými způsoby nedosažitelnou, přesnost, absolutní možnost dodržení geometrického tvaru, řeznou hranu bez otřepů. Využitelný je jak pro sériovou, tak i kusovou výrobu.

Dnešním trendem při výrobě polotovarů, dílů a potažmo celého výrobku je pokud možno dodržet kontinuitu navazujících operací představovanou jediným výrobcem strojního zařízení v co nejširším rozsahu. Toto je patrné právě při aplikacích nových technologií. Zmíněná provázanost, jinak nazývaná optimální výrobní logistika, je vhodná po technické i ekonomické stránce, při optimalizaci všech procesů jako programování, operační řízení i v případě servisu. Pokud dnes hovoříme o přípravě a obrábění trubek, našel tento způsob své uplatnění už v řadě oborů, např. při výrobě kovového nábytku, dopravních prostředků, ocelových konstrukcí, zemědělské techniky nebo třeba sportovního nářadí. Předvedeme si nyní, jak je tomu při práci s trubkovými polotovary a polotovary z dutých nebo i otevřených profilů u firmy Trumpf, na trubkách v rozsahu tloušťky stěny materiálu od 0,1 mm až do téměř 10 mm.

Stroj TruLaser Cell 1100 a ukázky podélně svařených profilů

Výroba injekční jehly

Na začátku takového procesu, aby se vůbec trubka vytvořila, přistupuje dnes většina uživatelů k technologii výroby nekonečných trubek a profilů svařováním ze svitků válcovaného plechu. Laserové svařování tu nabízí jedinečné výhody pro svařování náročných profilů, vysokou kvalitu, produktivitu i bezpečnost. Trumpf vybavil svůj svařovací stroj TruLaser Cell 1100, určený pro integraci do výrobních linek, řadou speciálních systémů, z nich např. SeamLine zajišťuje automatickou bezdotykovou kontrolu geometrie spáry budoucího švu a v případě zjištění úchylky spáry ovlivní řízení dalšího postupu tak, aby se dosáhlo bezchybného svaru bez nutnosti dalších úprav. „Z laserových zdrojů je možné použít CO2 laser TruFlow s výkonem až 20 kW pro svařování v celém rozsahu tlouštěk plechu od 0,1 až 8 mm, včetně bimetalu. Pevnolátkové laserové zdroje TruDisk, diodové TruDiode a případně vláknové lasery TruFiber jsou určeny spíše pro svařování tenčích plechů do 0,5 mm. Zajímavostí v oblasti nejmenších průměrů je např. výroba injekční jehly, což je vlastně svařená nerezová trubka, která se pak ohřeje a natáhne,“ specifikuje zajímavé možnosti využití laserů ředitel Haltuf. Svařovat je možné trubky a profily z různých materiálů, včetně oceli, barevných kovů i hliníku, ale z ekonomického pohledu se tato technologie osvědčuje především pro nerezovou ocel. Firma Trumpf v případě potřeby může pro zákazníka svařit zkušební vzorky.

Nové možnosti přináší na TruLaser Tube 7000 řezání pod úhlem až do 45°.

Sloučení technologií

Když je polotovar trubky nebo profilu hotov, potřebuje většinou řadu operací obrábění. Pro tento úkon má Trumpf hned dvojí základní výbavu. TruLaser Tube 5000 pro užití u trubek s vnějším průměrem do 150 mm a tloušťkou stěny až 6,4 mm a pak v XXL rozsahu TruLaser Tube 7000 do 250 mm a 8 mm tloušťky. I tady oproti konvenčním postupům obrábění přináší řezání laserem podstatné zvýšení produktivity a kvality, řezání probíhá bez otřepů. Řadu operací, které by při klasickém obrábění bylo nutné vykonávat na více strojích, lze provádět pouze na jednom v automatickém cyklu podle vlastního programu. Funkce FocusLine tu automaticky zajišťuje přesnou polohu ohniska laserového paprsku vzhledem k druhu materiálu a jeho tloušťce a i v případě nerovnosti trubky se pak další funkce ControlLine postará o to, aby vzdálenost mezi řezací tryskou a trubkou zůstávala stále konstantní. Pro vysokou kvalitu řezu, příznačnou pro laserové technologie, je základem automatická regulace výkonu laseru v závislosti na rychlosti řezání, tvaru řezaného obrysu, včetně i úhlové změny směru pohybu, a senzorem se ovládá postup i při zápichu laserem.

„A co víc,“ dodává Roman Haltuf, „při napojení řezacího stroje na automatický zakládací a manipulační systém LoadMaster Tube se může celý proces řezání stát bezobslužný s plnou automatizací.“ Ta je pro řezání trubek a dutých profilů založena na programovacím systému TruTops Tube s modulem TubeDesign pro vytváření komplexních konstrukcí z trubek.

Jak může být takový automatizovaný postup efektivní, ukazuje Trumpf např. při řezání čtyřhranného profilu z konstrukční oceli 40 x 40 mm, o tloušťce stěny 2 mm a délce 450 mm, s osmi kruhovými a čtyřmi podélnými otvory, a na řezání trubky s větším množstvím otvorů.

Při konvenčním způsobu obrábění je materiál nejdříve na potřebnou délku uříznut pilou, pak se na vrtačce vyvrtají kruhové otvory a konečně na frézce odfrézují podélné otvory. Čistý výrobní čas je kolem 80 s, k tomu 40 s navíc připadá na mezioperační dopravu a odhrotování. Laserem je možné vykonat všechny tyto operace na jednom stroji za pouhých 40 s. Už z takového jednoduchého srovnání vyplývá při opracování laserem trojnásobná časová úspora, nehledě na vyšší kvalitu prováděných operací. Obdobný je příklad řezání trubky z ušlechtilé oceli o tloušťce stěny 1,5 mm, opatřené 300 kruhovými otvory. Klasické děrování by tu trvalo 15 minut, s laserem je hotové za 5 minut.

Stává se, že uživatel potřebuje ve svém programu přesně obráběnou, různě ohýbanou trubku, a postup ohýbání, ať už mechanickým způsobem nebo hydraulickým tvářením tlakem kapaliny, volí ještě před laserovým obráběním. V tom případě se ohýbaná trubka nedá upnout do sklíčidla, jako je tomu v případě TruLaser Tube a na řadu tu přichází některý z typů souřadnicových pětiosých obráběcích center TruLaser Cell 7000, např. TruLaser Cell 7040 s řezáním nebo i svařováním v 3D. Zdrojem paprsku je tu opět CO2 laser TruFlow nebo i pevnolátkový laser TruDisk, kvalitu řezání i tady zajišťuje řada automatických funkcí, produktivitu zvyšuje možnost nakládání a vykládání polotovaru paralelně s dobou obrábění. Řezací/svařovací optika s laserovým paprskem se pohybuje v pěti osách, tří souřadnicových, dvou rotačních.

TruLaser Robot 5020 s 5osým robotem a otočným stolem, umístěnými na společné platformě, umožňuje snadnou integraci na různých místech výrobního procesu. Ukázka spojovaného dílu na tomto stroji.

Tvarové řezání trubek a profilů je většinou ještě předehrou před častou potřebou vytvářet z jednotlivých dílů svařením nebo jinou podobnou operací komplexní sestavy. Pro tento úkol je vhodný pětiosý robot TruLaser Robot 5020 v modulární buňce, připravené podle potřeb zákazníka. Svařuje různými typy svarů při různé hloubce provaření, s automatickým nastavením ohniska paprsku. Řízená optimální dávka energie co nejvíce snižuje možné deformace, vznikají přesné svařovací švy a tím vším se redukuje potřeba dokončovacích prací, včetně broušení. Pokud jde o větší svařence, procházejí k opracování otevřenými dveřmi buňky a mohou se upínat na sklopný a otočný stůl. Stůl se otáčí a naklápí, hlava robotu vykonává 3D pohyby. Při stavbě pracoviště lze využít i dvoupolohového otočného stolu, kde jedna část zasahuje do prostoru robotu a druhá je vně pracoviště. Zatímco robot vykonává pracovní operaci, vnější část otočného stolu slouží k odnímání hotového svařence a do upínacího přípravku se tu vkládají další díly. Nosnost každé části stolu je 750 kg, obě pracoviště stolu jsou od sebe bezpečně oddělená, natáčení stolu povolují bezpečnostní senzory. Při velkých sériích lze navrhnout už komplexní automatizaci.

„Pro dosažení vysoké produktivity, a to zvláště při svařování většího počtu krátkých nebo bodových svarů, je možné volit i technologii svařování na způsob Remote Welding s vysokou rychlostí polohování,“ uvádí ředitel Haltuf a pokračuje: „Při větší vzdálenosti laserové hlavy od svařence se při skenování laserového paprsku optickou soustavou nepohybují žádné pomalejší mechanické díly, ani svařenec nebo rameno robotu, ale pouze rychlá optika s laserovým paprskem. Tyto pohyby, podle individuálního případu svařování, je možné samozřejmě i vzájemně kombinovat, přínosem je vždy až několikanásobný růst produktivity.“

Závěrečné značení, ať už slouží pro procesní nebo i zpětnou identifikaci, je pak dílem řady popisovacích laserů TruMark. Tyto systémy jsou vhodné pro postupy v automatickém cyklu a na opačné straně i pro ruční popis laserem při individuálním značení nadměrných výrobků.

Zpracoval Ing. Jiří Šmíd

smid@gmail.com

Článek byl zveřejněn v monotematické příloze strojírenského měsíčníku MM Průmyslové spektrum SPOJOVÁNÍ A DĚLENÍ MATERIÁLŮ na straně VIII.

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 140137
Datum: 12. 02. 2014
Rubrika: Monotematická příloha / 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.

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.

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.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Laserové svařování s přídavným drátem

Pod svařováním laserovým paprskem si většinou představujeme svařování bez přídavného drátu. V současnosti již existují technické možnosti drát do svaru doplnit. Můžeme jmenovat dva základní příklady, kdy přídavný drát použít. Prvním je případ svařování silnostěnných dílů, kdy sesazení není přesné a do spoje je nutné doplnit materiál, aby svar nebyl propadlý. Druhým důvodem může být potřeba modifikovat složení v místě svaru, třeba kvůli nutnosti snížení tvrdosti. Dále ukažme možnost s přídavným drátem navařovat vrstvy na povrchu.

Inovovaná fiber laserová centra

Dnešní výrobci plechových dílů vyžadují vysoce flexibilní, efektivní a inteligentní řešení. Nové inovace ve výrobě vláknového laseru Prima Power byly navrženy a vyvinuty tak, aby splňovaly tato očekávání. Platino Fiber Evo je nejnovější verzí platformy Platino s více než 2 000 instalací po celém světě, vylepšenou o důležité technologické inovace.

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.

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.

Výroba a opravy pomocí laseru

Hesla jako 3D-Drucken a Additive Manufacturing jsou všudypřítomná. Na všech kontinentech je zřejmá snaha podporovat aditivní technologie. Avšak co se za tím skrývá? V Aachen se tomuto tématu věnuje Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT und Produktionstechnologie IPT.

Vždy se snažíme konkurenci předběhnout

Špičkový výzkum a transfer high-tech technologií do medicínské, průmyslové a environmentální praxe s důrazem na mezinárodní spolupráci je hlavním cílem Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů (RCPTM), vědecko-výzkumného pracoviště Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci.

Průmysl 4.0 by mohl dovést zpracování plechů na vyšší úroveň

Do čela českého zastoupení společnosti Bystronic, která je specialistou na výrobu ohýbaček a zařízení pro řezání laserem a vodním paprskem, vstupuje nový jednatel. Využili jsme příležitosti a Petra Knapa se zeptali, jak se mu v nové pozici daří. A protože tady máme čtvrtou průmyslovou revoluci, zajímal nás i jeho názor na iniciativu Průmysl 4.0 a celkový postoj společnosti k této (r)evoluci.

Příprava pracovníků pro výrobu technologií vstřikování plastů

Následující příspěvek představuje jeden ze způsobů přípravy pracovníků ve firmách, jejichž hlavní pracovní náplní je technologie vstřikování plastů

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.

Štíhlá výroba v technologii tváření

Česká společnost Conteg je jedním z největších výrobců IT a průmyslových rozvaděčů, systémových řešení a služeb pro datová centra v Evropě a na Středním východě. Inovativní a modulární výrobky a řešení odpovídají nejnovějším trendům a jejich kvalita a funkčnost je již sedmnáct let prověřována zákazníky po celém světě.

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