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

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.

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.

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.

Související články
Novinky ze světa tváření

Společnost Bystronic, významný dodavatel strojů na zpracování tenkých plechů, pořádá každé dva roky setkání svých současných i potenciálních zákazníků, na kterém představuje novinky a inovovaná řešení ve všech oblastech své působnosti. Jedná se o systémy pro řezání laserem, vodním paprskem, ohýbání a také software pro vyšší efektivitu výroby.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Mechanizované nástroje pro ruční stříhání plechů

Pro ruční stříhání plechů a trubek lze použít tři nově vyvinuté postupy: stříhání s nůžkami s úzkými čelistmi, nůžkami na plech a obrážení. V článku je ukázáno, kdy je nejvýhodnější použít kterou metodu stříhání.

Lehčí a čistější řezání vysoce pevných dílů

Automobilový průmysl řeší u karoserií především nízkou hmotnost a bezpečnost při nárazu. Proto se na vybrané části karoserie používají vysoce pevné ocele schopné tváření za tepla. Typickým příkladem je nový VW Golf VII. Při řezání vysoce pevných ocelí se s výhodou používá laser.

Technologie zpracovaní profilů a plechu

Společnost Stierli-Bieger i Prinzing se zabývají výrobou strojů pro zpracování kovu s více jak 30. letou tradicí. Výrobce strojů Stierli se specializuje na výrobu horizontálních lisů pro ohýbání a rovnání kovových profilů, společnost Prinzing se zaměřuje na výrobu strojů ke tváření plechu. V Česku jsou oba výrobci zastoupeni společností Bickel and Wolf.

Vláknový laserový řezací systém

LVD rozšiřuje svou řadu laserových řezacích systémů zavedením vysoce rychlostního vláknového laserového řezacího systému Electra FL.

Řezné nástroje

Společnost Techni Trade se zabývá vývojem, výrobou a prodejem řezných nástrojů, strojních nožů a spotřebního materiálu. Posláním této společnosti je neustálé zlepšování svých služeb, vývoj nových výrobků prostřednictvím aplikovaného výzkumu a vývoje a nalézání takových řešení, která snižují výrobní náklady na straně zákazníků.

Komodita Machine Tool je japonskou jistotou. Jak dlouho?

Japonsko. U Evropana tato destinace stále vyvolává pocit neznáma a určitého tajemna. Je to země kruté historie ovlivněné přímo i nepřímo lidskými rozhodnutími, jenž zanechaly v celé řadě generací znatelný šrám projevující se uzavřeností a prvotní osobní nedůvěřivostí a i určité váhavosti projevující se například z obavy ze sdělení negativního názoru spoluřečníkovi, aby se případně necítil uražen. V komunitě Japonců jste pokaždé udivováni obrovskou vzájemnou úctou a respektem. Budiž jejich chování vzorem pro ostatní národy.

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
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