Témata
Reklama

Tvarové dělení kovů plazmou

Průmyslové tvarové dělení materiálů plazmou dosáhlo v posledních šesti letech mimořádného rozvoje zejména díky nástupu nové generace plazmových zdrojů a díky vzestupu kvality CNC pálicích strojů tuzemských výrobců. Tím vznikla nová situace, kdy většina středních i menších průmyslových podniků zabývajících se svářečskou výrobou přestala kooperovat a pořizuje si vlastní technologický celek, který mnohdy z větší míry zastoupí tradiční plynové pálení.

Jedním z výrobců profesionální a průmyslové svařovací techniky je italská firma Cebora S. p. A. Odborná veřejnost však zná tuto značku také ve spojení s technologií plazmového dělení. Na základě požadavků z průmyslu, dlouholetého vývoje a rozsáhlých zkušeností s konstrukcí a výrobou plazmových technologií dospěla firma Cebora k pokročilému zdroji Plazma Prof 162. Ve spojení s novým vodou chlazeným hořákem označeným CP 200 podává neobvykle dobré výsledky řezání s vysokými výkonovými parametry. Tento článek vás seznámí s technickými řešeními, která Plazma Prof 162 přináší, a také se bude snažit pojmenovat potíže provázející tvarové dělení kovů plazmou. Zaměříme na problémy technologie průmyslového plazmového dělení v souvislostech, s důrazem na obtíže, které vznikají na straně plazmového zdroje. Každý oddíl je dělen na dva odstavce, první se vždy týká plazmy jako média, druhý pak pálicího stroje.
Reklama
Reklama
Reklama

Kvalita řezu, přesnost a opakovatelnost výroby

U plazmového pálení se slučuje větší počet skutečností a jevů které generují chyby. Vznikají na straně pálicího stroje a také na straně plazmové technologie. Při práci celku se sčítají, a tím určují i přesnost celého zařízení. Jako každá technologie má i plazmové dělení svá omezení a "vrozené" nectnosti. Na druhé straně ale přináší mnohé zcela mimořádné vlastnosti, kterých lze využít ke zkvalitnění produkce a ke značnému zrychlení přípravy výroby i výroby samotné. Plazmová technologie výrazně snižuje náklady na dělení kovů ve výrobní fázi a je mnohdy zcela nezastupitelnou.

Kvalita povrchu řezu

U plazmového pálení je kvalita povrchu určena zejména charakteristikou plazmy. Základním faktorem je dosažená koncentrace energie v 1 mm3 sloupce plazmy. Exaktně nepřesné, ale v praxi zcela dostatečné je hodnocení průměru plazmy ve svazku v závislosti na výkonu v kW. Průměr plazmy je proměnný s použitým řezným proudem a průměrem trysky. Pro zařízení Plazma Prof 162 je tato hodnota mimořádně příznivá: 1,2 - 2,1 mm. Jakost povrchu řezu závisí především na symetrii svazku a klesá s blížícím se koncem životnosti spotřebních dílů. Jestliže nesymetrie svazku je při užití nové trysky max. 0,05 mm, ke konci životnosti je až 0,3 mm. To způsobuje zhoršenou kvalitu povrchu řezu. Použijeme-li jako médium ke zplazmování vzduch, má svůj značný význam i jeho kvalita. Je zřejmé, že vlhkost vzduchu způsobuje zhoršení kvality řezu. Při užití jiných plynů lze kvalitu řezu značně zlepšit, ovšem pouze pro určité materiály. Kupříkladu pro řezání chromniklové oceli se vzhledem ke kvalitě jeví nejpříznivěji užití kyslíku jako média, ale při řezání žárupevné oceli jsou výsledky přímo katastrofální. Naopak velmi dobré výsledky v obou případech přináší dusík. S použitým plynem lze operovat i v závislosti na síle řezaného materiálu.
Faktorem přímo ovlivňujícím kvalitu řezu je také chvění pohonů a mechanická tuhost zavěšení hořáku. Zajímavé je zjištění, že při použití Plazma Prof 162 na zastaralých pálicích strojích klesá díky chvění hořáku rychlost řezání až o 15 %, a hořák je tak donucen provádět větší řeznou spáru. Subjektivní hodnocení kvality řezu na zastaralých pálicích strojích pak vyznívá v jednoznačný neprospěch v porovnání s novou Plazmou Prof 162. Důvodem je velmi tenký řezný svazek naprosto přesně kopírující všechny záchvěvy pohonů a konstrukce přenesené na hořák.

Podřezávání

Z hlediska plazmy jsou nepřekonatelným problémem jevy vyplývající ze samé fyzikální podstaty média. Plazma je nesmírně neustáleným a nevypočitatelným skupenstvím hmoty. Přesto je jí pro účely dělení kovů využíváno se značnou spolehlivostí. Potíž vzniká především ve směrování paprsku a zajištění dočasné stability. Základem je připojení řezaného materiálu na + pól (kladný) a elementární využití směru toku. Směrování samotného paprsku v plazmatickém skupenství začíná v bodě elektrody, na kterou je přiveden - pól (záporný). Tento bod je zhotoven ze vzácného kovu (hafnia) a do tělesa ze speciální slitiny mědi je nalisován. Mimořádný význam má perfektní souosost všech částí hořáku, které se podílejí na přenosu energie a aerodynamické přípravě média ke zplazmování. To je bod, kde vstupují na scénu dva zcela protichůdné požadavky. Jedním je rychlost otáčení plazmového plynu. Čím je vyšší vzhledem k rychlosti pohybu plazmy, tím vyšší má plazma stabilitu v podélné ose. Druhým požadavkem je co nejmenší ztráta homogenity svazku vzhledem ke vzdálenosti od trysky. Odstředivá síla působící na otáčející se svazek plazmy způsobuje rozpínání svazku a stoupá spolu s hmotností svazku a s jeho otáčkami. Je zřejmé, že jde o protichůdné požadavky, které musí být předmětem optimalizace tak, aby si plazma ponechala maximální výhody jednoho i druhého aspektu. Každopádně však platí, že čím je svazek tenčí, tím má menší hmotnost a tedy zároveň menší tendenci k odstřeďování. Největším problémem je koncentrovat do svazku o co nejmenším průměru energii potřebnou k odpaření potřebného objemu kovu. Plazma Prof 162 spolu s hořákem CP 200 koncentruje do stejného objemu plazmového svazku o 60 % energie více nežli klasický "dual gas" hořák Cebora CP 160.
Hořák vyžaduje přesné vedení výšky řezu nad materiálem. Každá úchylka od ideálního stavu vede ke změně charakteristik a k podřezávání. Ideální výška souvisí s řezným proudem a pohybuje se od 2,5 mm do 4,5 mm. Přesnost vedení nemá být horší nežli 15 % ideální výškové hodnoty. Každá nepřesnost vyvolává změnu napětí na hořáku a tím změnu řezných výsledků. Banální a přitom opomíjené je i dokonale kolmé ustavení hořáku vzhledem k materiálu. Konstantní výšku zajišťuje systém, který pohybuje hořákem ve svislé ose na základě údajů pocházejících ze zařízení pro kontrolu řezné výšky. Způsobů kontroly je více, ale nejčastěji je využíván jev změny napětí na hořáku v nelineární závislosti výšky hořáku nad materiálem. Jde o metodu poměrně přesnou, ale má některé nedostatky, a proto je často kombinována s jinými snímacími systémy. Plazma Prof 162 je vybavena rozhraním Interface A 197, které mimo dále popsaných vlastností zajišťuje výpočetními metodami i přesné reference o vzdálenosti hořáku od materiálu. Podává tak přesnou informaci velmi jednoduše zpracovatelnou pohybovým mechanismem.

Tvarová přesnost

Díky již zmiňované tendenci plazmové technologie podřezávat vznikají při vypalování otvorů o malém průměru vady, kdy bývá otvor stažen a na spodní straně má menší průměr. Stejné potíže vznikají u malých poloměrů. Jedním z problematických míst je pravoúhlý přechod z roviny X do roviny Y. Náhlá změna poměrů, zákmit vedení hořáku a snížení rychlostí vede ke zhoršení jakosti řezu v takovém místě. Stejně tak bod zapálení a bod ukončení řezání přináší kvalitativní potíže. Při zapálení dochází k natavení materiálu, které je větší nežli následující řezná spára. To se řeší většinou programem, který počíná řez mimo finální produkt a taktéž ukončení je mimo. Určitému přimknutí oblouku ale nelze v mnoha případech zabránit. Plazma Prof 162 přichází s programem pro startovací a ukončovací sekvenci, dostupným prostřednictvím Interface A 197. Spočívá ve zdrojem řízeném úseku náběhu a poklesu proudu, který přináší zlepšení tohoto problému.
Pro plazmový zdroj je ideální stále stejná rychlost řezu. Tento požadavek ale není možno dodržet z důvodů dynamického namáhání konstrukce pálicího stroje. Proto se problémy tvarové přesnosti dotýkají zejména pálicího stroje. Plazma Prof 162 umožňuje dělení kovů rychlostí přesahující 4 m.min-1. Při takové řezné rychlosti přináší změna pohybu o 90° tíhové zpomalení přesahující hodnotu 20 g. Je zřejmé, že možnosti konstrukce nedovolují ekonomickou výrobu takového zařízení, a proto vznikají při náhlých přechodech tvarů zákmity způsobené tíhovým zpomalením. Tyto nepřesnosti jsou značně redukovány plynulou změnou řezné rychlosti těsně před dosažením bodu změny pohybu. Tím ale není dodržen základní předpoklad konstantní rychlosti posuvu hořáku pro kvalitní řez. V rohu nebo i při malém poloměru tedy vznikne vada. Je ale faktem, že moderní stroje mají vysokou tuhost konstrukce a výkonné pohony snižují tyto vady na minimum. Jednou z cest, kterou otevírá zařízení Plazma Prof 162, je regulace řezného proudu v závislosti na tvaru výpalku a momentální poloze hořáku. Interface A197 řeší tento problém detailně a nabízí plnou regulovatelnost řezného proudu plynule přímo řídicím softwarem. Další specifickou skupinou potíží jsou nedostatky programu. I když je většina z nich již vyzrálých, jsou i v praxi pozorovatelné vady vzniklé programováním, zaokrouhlením při matematickém výpočtu dráhy, vektorováním tvarů apod.

Hlavní přednosti zařízení

1. Vysoce stabilní a kvalitní proud přivedený na elektrodu hořáku CP 200 generátorem a polovodičovým zpracováním výstupního proudu.
2. Koncentrace energie v plazmě zvýšená o 60 % proti konvenčním "dual-gas" plazmovým hořákům, tedy menší podřez, tenčí řezná spára a zvýšení řezné rychlosti až o 150 %.
3. Dokonalá optimalizace aerodynamiky plazmy - vysoce soustředný plazmový paprsek bez tendencí k rozbíhání.
4. Nízkotlaký hořák s malou spotřebou řezného média, výhodný zejména při napájení jiným plynem než stlačeným vzduchem. Vodou chlazené činné díly s vysokou životností. Jediné činné horké díly jsou elektroda s tryskou. Hořák CP 200 nemá difuzory ani vířivý kroužek. Z toho plyne vysoká ekonomičnost a nízká cena řezu. Např. 1400 zápalů při propalování materiálu 5 mm a délce řezu 145 mm.
5. Jednotka HV 16 unit umožňující umístění zdroje až ve vzdálenosti 22 m od hořáku. To je výhodné zejména při zapojení s velmi rozměrnými pálicími stroji. Přináší nezměněnou jakost řezání a eliminuje potíže se ztrátou údajů a zapalovacího napětí na tak dlouhém vedení.

Možnosti rozhraní

Uveďme nyní některé ze základních možností rozhraní pro softwarové ovládání plazmového zdroje Interface A 197. Modul umožňuje transfer napětí na oblouku pro regulaci řezné výšky dělený poměrem 1/25. Běžnou funkcí tohoto systému je snímání hořákového napětí a propočítávání průměrných hodnot. Přesné vedení hořáku ve stanovené výšce nad materiálem je zásadní pro kvalitní řez. Mnoho systémů tohoto typu se ale setkává s jevy, kdy například v rozích a při prudké změně směru řezu dojde dočasně ke změně napětí na oblouku při fakticky stejné poloze hořáku nad materiálem. Tyto vlivy eliminuje Interface 197 průběžným propočítáváním hodnot a jejich průměrováním za stanovený časový úsek, takže je systém netečný k potížím tohoto typu.
Interface A 197 také zajišťuje spínání zapalovacího oblouku mimochodem. Při projíždění již vypálených otvorů plazmový oblouk za normálních okolností ustane. Rozhraní umožňuje softwarové ovládání zapalovacích bodů i v průběhu řezání. Delay funkce slouží pro startovací a ukončovací sekvenci. Tím je pro zapalovací sekvenci umožněn plynulý náběh proudu a eliminace zapalovacích důlků. Stejně funguje systém pro ukončovací sekvenci. Také regulace řezného proudu je prováděná ovládacím softwarem. Tato mimořádná funkce odstraňuje vady rohových úseků díky regulaci proudu v závislosti na změně rychlosti posunu hořáku. To přispívá k významnému zlepšení kvality řezu.
Funkce je přístupná analogově, regulací napětí 0 - 10 V, nebo digitálně na základě rozhraní RS 232.

Ekonomika řezání

Plazma Prof 162 ve spojení s hořákem CP 200 zaručuje rychlou návratnost investice. Hořák má minimalizovaný počet horkých dílů, sestává se pouze z elektrody chlazené až ke špičce a trysky chlazené převodem tepelné energie do chlazeného tělesa se závitem. Hořák CP 200 postrádá směšovač i difuzor. Vše je vyřešeno elegantně, s minimalizací prostoje při výměně spotřebních dílů.
Reklama
Vydání #10
Kód článku: 21029
Datum: 07. 10. 2002
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.

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.

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.

Související články
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.

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.

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.

Revoluce ve svařování laserem

Nejnovější technologie firmy Trumpf BrightLine Weld pro pevnolátkové lasery umožňuje svařování s nízkým rozstřikováním při rychlostech pohybu, které lze v dnešní době dosáhnout pouze pomocí CO2 laserů. BrightLine Weld umožňuje svary s částečným průvarem pro svařence s přenosem síly nebo svary s úplným průvarem pro svařování trubek a profilů. Tato technologie umožňuje výrazné zvýšení produktivity a energetické účinnosti. Vysoce kvalitní svarové švy se projevují vysokou mechanickou pevností vyrobených dílů. Minimalizované rozstřikování snižuje znečištění obrobku, upínacích zařízení a rovněž optiky. Výsledkem je zkrácení prostojů stroje, méně oprav dílů, vysoká životnost pracovní optiky a následkem toho podstatné snížení nákladů.

Autogen, plazma či laser?

Ať ve strojírenském, elektrotechnickém, potravinářském, chemickém či důlním průmyslu, nebo ve stavebnictví, zemědělství a mimo jiné také při výrobě dekoračních předmětů, tam všude nacházejí uplatnění CNC stroje pro termické dělení materiálů.

Trhací nýty pro vysoké zátěže

Strukturální trhací nýty jsou ideální alternativou ke svařování nebo šroubovému spojení. Bezpečně a rychle se instalují a nabízejí značné výhody z hlediska smyku, tahu a dynamického zatížení. Použití strukturálních trhacích nýtů M-Lok při montáži rámů strojů a strojních součástí umožnilo firmě Zahoransky zkrátit jejich výrobní časy.

Tvoříme historii vodního paprsku

Každá investice do podniká je spojena s velkým očekáváním. Jistou dávku důvěryhodnosti ve správnou investice může dávat také historie firmy i samotné technologie. Technologie řezání vysokotlakým vodním paprskem Flow slaví v tomto roce již 50 let, resp. 40 let v případě abrazivního vodního paprsku.

Vplyv ochrannej atmosféry pri zváraní hliníkových zliatin

Ľahké neželezné kovy ako hliník, horčík, titán a ich zliatiny, ktoré sú používané najmä v automobilovom, leteckom a kozmickom priemysle, musia spĺňať vysoké a často protichodné nároky ako je napríklad dostatočná pevnosť pri zachovaní vysokej ťažnosti alebo dobrá korózna odolnosť. Inak povedané, využívajú sa tam, kde ich náhrada dostupnejšími materiálmi nie je možná. Na zváranie materiálov z ľahkých neželezných kovov je potrebné použiť takú technológiu zvárania, ktorá bude ich vlastnosti degradovať čo najmenej. Celý rad štúdií a doterajších praktických skúseností ukazujú, že väčšina problémov vznikajúcich pri konvenčnom zváraní oblúkovými metódami môže byť potlačená použitím laserového lúča.

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.

Nové úkoly v technologii vodních paprsků

Jednou za dva roky pořádá Oddělení desintegrace materiálů Ústavu geoniky Akademie věd ČR konferenci o technologii vysokorychlostních vodních paprsků. Letos organizátoři pro své setkání vybrali nádherné a inspirativní prostředí Lednicko-Valtického areálu, zapsaného do seznamu světového a kulturního dědictví UNESCO. V pořadí již pátá konference této série přitáhla pozornost mnoha zahraničních a tuzemských odborníků.

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