Vodný lúč alebo laser?

24. 1. 2018|  Zo sveta techniky

Obrázek k článku

Tie časy, kedy sa obrábanie limitovalo iba na frézovanie a sústruženie, sú dávno preč. Vezmime si plech. Ako z neho vytvoríme požadovaný tvar bez toho, aby sme použili vyššie spomenuté technológie?

Využime silu vody

Podstatou materiálového delenia je obrusovanie deleného materiálu tlakom vodného lúča. Tento proces je v podstate rovnaký ako vodná erózia, ale značne zrýchlený a sústredený do jedného bodu.

Rezanie prebieha najčastejšie na CNC riadených stoloch. Pracovný tlak vody sa pohybuje v rozmedzí 2000 – 6200 Bar. Tlakovým zdrojom sú špeciálne vysokotlakové čerpadlá, ktoré sa líšia príkonom a prietokom vody. Lúč vzniká v rezacej hlave zakončenej rezacou tryskou. Pri spracovaní mäkkých materiálov sa používa čistý vodný lúč, pre ostatné prípady je potrebné použiť abrazívny lúč. Vhodnou abrazívnou prímesou je prírodný olivín alebo prírodný granát – voľba závisí na tvrdosti deleného materiálu.

Pohyb rezacej hlavy, a teda aj dráha rezu sú riadené počítačom na základe vopred zostaveného programu. Tým pádom je možné previesť aj ten tvarovo najnáročnejší rez behom jednej operácie. V súčasnej dobe sa stále viac uplatňuje 3D rezanie s elimináciou úkosov.

Pozrite sa, ako vodný lúč rozrezal bowlingovú guľu, a vyrezal halloweensku dyňu.

Obrázok 1 Princíp rezania vodným lúčom (zdroj: wikipedia.org)

1 – vysokotlakový prívod vody

2 – rubínová alebo diamantová tryska

3 – abrazivo

4 – zmiešavacia trubička

5 – držiak

6 – lúč

7 – materiál

 

 

 

Prečo zvoliť vodný lúč?

  • Veľkou výhodou pri rezaní vysokotlakovým vodným lúčom je rezanie bez tepelného ovplyvnenia rezaného materiálu, tzv. studený rez. Obrábaný diel nevykazuje fyzikálne, chemické ani mechanické zmeny a je následne ľahko obrábateľný.
  • Minimálne silové pôsobenie lúča na rezaný materiál, nedochádza k vzniku mikrotrhlín.
  • Univerzálnosť – lúč delí väčšinu materiálu pri veľkom rozsahu rezaných hrúbok.
  • Rezanie vodným lúčom je tiež environmentálne šetrná technológia. Nevznikajú pri nej žiadne ekologicky závadné splodiny. Spotreba vody na rezanie je veľmi malá (závisí na tlaku a na veľkosti použitej trysky). Z odpadovej vody sa pri sedimentácií vylúčia nečistoty. Ako abrazivo sa používajú netoxické látky, ktoré môžu byť recyklované pre opakované použitie. Použité abrazivo môže byť bez problémov uložené na skládku.
  • Malý prierez materiálu a z toho vyplývajúce vysoké využitie polotovaru – medzi jednotlivými výrobkami sa ponechávajú medzery cca 3 mm.

Obrázok 2 Ukážka rezania vodným lúčom (zdroj: mmspektrum.com)

 

Využitie technológie rezania vodným lúčom je pomerne široké a dnes sa používa v množstve výrobných odborov. Medzi materiály bežne obrábané vodným lúčom patria napríklad:

  • penové materiály, plasty, gumy
  • preglejka, balza, podlahové krytiny
  • sklolaminát, kompozity, technické a reklamné plasty
  • elektroizolačné, tepelneizolačné hmoty
  • mramor, žula, pieskovec, sklo, dlažba
  • zliatiny hliníku, titanu, medi, niklu
  • oceľ konštrukčná, legovaná, nástrojová, tepelne spracovaná, s extrémnou tvrdosťou

Rezať laserom? Áno, aj to je možné

Jedná sa o progresívnu technológiu rezania materiálu. Používa sa tam, kde to iným spôsobom nie je možné. Z ekonomického hľadiska je však rezanie laserom menej efektívne, než napríklad rezanie vodným lúčom. Princíp rezania laserovým lúčom je možné vysvetliť podľa obrázku nižšie.

Vysoko koncentrovaná svetelná energia vyvolaná elektrickým potenciálom v laserovom plynovom médiu vystupuje z plynovej komory ako lúč, ktorý je prostredníctvom zrkadla usmernený cez bezpečnostný ventil šošovky. Táto šošovka sústredí a koncentruje laserový lúč prechádzajúci tryskou do ohniska reznej zóny obrobku.

Vysoké teplo sústredené v tejto zóne taví a odparuje rezaný materiál. Laserový lúč svetelnej energie vzniká v plynovej komore použitím zmesi plynov CO2 + N2 + He. Takým laserovým lúčom je možné rezať materiály o hrúbke 1-3 mm. Pokiaľ sa do laserového lúča privádza ďalší inertný alebo aktívny plyn, je možné rezať materiály hrubšie než 10 mm. Do laserového lúča sa môže privádzať vzduch, ktorý sa pri rezaní nekovových materiálov chová ako inertný plyn a pri rezaní kovu ako aktívny plyn.

Obrázok 3 Princíp rezania laserom (zdroj: Strojárenská technológia I., VŠTE)

1 – plynová komora

2 – odrazové zrkadlo

3 – bezpečnostný ventil

4 – šošovka

5 – rezná zóna

6 – tryska

7 – prídavný plyn

 

 

V tabuľke sú niektoré porovnania výsledkov rezania materiálov. Podľa tejto tab. je možné porovnať aj vplyv absorpcie laserového lúču na materiál obrobku. Touto technológiou je možné rezať drevo, keramiku, kompozitné materiály, kovy, kremeň, lepenku, sklo, atď.

Tabuľka 1 Rezné rýchlosti rôznych materiálov pri použití CO2 laseru (zdroj: Strojárenská technológia I., VŠTE)

Rezný materiál Maximálna hrúbka

(mm)

Rýchlosť rezania

(cm . min-1)

Výkon laseru

(W)

Azbest 6 2,5 200
Drevo 50 10 200
Plstená doska 5

12

450

114

650

650

Koža 3 63, 5 200
Oceľ 6 63 650
Sklo 4 10 200
Tkaniny 1500 – 9100 650

 

Precíznosť laseru pri vyrezávaní papieru môžete vidieť na týchto krásnych vzoroch.

Hlavné prednosti využitia tejto technológie vynikajú pri spracovaní kovov:

  • vysoká opakovateľná presnosť rezania cca +/- 0,1 mm
  • vysoká rýchlosť rezu
  • predovšetkým u menších hrúbok materiálu veľmi kvalitný, hladký rez, takmer bez okovín a stôp tepelného spracovania

Obrázok 4 Obrobený materiál laserom (zdroj: chps.cz)

 

Objektívne je však potrebné povedať, že delenie laserom je metódou, pri ktorej dochádza aj k výraznému vzniku a prenosu tepla, ktoré môže negatívne ovplyvniť niektoré diely. Predovšetkým u väčších hrúbok kovových materiálov sú na reze badateľné stopy natavenia, môžu vznikať návarky a s rastúcou hrúbkou taktiež narastá obmedzenie tvarových možností rezu. Niektoré diely môžu byť deformované (prehnuté) aj teplom. Teplotne ovplyvnená zóna je rovnako menej vhodná pre jemnejšie obrábanie – napr. zhotovenie závitov. Preto je vhodné nové výrobky konzultovať, prípadne vyhotoviť referenčné vzorky. Vzhľadom k vysokej produktivite pracoviska nie je ekonomické zhotovovať kusové alebo výrazne máloseriové zákazky.

Keď porovnáme obe popísané metódy obrábania, technológia vodného lúča z nich vychádza ako tá výhodnejšia – voda neovplyvňuje vlastnosti materiálu na rozdiel od tepelného pôsobenia laseru.

Informácie čerpané zo zdrojov: wikipedia.org; Strojárenská technológia I., VŠTE; chps.cz, Řezání laserem

K ukladanie nastavení a správnemu fungovaniu využívame súbory cookies. Používaním webu s ich používaním súhlasíte. Viac informácií

Súhlasím