Vodní paprsek nebo laser?

24. 1. 2018|  Ze světa techniky

Obrázek k článku

Dávno jsou pryč doby, kdy se obrábění omezovalo pouze na frézování a soustružení. Vezměme si plech, jak z něj vytvoříme požadovaný tvar, aniž bychom použili výše zmíněné technologie?

Využijme sílu vody

Podstatou dělení materiálů je obrušování děleného materiálu tlakem vodního paprsku. Tento proces je v podstatě stejný jako vodní eroze ale značně zrychlený a soustředěný do jednoho místa.

Řezání probíhá nejčastěji na CNC řízených stolech. Pracovní tlak vody se pohybuje v rozmezí
2000 – 6200 Bar. Tlakovým zdrojem jsou speciální vysokotlaká čerpadla, která se liší příkonem a průtokem vody. Paprsek vzniká v řezací hlavě zakončené řezací tryskou. Při zpracování měkkých materiálů se používá čistý vodní paprsek, pro ostatní případy je třeba použít abrazivní paprsek. Vhodnou abrazivní příměsí je přírodní olivín nebo přírodní granát – volba závisí na tvrdosti děleného materiálu.

Pohyb řezací hlavy, a tedy i dráha řezu jsou řízeny počítačem na základě předem sestaveného programu. Tím pádem je možné provést i ten tvarově nejnáročnější řez během jedné operace. V současné době se stále více uplatňuje 3D řezání s eliminací úkosů.

Podívejte se, jak vodní paprsek rozřízl bowlingovou kouli a vyřezal halloweenskou dýni!

 

Obrázek 1 Princip řezání vodním paprskem (zdroj: wikipedia.org)

1 – vysokotlaký přívod vody

2 – rubínová nebo diamantová tryska

3 – abrazivo

4 – směšovací trubička

5 – držák

6 – paprsek

7 – materiál

 

Proč vsadit na vodní paprsek?

  • Velkou výhodou při řezání vysokotlakým vodním paprskem je řezání bez tepelného ovlivnění řezaného materiálu, tzv. studený řez. Obráběný díl nevykazuje fyzikální, chemické ani mechanické změny a je následně snadno obrobitelný.
  • Minimální silové působení paprsku na řezaný materiál, nedochází ke vzniku mikrotrhlin.
  • Univerzálnost – paprsek dělí většinu materiálů při velkém rozsahu řezaných tlouštěk.
  • Řezání vodním paprskem je technologií přátelskou k životnímu prostředí. Při vlastním řezání nevznikají žádné ekologicky nevhodné zplodiny. Spotřeba vody na řezání je velmi malá (závisí na tlaku a velikosti použité trysky). Z odpadní vody se při sedimentaci vyloučí nečistoty. Jako abrazivo se používají netoxické látky, které mohou být recyklovány pro opakované použití. Použité abrazivo může být bez problémů uloženo na skládku.
  • Malý prořez materiálu a z toho vyplývající vysoké využití polotovaru – mezi jednotlivými výrobky se ponechávají mezery cca 3 mm.

Obrázek 2 Ukázka řezání vodním paprskem (zdroj: mmspektrum.com)

Využití technologie řezání vodním paprskem je poměrně široké a dnes se používá v řadě výrobních oborů. Mezi materiály běžně obráběné vodním paprskem patří například:

  • pěnové materiály, plasty, gumy
  • překližka, balza, podlahové krytiny
  • sklolaminát, kompozity, technické a reklamní plasty
  • elektroizolační, tepelněizolační hmoty
  • mramor, žula, pískovec, sklo, dlažba
  • slitiny hliníku, titanu, mědi, niklu
  • ocel konstrukční, legovaná, nástrojová, tepelně zpracovaná, návarová s extrémní tvrdostí

Řezat laserem? Ano i to je možné

Jedná se o progresivní technologii řezání materiálu. Používá se tam, kde to jiným způsobem není možné. Z ekonomického hlediska je však řezání laserem méně efektivní než třeba řezání vodním paprskem. Princip řezání laserovým paprskem lze vysvětlit podle obrázku níže.

Vysoce koncentrovaná světelná energie vyvolaná elektrickým potenciálem v proudícím laserovém plynovém médiu vystupuje z plynové komory jako paprsek, který zrcadlo usměrní přes bezpečnostní ventil čočky. Tato čočka soustředí a koncentruje laserový paprsek přecházející tryskou do ohniska řezné zóny obrobku. V této zóně soustředěné vysoké teplo taví a odpařuje řezný materiál. Laserový paprsek světelné energie vzniká v plynové komoře použitím směsi plynů CO2 + N2 + He. Takovým laserovým paprskem lze řezat materiály o tloušťce 1–3 mm. Pokud se do laserového paprsku přivádí další inertní nebo aktivní plyn, lze řezat materiály tlustší než 10 mm. Do laserového paprsku se může přivádět vzduch, který se při řezání nekovových materiálů chová jako inertní plyn a při řezání kovů jako aktivní plyn.

 

Obrázek 3 Princip řezání laserem (zdroj: Strojárenská technológia I., VŠTE)

1-plynová komora

2-odrazové zrcadlo

3-bezpečnostní ventil

4-čočka

5-řezná zóna

6-tryska

7-přídavný plyn

 

 

V tabulce jsou některá srovnání výsledků řezání materiálů. Podle této tab. je možné porovnat a posoudit vliv absorpce laserového paprsku na materiál obrobku. Touto technologií je možné řezat dřevo, keramiku, kompozitní materiály, kovy, křemen, lepenku, sklo atd.

Tabulka 1: Řezné rychlosti různých materiálů při použití CO2 laseru (zdroj: Strojárenská technológia I., VŠTE)

Řezný materiál Maximální tloušťka

(mm)

Rychlost řezání

(cm . min-1)

Výkon laseru

(W)

Azbest 6 2,5 200
Dřevo 50 10 200
Plstěná deska 5

12

450

114

650

650

Kůže 3 63, 5 200
Ocel 6 63 650
Sklo 4 10 200
Tkaniny 1500 – 9100 650

Jak precizní je laser při vyřezávání papíru můžete vidět na těchto krásných vzorech.

Hlavní přednosti využití této technologie vynikají při zpracování kovů:

  • vysoká opakovatelná přesnost řezání cca +/- 0,1 mm
  • vysoká rychlost řezu
  • především u menších tlouštěk materiálu velice kvalitní, hladký řez, téměř bez okují a stop tepelného zpracování

Obrázek 4 Obrobený materiál laserem (zdroj: chps.cz)

Objektivně je však třeba říci, že dělení laserem je metodou, při které dochází i k výraznému vzniku a přenosu tepla, které může negativně ovlivnit některé dílce. Především u větších tlouštěk kovových materiálů jsou na řezu patrné stopy natavení, mohou vznikat návarky a s rostoucí tloušťkou rovněž přibývá omezení tvarových možností řezu. Některé dílce mohou být i celkově teplem lehce deformovány – prohnuty apod. Teplotně ovlivněná zóna je rovněž méně vhodná pro jemnější obrábění – např. zhotovení závitů. Proto je vhodné nové výrobky konzultovat, případně vyhotovit referenční vzorky. Vzhledem k vysoké produktivitě pracoviště není ekonomické zhotovovat kusové nebo výrazně malosériové zakázky.

Když porovnáme obě popsané metody obrábění, technologie vodního paprsku z nich vychází jako ta výhodnější – voda neovlivňuje vlastnosti materiálu na rozdíl od tepelného působení laseru.

Autor článku: Monika Vaňková

Informace čerpány ze zdrojů: wikipedia.org; Strojárenská technológia I., VŠTE; chps.cz, Řezání laserem 

 

K ukládání nastavení a správnému fungování využíváme soubory cookies. Používáním webu s jejich používáním souhlasíte. Více informací

Souhlasím