TECHNOLOGIE DĚLENÍ MATERIÁLU

Řezání materiálu vysokotlakým vodním paprskem

Řezání materiálu laserovým paprskem

 Řezání materiálu kyslíkoacetylenovým plamenem

 Řezání materiálu kyslíkoacetylenovým plamenem

pracovní plocha 4000 x 2000 mm

přesnost výrobku ± 1 až 3 mm/m

řezání oceli do tloušťky 200 mm

http://www.abjet.cz/photogallery/flame/cz/slides/img_0001.html

Řezání materiálu vysokotlakým vodním paprskem

síla děleného materiálu od 0,1 do 200 mm

osa x (portál) 2,3,4 m, osa y 2 – 14 m po 1m, osa z 305 mmmax. řezná rychlost 25 m/min

standardní přesnost výřezu pro tloušťky do 25mm je ± 0,07 – 0,4 mmvíce než 25 mm tloušťky matr. je přesnost ± 0,12 – 2,5 mm

šířka řezné spáry (průměr paprsku) při použití abraziva je 0,5 - 1,2 mmšířka řezné spáry čistým vodním paprskem 0,1 – 0,25 mm

Podstatou této metody dělení materiálů je obrušování děleného materiálu tlakem vodního paprsku. Pracovní tlak vody se pohybuje v rozmezí 800 - 4100 Bar. Tlakovým zdrojem jsou speciální vysokotlaká čerpadla,která se liší příkonem (9 - 75 kW) a průtokem vody (1,2 -7,6 l/min). Paprsek vzniká v řezací hlavě zakončené tryskou. Při zpracování měkkých materiálů používáme čistý vodní paprsek, pro ostatní případy je třeba použít abrazivní paprsek. Vhodnou příměsí je přírodní olivín nebo granát - abrazivo zvolené dle tvrdosti řezaného materiálu. Pohyb řezací hlavy a tedy celá dráha řezu je řízena počítačem dle předem sestaveného programu. Je možné provádět i tvarově složité řezy během jedné operace. Standardní přesnost výřezu je ± 0,2 mm/m. Dělený materiál není silově namáhán. Řezná hrana není nijak tepelně ovlivněna, vždy se jedná o studený řez. Tato skutečnost je velmi důležitá a také rozhodujícím způsobem odlišuje vodní paprsek od ostatních technologií na dělení materiálů, zvláště laseru a mikroplazmy. Po provedení řezu se směs vody a abraziva zachycuje v lapači (vaně), umístěné pod řezaným materiálem.

Vodní paprsek nyní dokáže řezat se stálým pracovním tlakem 6500 barů

Rozhodujícím faktorem pro vysoký řezný výkon jsou tvar a rychlost vodního paprsku.

ultra-vysokotlaké čerpadlo - olej o tlaku 210 barů

působí na plochu nízkotlakého pístu o velkém průměru

nízkotlaký píst je připojen k vysokotlakému pístu

stlačuje vodu a vytváří aktuální tlak budoucího vodního paprsku

pracovní tlak je výsledkem převodového poměru mezi plochou pístu, na který působí hydraulický olej, a plochou pístu, stlačujícího vodu

převodový poměr povrchů je 31:1, z původních 210 barů je vytvořen tlak více než 6500 barů

čím vyšší je tlak vody v dýze, tím vyšší je kinetická energie (rychlost) paprsku

vyšší pracovní tlak ≈ nižší množství abrazivního materiálu ≈ nižší náklady

díky rychlejšímu vodnímu paprsku je možné řezat přesněji s nižší spotřebou abrazivního písku, přičemž ještě navíc snížíme spotřebu vody

řezná rychlost vzroste od 30 do 50 %

Výhody řezání vodním paprskem 

studený řez, nedochází k tepelnému ovlivnění řezaného materiálu a tím ani ke změnám struktury

minimální silové působení paprsku na řezaný materiál – nedochází ke vzniku mikrotrhlin

univerzálnost – dělí téměř všechny materiály. Lze řezat i velmi obtížně dělitelné a jinak neobrobitelné materiály

řez je bez otřepů,většinou odpadá nutnost následného opracování, odjehlování a srážení ostrých hran

možnost provedení i nejsložitějších tvarů jedinou operací, včetně průchozích otvorů a drážek lze dosahovat vysokého využití polotovaru díky malému průměru paprsku a možnosti vyskládání více tvarů na jeden polotovar

 

Vodní paprsek

(Waterjet)Plazma Laser EDM

Postup Erozní

proces:

vysokorychlostní

kapalný

brusný papír

Proces spalování/tavení

s pomocí oblouku

vysokoteplotního

ionizovaného

plynu

Proces

tavby

s pomocí

soustředěného

paprsku laserového světla

Erozní

proces s využitím

elektrického

výboje

Materiály Veškerý materiál. Především ocel,

nerez ocel a

hliník.

Především ocel,

nerez ocel a

hliník.

Je možné řezat i

řadu

jiných materiálů.

Pouze vodivé

materiály.

Tloušťka Až 24 palců,

prakticky každý

materiál.

Omezení v ose Z

je pouze

limitováno tloušťkou.

Až 2–3 palce,

v závislosti na

materiálu.

Obvykle 1 palec

nebo méně,

v závislosti

na

materiálech.

Obvykle 12

palců nebo méně.

Přesnost dílů Do 0,001" Do 0,010" Do 0,001" Do 0,0001"

Kapitálové

investice

od 60 tis. USD až více než

300 tis. USD

od 60 tis. USD až více než

300 tis. USD

od 200 tis. USD až více než

1 mil. USD

od 100 tis. USD až více

než

400 tis. USD

Nastavení

stroje

Stejné nastavení

pro všechny

materiály

Různé

nastavení pro

různé úlohy

Různé plyny

a parametry

pro různé úlohy

Různé

typy vodičů pro

různé úlohy

nevznikají škodlivé emise do ovzduší a nedochází k chemickému působení na řezaný materiál

Příklady dělených materiálů 

ocel konstrukční,legovaná,tepelně zpracovaná,návarová s extrémní tvrdostí

slitiny hliníku, titanu, mědi, niklu apod

sklolaminát, kompozity, technické a reklamní plasty

mramor, žula, pískovec,dlažba

sklo, plexisklo

elektroizolační a tepelně izolační kompozity

těsnící a pěnové materiály,expandovaný grafit

podlahové krytiny, překližka, balza

http://www.abjet.cz/photogallery/watter_jet/cz/slides/img_0011.html

Řezání materiálu laserovým paprskem

síla děleného materiálu od 1 do 15 mm ( konstrukční ocel )

síla děleného materiálu od 1 do 6 mm ( nerezová ocel )

pracovní plocha 3000x2000 mm

přesnost výrobku ± 0,1až 0,5 mm

LASER

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, tj. 'zesilování světla stimulovanou emisí záření'

Světlo je z laseru vyzařováno ve formě úzkého svazku; na rozdíl od světla přirozených zdrojů je polarizované, koherentní a monochromatické

1. Aktivní prostředí2. Zdroj záření3. Odrazné zrcadlo4. Polopropustné zrcadlo5. Laserový paprsek

Laser je tvořen aktivním prostředním (1), rezonátorem (3,4) a zdrojem energie(2)

Rezonátor

Ve většině laserů světlo opakovaně prochází tzv. rezonátorem - optickou dutinou vymezenou zrcadly. V nejobvyklejších případech je rezonátor tvořen dvěma zrcadly, z nichž je jedno zcela odrazivé a druhé částečně propustné. Existují také kruhové rezonátory.

Zrcadla se používají obvykle dielektrické zrcadlo, někdy se používá leštěný kov, např zlato. V některých případech (laserová dioda) má dostatečnou odrazivost samotné rozhraní aktivního prostředí se vzduchem.

Pozn.: Některé lasery s dostatečně velkým ziskem v aktivním prostředí rezonátor nepotřebují a pracují superradiačně - to znamená, že záření stačí jediný průchod k získání dostatečné intenzity. Patří mezi ně např. dusíkový nebo měděný laser.

Zrcadla v rezonátoru zdaleka nemusí být rovinná. Naopak, v řadě případů je výhodné použít nejen konkávní, ale i konvexní zrcadla. Stabilita záření v rezonátoru závisí na poloměrech křivosti zrcadel a délce rezonátoru.

Aktivní prostředí

Aktivní prostředí je látka obsahující oddělené kvantové energetické hladiny elektronů; může se jednat o:

plyn nebo směs plynů, hovoříme pak o plynových laserech

monokrystal kde hladiny vznikají dopováním; takové lasery se nazývají pevnolátkové

polovodič s p-n přechodem v případě diodových laserů organická barviva polovodičové multivrstvy – jsou základem kvantových kaskádních laserů volné elektrony v případě laserů na volných elektronech

Viditelné barevné spektrum

Barevné spektrum - lidským okem viditelná část spektra elektromagnetického záření (380 až 750 nm odpovídá

frekvenci 400-790 THz). - viditelné světlo

Oko je nejcitlivější na elektromagnetické záření vlnové délky 555 nm (540 THz), tj. na zelenou barvu.

nmnm

Ultrafialovézáření

blízké ultrafialové záření o vlnové délce (400 – 200 nm), daleké ultrafialové záření (200 – 10 nm)

Rentgenové záření

rentgenové záření – vlnová délka 10 nm – 0,1 nm

Infračervenézáření

Infračervené záření zabírá ve spektru 3 dekády a má vlnovou délku mezi 760 nm a 1 mm

IRUV

Mikrovlnnézáření

T

mikrovlny - elektromagnetické vlny o vlnové délce větší než 1 mm a menší než 1 m, což odpovídá frekvenci 300 MHz – 300 GHz

RTG(X)

Typy laserů

Typ laseru Aktivní prostředí Vlnová délka Spektrální oblast Příklady použití

Pevnolátkové

Rubínový laser Rubín 694,3 nm červená holografie, odstraňování tetování

Nd:YAG laser Neodym, YAG 1064 nm IRlitografie, chirurgie, strojírenství, spektroskopie

Ho:YAG laser Ho:YAG 2,1 μm IR chirurgie, stomatologie

Er:YAG laser Erbium, YAG 2,94 μm IR chirurgie, stomatologie

Titan-safírový laser titan, safír 690 - 1000 nm červená, IR spektroskopie, fs pulsy

Alexandritový laser Alexandrit 700 - 800 nm červená, IR žíhání, řezání

Barvivové

Rhodamin 6G laser Rhodamin 6G 570-650 nmžlutá, oranžová, červená

dermatologie

Kumarin C30 laser Kumarin C30 504 nm zelená oftalmologie, chirurgie

Plynové - Iontové

Argonový laser argon 488 nm, 514 nmmodrá, zelená

oftalmologie, spektroskopie

Hélium-kadmiový laser hélium, kadmium 325 nm, 442 nm UV, modrá

Plynové - Molekulární

Vodíkový laser vodík100 - 120nm, 140 - 165nm

UV

CO2 laser Oxid uhličitý 10,6 μm IR sváření, řezání, stomatologie, gravírování

CO laser Oxid uhelnatý 5 - 6,5μm IR

Excimerové laseryArF, KrCl, KrF, XeCl, XeF

193 - 351 nm UVoftalmologie, laserová ablace, fotolitografie

Dusíkový laser dusík 337 nm UV

Polovodičové

GaAs laser GaAs 650 nm, 840 nm červená, IR laserová ukazovátka, laserová tiskárna

GaAlAs laser GaAlAs 670-830 nm červená telekomunikace, přehrávače CD, displeje

AlGaInP laser AlGaInP 650 nm červená přehrávače DVD

GaN laser GaN 405 nm modrá Blu-ray disky

InGaAlP laser InGaAlP 630-685 nm červená lékařství

Bezpečnostní rizika Bezpečnostní symbol laseru třídy 2 a vyšší

Pokud laser pracuje na určitých vlnových délkách, na které je schopno se oko soustředit a které mohou být dobře soustředěny sítnicí a rohovkou oka, tak vysoká koherence a malý rozptyl laserového paprsku může u některých typů laserů způsobit, že je přijímaný paprsek soustředěn pouze do extrémně malého bodu na sítnici. To vede k bodovému přehřátí sítnice a k trvalému poškození zraku. Lasery jsou rozděleny do bezpečnostních tříd:

třída I: možný trvalý pohled do svazku laserových paprsků třída II: kontinuální a viditelné záření, přímý pohled do zdroje možný, oko ochrání mrkací

reflex třída III:

a) totéž jako třída II, ale oko již může být poškozeno za pohledu do zdroje pomocí optické soustavy (např. dalekohled)

b) nebezpečí poškození oka, nutno používat ochranné pomůcky (i při pozorování odrazu), max. emise 0,5 W

třída IV: totéž jako třída III b), emise překračuje výkon 0,5 W

Běžně dostupné lasery bývají maximálně ve třídě III (optické soustavy cd přehrávačů)

Výkonné lasery (třídy IV) jsou schopné způsobit popáleniny,řezné nebo tržné rány; případně způsobit požár.

Plynové CO2 lasery

Plynové lasery patří k nejstarším typům laserů

lasery se středním výkonem, 500–6 000 W (20 kW)

řezání ocelových plechů do tloušťky 25 mm (dosáhlo se i 40 mm), řezání trubek a profilů

možné řezat i hliník (do 15 mm) a mosaz (do 8 mm)

nad 6 000 W se CO2 lasery používají zvláště pro svařování u automatizované velkosériové výroby, kdy se dosahuje hloubky svaru i 20 mm

čtvercové stavby rezonátoru s recirkulací plynu turbodmychadlem

Oproti pevnolátkovým a diodovým nemohou vést výstupní paprsek od jeho zdroje k místu užití optickým vláknem

Zvláště se tento nedostatek začal pociťovat u robotizovaných pracovišť

Pevnolátkové Nd:YAG lasery

v rozsahu výkonů do 10 kW

Aktivní prostředí této skupiny laserů tvoří pevné krystalické, případně amorfní látky, dopované příměsí vhodných plynů

Nd:YAG lasery (vyzařování na vlně 1,064 µm), kde yttrito-hlinitý granát (YAG) je dopován ionty neodymu Nd

Jejich výhodou, na rozdíl od plynových laserů, je zde ale možnost vedení výstupního paprsku optickým vláknem, což dává obzvláště dobré možnosti pro aplikace u robotizovaných a automatizovaných pracovišť

nad 2 000 W se používá především ke svařování

pevnolátkových laserů užívá i pro 3D opracování

Lasery nižších výkonů jsou vhodné pro práce v jemné mechanice a elektronice, popisování, mikroopracování až filigránské práce

Výkonové diodové lasery

Diodové polovodičové lasery s vyzařováním na vlnové délce 790–980 nm

V obvyklém výkonovém rozpětí do 250 W se používají k řezání a svařování plastů a kovových fólií, případně k pájení

Diodové výkonové lasery mají dobrou účinnost, nízké investiční i provozní náklady i vysokou životnost

U těchto laserů je možné poměrně snadné přelaďování v širokém rozmezí vlnových délek, které se docílí změnou zastoupení jednotlivých prvků v polovodiči

Excimerové lasery

vyzařují v oblasti spektra přibližně od 157 do 351 nm

pracují s halogenidy nebo oxidy vzácných plynů

Pro svou krátkou vlnovou délku v ultrafialové části spektraposkytují tyto lasery opracování s ostrými okraji, přičemž jen minimálně tepelně zatěžují okolí dopadu paprsku

Používají se proto především pro práce v oborech elektroniky a jemné mechaniky

Lambda SX 540 C s výkonem 540 W, vyzařující na vlně 308 nm a dávající v pulzu 700 až 900 mJ

Konstrukce stroje

Řídící technika

Bezpečnost

Laserový paprsek

Programování