Předcházející Následující

Vzdělávací centrum společnosti ESAB

Jak nejlépe řezat ocelové plechy

30, Září, 2013

Kyslíkem, plazmou, laserem nebo vodním paprskem

Je mnoho způsobů jak řezat plechy z uhlíkových ocelí. Některé jsou vhodné pro automatizaci, jiné ne. Některé vyhovují u tenčích desek, jiné u silnějších. Některé jsou rychlé, jiné pomalé. Některé jsou levné, jiné drahé. A některé jsou přesné, a jiné ne. Tento článek se zabývá čtyřmi primárními metodami používanými na CNC zařízeních pro výrobu výpalků a srovnává výhody i nevýhody jednotlivých postupů. Stanovuje i kritéria, na jejichž základě se budete moci rozhodnout, který postup je pro vás optimální.

Řezání kyslíkem

Řezání kyslíkem (neboli plamenem) je zdaleka nejstarší typ řezání, které lze při řezání oceli použít. Obecně je vnímáno jako jednoduchý proces a vybavení i spotřební materiály jsou relativně levné. Kyslíkem lze řezat i velice silnou ocel - záleží vlastně jen na tom, jak velké množství kyslíku je k dispozici. Pomocí kyslíku se již podařilo řezat ocel o tloušťce 900 mm nebo dokonce 1200 mm . Na výrobu tvarových výpalků se jedná většinou o ocel do tloušťky 300 mm.


Při správném nastaven poskytuje řezání kyslíkem hladký povrch a čistý řez. Na spodní hraně vznikne malé množství strusky a horní hrana je lehce zaoblená následkem předehřívacího plamene. Takový povrch je pro mnoho aplikací vhodný i bez dalších úprav.


Řezání kyslíkem je ideální pro ocel silnější, než je 25 mm, ale lze je bez větších problémů použít i pro slabší ocel o tloušťce až pouhé 3 mm. Je to relativně pomalý proces. Další výhodou řezání kyslíkem je, že můžete současně řezat několika hořáky a zvýšit produktivitu.

Řezání plazmou

Řezání plazmovým obloukem se výborně hodí pro středně silnou ocel. Nabízí mnohem vyšší rychlost než řezání kyslíkem, hrany jsou ale méně kvalitní. V tom ohledu je plazma problematická. Optimální kvality hrany dosáhnete, v závislosti na řezacím proudu, u oceli o tloušťce 3 až 40 mm. Celková pravoúhlost hrany utrpí, je-li plech příliš tenký anebo příliš silný (tenčí anebo silnější než je zmíněná tloušťka), i přesto, že hladkost může být stále dobrá a strusky se bude tvořit jen minimum.


Vybavení pro řezání plazmou může být ve srovnání s kyslíkovým hořákem drahé, protože celý systém vyžaduje zdroj napájení, vodní chladič (u systémů přes 100 A), regulátor plynu, kabely hořáku, propojovací kabely pro chlazení a samotný hořák. Ovšem produktivita řezání plazmou, která převyšuje produktivitu řezání kyslíkem, zaplatí náklady takřka okamžitě.


Při řezání plazmou lze použít několik hořáků naráz, ovšem další zvýšení nákladů obvykle omezí maximální počet na dva. Někteří zákazníci i tak používají tři nebo čtyři plazmové systémy na jednom zařízení, obvykle se ale jedná o špičkové výrobce, kteří řežou velké množství stejných součástí, aby zásobovali výrobní linku.

Řezání laserem

Řezání laserem je vhodné pro tenkou ocel až do tloušťky 30 mm. Jakmile tloušťka přesáhne 25 mm, musí být proces řádně nastaven, aby řezání probíhalo spolehlivě, včetně materiálu (kvalitní ocel), čistoty plynu, stavu hubice a kvality paprsku.


Řezání laserem není rychlý proces. V případě nepříliš silné oceli se v podstatě jedná o spalování využívající extrémní žár soustředěného laserového paprsku namísto plamene. Proto je rychlost omezená rychlostí chemické reakce mezi železem a kyslíkem. Řezání laserem je, nicméně, velice přesné. Vzniká při něm velice úzký řez, a proto lze vykrajovat velice precizní kontury a malé otvory specifické velikosti. Kvalita hrany je obvykle velice, velice dobrá. Zoubkovatost je minimální, hrana vysoce pravoúhlá a téměř nevzniká struska.


Další výhodou řezání laserem je jeho vysoká spolehlivost. Životnost spotřebního materiálu je vysoká, automatizace velice dobrá a často lze řezat takřka „bez dozoru“. Představte si, že na řezací stůl položíte ocelovou desku, stiskněte tlačítko Start a jdete domů. Až se ráno vrátíte, budou na vás čekat stovky hotových součástí připravených k dalšímu použití.


Zařízení produkující laserový paprsek je komplexní, CO2 lasery proto neumožňují řezání několika hlavami na témže stroji. S vláknovými lasery je ovšem řezání několika hlavami možné.

Řezání vodním paprskem

Řezání vodním paprskem se při řezání nepříliš silné oceli také dobře uplatní a výsledkem je hladký a extrémně přesný řez. Přesnost vodního paprsku může překonat i laser, protože hrany jsou hladší a nedochází k deformacím způsobeným teplem. Vodní paprsek také není omezen tloušťkou jako laser anebo plazma. Praktický limit při řezání vodním paprskem je 150 až 200 mm kvůli době, kterou řezání oceli této tloušťky zabere, a tendenci vodního paprsku divergovat.


Nevýhodou vodního paprsku je finanční nákladnost. Náklady na zařízení převyšují náklady na plazmové zařízení (kvůli vysoké ceně intenzifikační pumpy), ne ale na laserové zařízení. Provozní náklady na řezání vodním paprskem jsou ovšem mnohem vyšší, především kvůli ceně používaného abraziva.


Vodní paprsek také umožňuje řezání několika hlavami a to dokonce při použití jediné vysokotlaké pumpy. Každá hlava navíc ovšem vyžaduje svůj přívod vody a ten žádá větší pumpu anebo menší hubici.

Rozhodovací kritéria

Jak se tedy nejlépe rozhodnete, jaký postup použijete?

 

1. Začněte tloušťkou:

  • do 2 mm - použijte laser.
  • do 3 mm - použijte plazmu nebo laser.
  • do 6 mm - použijte vodní paprsek, plazmu nebo laser.
  • více než 200 mm - použijte kyslík.
  • více než 50 mm - použijte kyslík nebo vodní paprsek.
  • více než 30 mm - použijte plazmu, kyslík nebo vodní paprsek.

2. Zvažte požadavky na přesnost a kvalitu hran:

  • Je pro vás přijatelná kvalita hrany při řezání plazmou? Většinu výrobků z oceli lze bez problému svařovat i po řezání plazmou.
  • Je pro vás přijatelná tepelně ovlivněná zóna vznikající při řezání kyslíkem, plazmou a laserem? Pokud ne, použijte vodní paprsek.

3. Zvažte, co je důležitější: Produktivita nebo náklady?

  • Je-li nejdůležitější rychlost výroby, je volbou vodní paprsek.
  • Jsou-li důležité nízké počáteční investice a provozní náklady, zvolte kyslík.

Další faktory:

Tolerance pro následné operace

  • Můžete tolerovat občasnou strusku na spodní straně desky? Pokud ne, použijte vodní paprsek nebo laser.
  • Vyžadují další operace dokonale kruhové otvory? Pokud ano, použijte vodní paprsek nebo laser.

Větší počet nástrojů

Umožňují samotné součásti řezání 2 hořáky, 4 hořáky či větším počtem hořáků? V tom případě dejte přednost kyslíku před plazmou či laserem. Řezání větším počtem plazmových hořáků možné je, ale zvážíte-li počáteční investice, je to velice nákladná záležitost. Použijte-li vodní paprsek, lze několik řezacích trysek pohánět jedinou intenzifikační pumpou; musíte si ovšem pořídit pumpu dostatečně výkonnou na to, aby zásobovala několik hlav. Laser býval doposud omezen na jedinou řezací hlavu, vláknový laser ovšem nabízí možnost použít několik hlav pro simultánní řezání.

Další komplikace

Dalším faktorem, který může zkomplikovat libovolnou kalkulaci, je idea multiprocesního řezání - použití dvou řezacích postupů na tutéž součást. Logicky lze nejspíše zkombinovat vodní paprsek a plazmu anebo vodní paprsek a kyslíkový plamen. Díky nové technologii vláknového laseru lze nyní kombinovat i laser a plazmu nebo laser a kyslíkový plamen. Výhodou multiprocesního řezání je možnost použít pomalejší a přesnější proces pro některé řezy a poté přepnout na rychlejší a levnější proces pro další řezy. Výsledkem je produkce součástí s potřebnou přesností, přitom ale daleko levnější než při použití vysoce přesného postupu k výrobě celých součástí.

Shrnutí

Překryv rozsahu tlouštěk a různých možností těchto čtyř metod činí výběr konkrétního postupu pro danou nepříliš silnou ocel obtížným. Zpracovatelé oceli, kteří potřebují řezat široké spektrum materiálů, si často pořídí zařízení umožňující dva anebo více způsobů řezání. Někdy lze určit, který postup je pro danou součást optimální, jedině tak, že ji vyzkoušíte opracovat několika způsoby a zjistíte, který vyhovuje nejvíc. 

Kategorie Řezací systémy , Klíčová slova Plazma, Proces, Vodní paprsek

x
x

x

Loading..