OPTIMIRANJE RAZREZA PLOČEVINE S CNC REZALNIKI V PODJETJU KLIMA CELJE

Transcription

1 OPTIMIRANJE RAZREZA PLOČEVINE S CNC REZALNIKI V PODJETJU KLIMA CELJE Študent: Študijski program: Smer: Drago TEPEŠ Visokošolski strokovni študijski program Strojništvo Proizvodno strojništvo Mentor: Somentor: izr. prof. dr. Ivo PAHOLE doc. dr. Igor DRSTVENŠEK Maribor, december 2008

2 I

3 I Z J A V A Podpisani Drago TEPEŠ izjavljam, da: je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom izr. prof. dr. Iva PAHOLETA in somentorstvom doc. dr. Igorja DRSTVENŠKA; predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi; soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet Univerze v Mariboru. Maribor, Podpis: II

4 ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Ivu PAHOLETU in somentorju doc. dr. Igorju DRSTVENŠKU za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Zahvaljujem se tudi kolektivu podjetja Klima Celje, kjer so mi nudili pomoč pri diplomski nalogi. Posebna zahvala velja domačim, ki so mi omogočili študij. III

5 OPTIMIRANJE RAZREZA PLOČEVINE S CNC REZALNIKI V PODJETJU KLIMA CELJE Ključne besede: razrez pločevine, CNC rezalniki, optimiranje, laserski razrez, razrez z vodnim curkom, razrez s plazmo. UDK: :621-5(043.2) POVZETEK Pri neserijski oz. maloserijski proizvodnji, ki se začne z razrezom, je zelo pomembna izbira optimalne tehnologije. V podjetju Klima Celje je v uporabi plazemski razrez, ki kaže določene pomanjkljivosti. Z namenom ugotovitve, kateri postopek razreza je najbolj optimalen, sem primerjal laserski, plazemski in razrez z vodnim curkom. Primerjavo sem izvedel na konkretnem izdelku in na podlagi tega prikazal primernost določene tehnologije reza, oz. upravičenost uvedbe novega postopka rezanja. IV

6 OPTIMIZATION OF SHEET METAL CUTTING PROCESS FOR CNC CUTTING MACHINES IN FACTORY KLIMA CELJE Key words: sheet metal cutting, CNC laser cutting machines, optimization, laser cutting, water injection cutting, plasma cutting UDK: :621-5(043.2) SUMMARY At retail production that always begins with cutting is very important choice of optimal technology. The plasma cutting is used in the industry of air conditioning devices Klima Celje, but such cutting has some deficiencies. In order to find out the most optimal cutting procedure, I compared laser-, plasma-, and water injection cutting. The comparison was accomplished by a concrete product. On the basis of such comparison I could represent the appropriateness of certain cutting technology and justification of introducing a new cutting procedure. V

7 KAZALO VSEBINE 1 UVOD PREDSTAVITEV PODJETJA KLIMA CELJE D.D KAKO PRITI DO NAS OPIS USTANOVITVE RAZVOJA IN DEJAVNOSTI PODJETJA OPIS DEJAVNOSTI PODJETJA PROIZVODNI PROGRAM SERIJSKA PROIZVODNJA Aksialni ventilatorji TIP LAZ 250, LAZ Aksialni ventilatorji tip AVL Strešni ventilatorji SVH in SVV Grelniki Centrifugalni ventilatorji CVX Aksialni ventilatorji Klima centrale KC Ventilatorji za odvod dima in toplote ODT Toplotni izmenjevalci REZANJE PLOČEVINE Z LASERJEM ZGODOVINA LASERJA KAJ JE LASER IN KAKO DELUJE VRSTE LASERJEV Plinski laserji CO 2 laser Princip delovanja CO 2 laserja Značilnosti laserskega rezanja Lasersko sublimacijsko rezanje Lasersko talilno rezanje Lasersko plamensko rezanje Značilnosti reza pri laserski obdelavi VI

8 4 REZANJE PLOČEVINE S PLAZMO ZGODOVINA PLAZME KAJ JE PLAZMA USTVARJANJE PLAZEMSKEGA OBLOKA Nastanek plazme RAZLIČNI POSTOPKI REZANJA S PLAZMO Plazemski oblok z dvojnim tokom plina Uporaba vode namesto zaščitne atmosfere Uporaba vodnega curka za zožitev obloka Podvodno rezanje Plazemsko rezanje s pomočjo kisika kisikova plazma Plazemsko rezanje s pomočjo curka kisika in dušikom kot rezalnim plinom VAROVALNI PLINI PREDNOSTI IN SLABOSTI REZANJA S PLAZMO Poševnost reza Hrup REZANJE PLOČEVINE Z VODNIM CURKOM ZGODOVINA VODNEGA CURKA PRINCIP DELOVANJA UPORABA VODNEGA CURKA Uporaba tehnologije vodnega curka Prednosti Slabosti PRIMERJAVA POSTOPKOV LASER, VODA ALI PLAZMA KAJ JE NAJBOLJ PRIMERNO ZA REZANJE EKONOMIČNOST REZANJA Z LASERJEM, PLAZMO IN ABRAZIVNIM VODNIM CURKOM UČINKOVITOST OBDELAVE RAZLIČNIH MATERIALOV Laserski rez Plazemski rez Abrazivni vodni curek VII

9 6.4 INVESTICIJSKI IN OBRATOVALNI STROŠKI CO 2 laserski sistem Plazemski sistem AVC-sistem Komplementarnost tehnologij STROŠKOVNA ANALIZA REZANJA S PRIMERJAVO MED POSTOPKI IZBIRA NAJPRIMERNEJŠEGA POSTOPKA Zahteve v podjetju in trenutno stanje Najoptimalnejši postopek ZAKLJUČEK VIII

10 KAZALO SLIK Slika 1: Karta mesta Celje... 2 Slika 2: Aksialni ventilator, tip LAZ... 5 Slika 3: Aksialni ventilator tip AVL zidna izvedba... 6 Slika 4: Aksialni ventilator tip AVL kanalska izvedba... 6 Slika 5: Tip SVH horizontalni izstop zraka... 7 Slika 6: Tip SVV vertikalni izstop zraka... 7 Slika 7: Grelnik... 8 Slika 8: Visokotlačni centrifugalni ventilator z velikim pretokom... 9 Slika 9: Aksialni ventilator za predore... 9 Slika 10: Sestavljena klima centrala Slika 11: ODT aksialni ventilator s prisilnim hlajenjem (630 C/120 min) Slika 12: Toplotni izmenjevalec Slika 13: Poenostavljen model atoma Slika 14: Tri vrste prehodov med stanji med atomi Slika 15: Dnevna svetloba in laserska svetloba Slika 16: Resonator Slika 17: Rubinov laser Slika 18: Energijske razmere pri rezanju z laserjem Slika 19: Značilnosti laserskega reza v odvisnosti od debeline materiala (material St37) Slika 20: Agregatna stanja Slika 21: Prvi korak ustvarjanja plazme Slika 22: Vžig pilotnega obloka neprenesen oblok Slika 23: Prenos pilotskega obloka prenesen oblok Slika 24: Vzpostavljen oblok začne se rezanje Slika 25: Plazemsko rezanje Slika 26: Plazemsko rezanje z uporabo vodnega curka Slika 27: Precizno plazemsko rezanje Slika 28: Plazemski oblok z dvojnim tokom plina Slika 29: Plazemsko rezanje z zrakom Slika 30: Dvojni oblok IX

11 Slika 31: Poševnost reza Slika 32: Rezanje granita z vodnim curkom Slika 33: Območja uporabe rezalnih postopkov Slika 34: Prebijanje 20-milimetrske nerjavne pločevine s 5-kW CO 2 laserjem Slika 35: Rezanje 20-milimetrske nerjavne pločevine z AVC s hitrostjo 80 mm/min Slika 36: Sestava plazemske rezalne glave KAZALO PREGLEDNIC Preglednica 1: Primerjava postopkov Preglednica 2: Vrste plazemskih plinov in uporaba Preglednica 3: Lastnosti materiala, ki karakterizirajo njegovo obdelovalnost pri obdelavi z AVC Preglednica 4: Izračun strojne ure za laserski sistem Preglednica 5: Izračun strojne ure plazma sistema Preglednica 6: Izračun strojne ure AVC sistema Preglednica 7: Okvirne vrednosti rezalnih hitrosti Preglednica 8: Tehnološke značilnosti konturnih postopkov rezanja Preglednica 9: Čas razreza po posameznih tehnologijah v urah Preglednica 10: Cena razreza po posameznih tehnologijah v EUR Preglednica 11: Urne postavke na trgu Preglednica 12: Zgornji in spodnji odstopki netoleriranih mer v mm KAZALO GRAFIKONOV Grafikon 1: Prikaz hitrosti rezanja Grafikon 2: Prikaz stroškov rezanja Grafikon 3: Čas razreza po posameznih tehnologijah v urah Grafikon 4: Cena razreza po posameznih tehnologijah v EUR X

12 KAZALO PRILOG Priloga 1: Cetrifugalni ventilator 126 CVX 1600 v proizvodnji Priloga 2: Načrt ventilatorja Priloga 3: Parametri rezanja Priloga 4: Risbe 5 mm Priloga 5: Risbe 8 mm Priloga 6: Risbe 10 mm in 12 mm Priloga 7: Risbe 15 mm Priloga 8: Risbe 20 mm in 35 mm XI

13 UPORABLJENI SIMBOLI λ - valovna dolžina c - svetlobna hitrost f - frekvenčni interval spontane emisije N - število vzbujenih atomov τ - življenjska doba vzbujenih atomov t - povprečni čas bivanja fotonov v resonatorju E A - absorbirana energija E L - energija žarka E R - odbita energija E pr - prevajanje toplote E sev - sevalna energija E kon - konvekcijska energija Ra - hrapavost u - koničnost reza R - zaostajanje žarka κ - toplotna prevodnost d - difuzija Q t - talilna toplota Q i - izparilna toplota XII

14 UPORABLJENE KRATICE ISO - standard sistema kakovosti ATEX - certifikat skladnosti v exsplozivnih atmosferah TÜV - certifikacijska organizacija AVC - abrazivni vodni curek XIII

15 1 UVOD Časi, ko so delavci pločevino rezali ročno s plamenskimi gorilniki so že zdavnaj mimo. Včasih so se grobe mere rezale s ročnimi plamenskimi rezalniki, na kar je bilo potrebno veliko naknadne obdelave. Bile so velike količine odpadnega materiala, visoki stroški, časi izdelave pa sploh ne primerljivi z današnjimi. Rojstvo računalnikov je pomenilo tudi hiter razvoj v industriji, ročno krmilje je prevzela avtomatika nad katero bdi računalnik. Razvijati so se začeli čisto novi stroji, ki so ponujali čisto nove razsežnosti obdelave. Danes praktično ni stroja, ki ga ne upravlja računalnik. Največje možnosti obdelave so nova krmilja odprla ravno na področju rezanja pločevin. CNC rezalniki omogočajo izdelavo oblik kakršno koli si zamislimo. Dela, ki so se včasih izvajala ročno, lahko danes ti rezalniki opravijo na desetinko milimetra natančno. Na področju rezanja danes prevladujejo tri tehnologije, ki uspešno zamenjujejo klasične postopke odnašanja materiala. Laser, plazma in vodni curek. Vsak postopek ima dobre in slabe lastnosti. Konkurenca na trgu dela je velika, izdelki imajo različno zahtevnost. So materiali, ki zahtevajo točno določeno tehnologijo, ker jih z drugo ni mogoče obdelati. Pri materialih, ki pa jih je moč obdelovati z različnimi tehnologijami pa je potrebno pametno premisliti in analizirati katera je najboljša za dane zahteve. V proizvodnji je važna kvaliteta izdelka in pa njegova cena. Nima smisla rezati s tehnologijo, ki nudi najboljši izdelek, če je le ta predraga, kvalitete pa ne potrebujemo takšne kot jo nudi. Če hočemo biti konkurenčni na trgu dela moramo narediti natančno analizo, primerjati stroške in kvaliteto dela. S tem namenom sem se lotil te teme za diplomsko delo, da poskušam primerjati kaj bi to pomenilo za podjetje Klima Celje, ki trenutno reže s plazmo, če bi uporabljali kateri drugi rezalni postopek. Primerjal sem laser, plazmo in vodni curek. Najprej sem predstavil teorijo delovanja posamezne tehnologije, v nadaljevanju pa na konkretnem izdelku iz proizvodnega programa prikazal kakšne učinke bi imela uporaba posamezne tehnologije. 1

16 2 PREDSTAVITEV PODJETJA KLIMA CELJE D.D. 2.1 Kako priti do nas Slika 1: Karta mesta Celje Podjetje KLIMA CELJE d.d se nahaja v industrijski coni, ki je čisto poleg centra mesta. Zelo blizu je dostop do avtoceste A1: Maribor Ljubljana izvoz center. 2

17 2.2 Opis ustanovitve razvoja in dejavnosti podjetja KLIMA CELJE je vodilno podjetje v proizvodnji ventilatorjev in opreme za industrijsko ventilacijo v Sloveniji. Ustanovljeno je bilo pred 100 leti in ima številne izkušnje pri praktični uporabi in izdelavi sistemov prezračevanja. Z osamosvojitvijo Slovenije se je podjetje uspešno preusmerilo na zahtevna zahodna tržišča, kamor izvaža že 40 % proizvodnje. V podjetju se zavedajo, da je kakovosten zrak nepogrešljiv del kakovosti življenja in uspešnosti poslovanja. Pospešeno vlagajo v razvoj in sledijo smernicam EU z usmeritvijo v razvoj sistemov za racionalnejšo rabo energije in okoljevarstvene tehnologije. Širok program aerotermičnih naprav Klime Celje ima več kot stoletne korenine. V tem času je podjetje pridobilo specializirana znanja in izkušnje, kar potrjujejo njihove mednarodne reference. Obvladujejo celoto: inženiring, projektiranje, izdelavo potrebne opreme, montažo in zagon naprav, meritve, vso potrebno dokumentacijo in servis. Vse navedene aktivnosti opravlja kolektiv 160 ljudi. Ekipa strokovnjakov je sposobna izvesti pravzaprav vse od zahtev po čistem zraku v operacijskih dvoranah do odvajanja visokotemperaturnih agresivnih plinov v metalurgiji. Standard in certifikati Certifikat skladnosti sistema kakovosti ISO 9001:2000, ki temelji na procesnem pristopu in osredotočenosti na odjemalce so prejeli na podlagi certifikacijske presoje priznane organizacije SIQ. Certifikat ATEX o skladnosti proizvodov namenjenih za uporabo v potencialno explozivnih atmosferah skladno z Direktivo 94/9/ES so pridobili za centrifugalne, aksialne in strešne ventilatorje ter grelnike. Certifikat o ustreznosti tlačnih proizvodov z direktivo 97/23/EG so pridobili pri certifikacijski organizaciji TÜV. Prav tako imajo pridobljen certifikat za naprave za odvod dima in toplote skladno z EN

18 2.3 Opis dejavnosti podjetja proizvodni program KLIMA Celje je proizvodno in montažno podjetje z bogato tradicijo in izkušnjami pri izdelavi opreme, montaži, projektiranju in inženiringu na področjih: prezračevanja, klimatizacije, filtracije, ogrevanja, pnevmo transporta, dušenja zvoka. Proizvodno prodajni program obsega: aksialne in centrifugalne ventilatorje, aksialne, centrifugalne in strešne, ventilatorje za odvod dima in toplote, ventilatorje v protieksplozijski izvedbi, grelnike zraka (tudi v protieksplozijski izvedbi), klima centrale, toplotne izmenjevalce, dušilce zvoka. 4

19 2.4 Serijska proizvodnja Aksialni ventilatorji TIP LAZ 250, LAZ 315 Slika 2: Aksialni ventilator, tip LAZ [1] Aksialni ventilator LAZ je namenjen za prezračevanje prostorov v gospodinjstvu, šolah, laboratorijih, kuhinjah, pralnicah, gostinskih prostorih, uradih, sejnih sobah itd., torej predvsem za prezračevanje prostorov, kjer so potrebne majhne tlačne razlike in je bistveno dolgotrajno delovanje pri nizkem nivoju šuma Aksialni ventilatorji tip AVL Aksialni ventilatorji AVL so enostavne konstrukcije, zagotavljajo tiho in zanesljivo obratovanje in omogočajo enostavno regulacijo hitrosti vrtenja. Standardna izvedba ventilatorjev je namenjena za obratovanje pri temperaturah okolice od 30 C do +50 C. Namenjeni so za prezračevanje industrijskih hal, delavnic, skladišč, garaž, športnih objektov, rastlinjakov in živinorejskih objektov ter hlajenje različnih agregatov, kondenzatorjev, transformatorjev in podobno. 5

20 Dodatna in električna oprema omogoča enostavne rešitve prezračevanja, na zahtevo kupca se nudijo tudi posebne izvedbe ventilatorjev in dodatne opreme. Slika 3: Aksialni ventilator tip AVL zidna izvedba [1] Slika 4: Aksialni ventilator tip AVL kanalska izvedba [1] 6

21 2.4.3 Strešni ventilatorji SVH in SVV Strešni ventilatorji tip SVH s horizontalnim in SVV z vertikalnim izstopom so namenjeni za vgradnjo v sisteme prezračevanja bivalnih, poslovnih in industrijskih prostorov, delavnic, garaž, sanitarij in drugih prostorov z čistim zrakom s temperaturo do 40 C. Slika 5: Tip SVH horizontalni izstop zraka [1] Slika 6: Tip SVV vertikalni izstop zraka [1] 7

22 2.4.4 Grelniki Grelniki so namenjeni za toplozračno ogrevanje in prezračevanje industrijskih hal, delavnic, skladišč, garaž, rastlinjakov in podobno. Enostavna konstrukcija zagotavlja dolgo življenjsko dobo, zanesljivost obratovanja in enostavno vzdrževanje. Vgradnja dodatnih elementov na sesalni strani omogoča številne načine montaže in mešanje zraka ali obratovanje z obtočnim oziroma svežim zrakom. Slika 7: Grelnik [1] Obstajajo trije tipi: Tip GNA2 Cu-Al izmenjalec toplote, štiri velikosti Tip GNJ2 Jekleni izmenjalec toplote, štiri velikosti Tip EGN Električni grelnik, dve velikosti 8

23 2.4.5 Centrifugalni ventilatorji CVX Ventilatorji 100 CVX so namenjeni za zelo široko področje uporabe: za nizkotlačne, srednjetlačne in visokotlačne sisteme prezračevanja in klimatizacije ter kot industrijski procesni ventilatorji v kemični, steklarski, keramični, metalurški, gradbeni in drugi industriji. Slika 8: Visokotlačni centrifugalni ventilator z velikim pretokom [1] Aksialni ventilatorji Aksialni ventilatorji tip AVS standardne izvedbe so namenjeni za široko področje uporabe v sistemih prezračevanja, klimatizacije in kot tehnološki ventilatorji v procesni industriji. Primerni so za večje količine zraka pri relativno nizkih tlakih. Slika 9: Aksialni ventilator za predore 9

24 2.4.7 Klima centrale KC S klima centralo, ki je vgrajena v nekem sistemu, umetno zagotavljamo ozračje, ki ga želimo, oziroma potrebujemo. V klima centrali zrak obdelujemo, torej čistimo, ogrevamo, hladimo, sušimo, vlažimo in ustrezno mešamo. Vsako teh funkcij prevzema eden od sestavnih elementov centrale, zaključen v funkcijsko enoto sekcijo. Takšna konstrukcijska rešitev omogoča prilagajanje centrale različnim pogojem dela. Lahko sestavimo ustrezno napravo, ki jo je možno kasneje tudi dopolniti. Samostojnost vsake sekcije omogoča sestavljanje različnih oblik tako, da je prilagodljivost optimalna. Slika 10: Sestavljena klima centrala [1] 10

25 2.4.8 Ventilatorji za odvod dima in toplote ODT Uporabljamo jih za odvod dima in toplote, ki nastane pri požaru ter za transport vročega zraka, onesnaženega s prašnimi delci ali zraka z veliko vsebnostjo vlage. Ventilatorji ODT za odvod dima in toplote ustrezajo kategoriji protipožarne zaščite: 120 C/120 min, kot tudi vsem nižjim kategorijam od navedene. Ventilatorji se ne odlikujejo samo po delovanju v ekstremnih pogojih, temveč so tudi varčni. Tako radialne kot aksialne izvedbe imajo visoke izkoristke delovanja in velike pretoke, kar neposredno vpliva na majhne izmere ventilatorjev. Slika 11: ODT aksialni ventilator s prisilnim hlajenjem (630 C/120 min) [1] 11

26 2.4.9 Toplotni izmenjevalci Toplotni izmenjevalci z ovalnimi cevmi: KG 28 lamelni izmenjevalci Spiralni toplotni izmenjevalci navite cevi: RC normalna lamela HC visoka lamela Lamelni toplotni izmenjevalci: NL lamelni izmenjevalci Uporaba Največ se uporabljajo kot: grelci zraka s toplo ali vročo vodo, paro in oljem KG, RC, HC, NL; hladilci zraka s hladno vodo, hladilci vode in olja z zrakom KG, RC, HC, NL; Področja uporabe: v kemični, lesni, prehrambeni, tekstilni, papirni, tobačni, industriji, v klimatizaciji vgradnja v zračne kanale,v različne vrste klimatskih naprav, v livarnah. Slika 12: Toplotni izmenjevalec [1] 12

27 3 REZANJE PLOČEVINE Z LASERJEM 3.1 Zgodovina laserja Laserska obdelava je konec sedemdesetih let dosegla svojo zrelo dobo, čeprav so bili osnovni principi delovanja laserja znani že pred drugo svetovno vojno. Leta 1960 je bil izdelan laser na trdno snov (rubinski laser), sledili pa so mu plinski laserji (CO 2, He-Ne, Ar itn.). Toda šele kombinacija laserja s krmilnim sistemom NC je laser privedla tudi v proizvodnjo. Danes se na področju laserskega rezanja največ uporabljajo CO 2 - in Nd-YAGlaserji. V zadnjih desetih letih gre razvoj predvsem v nove koncepte izvorov žarka, izboljšanje kakovosti žarka in s tem obdelave, v povečevanje robustnosti laserskih sistemov, zmanjšanje stroškov izdelave pri povečani moči laserjev in višje podajalne hitrosti ter vključevanje laserskih sistemov v velike računalniško krmiljene obdelovalne centre, ki so enako učinkoviti pri velikoserijski proizvodnji kot pri hitrih spremembah v obliki in vrsti obdelovancev prototipne izdelave [2]. 3.2 Kaj je laser in kako deluje Beseda LASER je akronim, ki jo dobimo iz besed»light Amplification by Stimulated Emission of Radiation«, vendar jo danes v splošnem uporabljamo kot ime za napravo, ki ustvarja lasersko svetlobo. Dejstvo je, da atomi oddajajo sevanje. Pojav lahko vsakodnevno opazujemo pri npr. neonski razsvetljavi, kjer vzbujeni atomi neona v»neonski cevi«izžarevajo svetlobo. Običajno sta smer in čas sevanja naključna oz. atomi sevajo v vse smeri v različnih časovnih intervalih. Rezultat takšnega sevanja je nekoherentna svetloba svetloba, katere fotoni se gibljejo neurejeno v vse smeri. Na splošno lahko rečemo, da vsa telesa, ki proizvajajo svetlobo, le-to proizvajajo s procesom sevanja energije atomov v obliki fotonov. Težava pri ustvarjanju koherentne svetlobe svetlobe, katere fotoni se gibljejo samo v eni smeri in ima enovito valovno dolžino, je najti primerne atome in ustvariti primerno okolje, 13

28 v katerem bodo ti atomi medsebojno učinkovali da bodo oddajali svetlobo v točno določeni smeri ob točno določenem času. Kot vemo, so atomi v nenehnem gibanju, saj venomer vibrirajo ali pa se premikajo po prostoru. Prav tako se atomi nahajajo v različnih stanjih vzbujenosti oz. imajo različno stopnjo energije. Če atomu dovedemo veliko količino energije, le-ta zapusti svoj primaren energetski nivo in preide v vzbujen višji energetski nivo. Stopnja vzbujenosti je proporcionalna količini dovedene energije. Slika 13 prikazuje poenostavljen model atoma. Kot je razvidno, je sestavljen iz nukleidov protonov in nevtronov v jedru, ter elektronov, ki se gibljejo po elektronskih ovojnicah orbitalah. Te orbitale si poenostavljeno predstavljamo kot različne energetske nivoje, ki se nahajajo na različnih razdaljah od jedra. Če atomu dovedemo zadostno količino energije, bo elektron iz nižje energetske orbitale preskočil v višjo energetsko orbitalo (slika 14a), ki je od jedra atoma bolj oddaljena, kar bo rezultiralo v vzbujenosti atoma. Tako vzbujen atom ima tendenco vrnitve v osnovno primarno energetsko stanje in kot rezultat presežka energije pri vrnitvi se ustvari foton osnovni delec svetlobe (slika 14b). Tako emitiran foton ima specifično valovno dolžino (barvo), kar je odvisno od stopnje vzbujenosti atoma pri emitaciji fotona. Slika 13: Poenostavljen model atoma [4] 14

29 Slika 14: Tri vrste prehodov med stanji med atomi [5] Laserska svetloba ima naslednje značilnosti: Laserska svetloba je monokromatska, kar pomeni, da ima točno določeno valovno dolžino barva svetlobe je enovita. Valovna dolžina je določena s količino sproščene energije pri prehodu atoma iz vzbujenega v primarno stanje. Laserska svetloba je koherentna vsak foton se giblje vzporedno z drugim, kar povzroča skladno valovanje laserske svetlobe. Laserska svetloba je zelo usmerjena. Laserski žarek je zelo ozek, zelo koncentriran in zelo intenziven. Slika 15: Dnevna svetloba in laserska svetloba [5] a) Dnevna svetloba (vsak delec niha s svojo frekvenco nekoherentna svetloba); b) Laserska svetloba (vsi delci nihajo z enako frekvenco in so v fazi koherentna svetloba) Da ustvarimo svetlobo, ki bo imela vse tri naštete lastnosti, potrebujemo delovanje stimulirane emisije. Do tega pojava pri navadnih svetlobnih telesih ne pride, saj v tem primeru prihaja do emisij fotonov naključno, dočim je pri stimulirani emisiji emisija fotonov organizirana oz. kontrolirana. Naprava, ki ta proces kontrolira, se imenuje LASER. 15

30 Čeprav poznamo več vrst laserjev, vsi sestojijo iz osnovnih elementov. V vsakem laserju je substanca (medij), v katero dovajamo energijo, s čimer povzročamo preskoke elektronov v višje energetske orbitale oz. ustvarjamo vzbujene atome. Preskoki so običajno za 2 do 3 energetske orbita1e. Energijo dovajamo s pomočjo intenzivnih svetlobnih bliskov, s toploto ali z električnimi praznitvami. Namen dovajanja energije je ustvarjanje velike razlike v številu vzbujenih atomov glede na število atomov v primarnem stanju, saj je velika razlika v številu pogoj za učinkovito delovanje laserja. Pojav se imenuje»inverzna populacija«. Vsak tako vzbujen atom ima pri povratku v primarno stanje zmožnost oddaje energije v obliki fotona (svetlobe), ki ima značilno valovno dolžino (barvo), ki je odvisna od stopnje vzbujenosti atoma. Identični atomi z elektroni v identičnem stanju oddajajo fotone z identično valovno dolžino, kar je osnova delovanja laserja. Atome oz. molekule s pomočjo utripajoče svetlobe vzbujamo v t.i.»laserski votlini«oz. FabryPerotovi resonančni kletki (slika 16), tako, da se jih več nahaja v vzbujenem višjem energetskem nivoju, kot v primarnem nižjem energetskem nivoju. Slika 16: Resonator [7] Na obeh koncih resonatorja sta nameščeni zrcali, ki sta potrebni za ustvarjanje laserske svetlobe, saj omogočata fotonom, da se med njima odbijajo in pri vsakem prehodu sprožajo nove emisije. Ti zrcali imenujemo»optični oscilator«, saj med njima poteka osciliranje 16

31 fotonov. Če foton, katerega frekvenca ustreza razliki energij med vzbujenim in primarnim stanjem atoma, zadene vzbujen atom, le tega stimulira (spodbudi), da se vrne v primarni energetski, nivo in pri tem odda nov foton enake oz. proporcionalne frekvence, iste faze in iste smeri, kot jo je imel začeten foton. Ta proces se imenuje»stimulirana emisija«. Začeten in nov foton lahko potem ločeno zadeneta vsak svoj vzbujen atom in proces se ponovi, kar vodi do verižne reakcije emisije fotonov z isto frekvenco in fazo pride do nenadnega porasta koherentnega sevanja. Ker je eno od zrcal polpropustno, ne reflektira vse svetlobe. Svetloba, ki preide skozi polpropustno zrcalo, je laserska svetloba [3]. Slika 17: Rubinov laser [5] Laserske žarke lahko torej proizvedemo le, če je na razpolago zadosti velik presežek vzbujenih atomov (inverzna populacija). Ta presežek mora biti tako velik, da je gostota energijskega toka žarkov določene valovne dolžine, ki se ojačijo med zrcali resonatorja, večja od gostote vseh izgub, ki nastanejo v resonatorju. Iz te zahteve lahko izvedemo pogojno neenačbo za vzbujanje laserskih žarkov: 2 λ c N 1 > 2 8 π f τ t Pri čemer je: λ valovna dolžina C svetlobna hitrost f frekvenčni interval spontane emisije N število vzbujenih atomov τ življenjska doba vzbujenih atomov T povprečni čas bivanja fotona v resonatorju 17

32 Leva stran zgornje neenačbe daje število spontano nastajajočih fotonov na sekundo v enoti prostornine. Da ta pogoj izpolnimo, moramo desno stran neenačbe držati kolikor je mogoče majhno (torej velik čas t). Ta zahteva pa ima omejitev v dejstvu, da mora biti eno od zrcal polpropustno, tako da lahko svetlobni žarki tudi izstopajo v okolico. Povprečni čas bivanja svetlobnega vala med zrcali (Fabry Perotov resonator) je zato omejen. Iz teh razlogov raziskovalci iščejo različne laserske substance, katerih atomi bodo emitirali fotone z zelo ozkim frekvenčnim intervalom f, tako da je leva stran zgornje neenačbe čim večja vrednost. Iz neenačbe še vidimo, da se pri krajših valovnih dolžinah pogoj za vzbujanje težje izpolni. Sedaj je razumljivo, zakaj je doslej znanih veliko število laserjev, ki delujejo z infrardečimi žarki (0,77 J.lm <..1,< 1000 pm), nekaj manj z vidno svetlobo (390 nm <..1,< 770 nm) in samo malo z ultravijoličnimi žarki (1 nm <..1,< 390 nm). Laser, ki bi deloval z rentgenskimi žarki (..1,> 1 nm), pa bo morda kdaj izdelan. Poznamo različne vrste laserskih substanc, ki so lahko v trdnem, tekočem in plinastem stanju ali pa je laserska substanca polprevodnik. Laserje delimo glede na uporabljeno lasersko substanco. 3.3 Vrste laserjev Laserska snov je lahko trdna, plinasta in tekoča. Teh laserskih snovi je zelo veliko in so med seboj zelo različne. Iz teh snovi pa nekatere izstopajo, ki kot laserske snovi delujejo najbolje. Glede na to lahko laserje delimo na: laserje na trdno snov, pri katerih je laserska substanca v trdnem stanju. Poznani so rubinov (trdna raztopina 1 % Cr 2 O 3 v Al 2 O 3 ) in»nd:yag«laser (Itrij-aluminijev granat, obogaten z neodimom) z močjo do 4000 W. plinaste laserje, od katerih sta najbolj znana He-Ne in CO 2 laser z močjo do 40 kw. barvni laserje, pri katerih kot lasersko substanco uporabljamo tekoče raztopine ali zmesi kompleksnih organskih barvil kot so rodamin 6G. Njihova valovna dolžina je nastavljiva v širokem delu vidnega spektra. polprevodniške laserje, ki jih imenujemo tudi diodni laserji. Ti laserji ne spadajo v skupino laserjev na trdno snov. Običajno so zelo majhni in uporabljajo majhne moči, uporabljajo pa se npr. v laserskih tiskalnikih, CD predvajalnikih in na blagajnah kot čitalci črtnih kod. 18

33 3.3.1 Plinski laserji Laserji, ki uporabljajo plinsko snov kot aktivno lasersko snov, so postali zelo pogosti. Najpogosteje so v uporabi CO 2 in Nd:YAG laserji. Bistvene prednosti plinskih laserjev pred trdninskimi in polprevodniškimi so: da je lahko prostornina aktivnega materiala velika, snov je relativno poceni, ni nobene možnosti poškodbe aktivne snovi, snov je homogena, toploto lahko enostavno oddajamo s pretakanjem plina iz območja laserskega delovanja in visoke izhodne moči. Plinske laserje delimo na: nevtralne plinske laserje (helij neon laser), ionske plinske laserje (argon laser), molekulske plinske laserje (ogljikov dioksid), ekscimerne laserje (kriptonov fluorid) in laserje na kovinske pare (bakrove pare) [6] CO 2 laser Je najpogosteje uporabljen laser v praksi. Do sedaj obravnavani laserji delujejo na osnovi izkoriščanja energijskih stanj, ki so značilna za prehode elektronov. Ta energijska stanja ustrezajo prehodom elektronov iz enega energijskega stanja v atomu oziroma ionu na drugo možno energijsko stanje. Poleg teh obstajajo tudi druga pomembna energijska stanja, ki niso povezana s prehodi elektronov v notranjosti atomov. To so nihajna in rotacijska energijska stanja molekul. Po zakonih kvantne mehanike sta nihajna in rotacijska energija kvantizirani, zato obstaja spekter odgovarjajočih diskretnih energijskih stanj. V primeru, ko pride do obrnjene zasedbe med nihajnimi in rotacijskimi energijskimi stanji, lahko nastane laserska svetloba. To je princip delovanja CO 2 laserja. 19

34 Prednost CO 2 laserja je predvsem v tem, da se lahko uporablja na skoraj vseh materialih in ima visoko izhodno moč. Do moči 4 kw se za fokusiranje laserskega snopa na obdelovano snov uporabljajo zbiralne leče, pri višjih močeh (do 50 kw) pa konkavna ogledala, ki so hlajena z vodo. Laser z nižjo močjo uporabljajo predvsem za graviranje in označevanje materialov, medtem ko se močnejši laserji uporabljajo za vrtanje, rezanje in varjenje. CO 2 laser je plinski laser, ki vsebuje mešanico plinov ogljikovega dioksida, dušika in helija. Dušik je v mešanici zato, da prenese vibracijsko energijo na CO 2 molekule. Pri tem, ko se vzbujen CO 2 plin vrne v osnovno stanje, izseva infrardečo svetlobo valovne dolžine 10,6 µm. Ker človeško oko infrardeče svetlobe ne zazna, se v praksi za lažje določevanje položaja dopolnilno uporabljajo nizko energijski laserji v vidnem spektru Princip delovanja CO 2 laserja helija (He). Laserski medij CO 2 laserjev je sestavljen iz ogljikovega dioksida (CO 2 ), dušika (N 2 ) in Funkcija laserskih plinov N 2 frekvenčna energija, ki jo dobimo iz RF generatorja (vzburjevalna frekvenca je MHz) prvo stimulira dušikove delce, ki nato preidejo v vzburjeno stanje. C0 2 Dušikovi delci, ki so v vzburjenem stanju predajajo njihovo energijo CO 2 delcem, ki postanejo sami vzburjeni. Ti vzburjeni delci emitirajo del svoje energije kot lasersko svetlobo. He Helijevi delci absorbirajo preostalo energijo CO 2 delcev in jo konvertirajo v toploto [8]. 20

35 Značilnosti laserskega rezanja Žarek, ki je izvor sevalne energije E L, je fokusiran na površino obdelovanca; tako dosežemo zadostno površinsko gostoto moči, da se material segreje, stali ali tudi upari. Material del laserske energije v obliki svetlobe določene valovne dolžine absorbira v obliki toplote, del jo odbije E R, del pa jo lahko tudi prepusti skozi. Absorbirana laserska energija E A služi kot toplota, potrebna za fazne spremembe materiala obdelovanca v območju interakcije. Pri laserskem rezanju skušamo zagotoviti razmere, pri katerih se material obdelovanca stali in odstrani, preden pride do pomembnega prevajanja toplote E pr v okolico reza. Izgube zaradi sevanja E sev in konvekcije E kon so zanemarljive. Energijsko bilanco laserskega rezanja prikazuje slika Slika 18: Energijske razmere pri rezanju z laserjem [2] V primerjavi s skupnimi značilnostmi termičnih postopkov je laserska obdelava povezana s pomembnim fizikalnim fenomenom, povezanim z interakcijo žarka z materialom obdelovanca. 21

36 Najpomembnejše lastnosti materiala za lasersko obdelavo so: 1. Lastnosti, povezane z absorpcijo, definirajo, kako dobro se energija svetlobe veže z nekim materialom. Te lastnosti so stanje površine, absorpcijski koeficient in reflektivnost pri valovni dolžini laserske svetlobe določenega izvora. 2. Lastnosti, ki so povezane s prenosom toplote oz. toplotnim tokom v materialu in določajo temperaturno porazdelitev. To sta predvsem toplotna prevodnost κ in difuzija d, ki ovirata rezanje. Iz tega sledi, da z laserjem učinkoviteje režemo toplotne izolatorje (plastične mase, lesne izdelke, gume, tekstil ) kot prevodnike (kovine). 3. Termodinamične lastnosti določajo količino energije (toplote), ki je potrebna za želene fazne spremembe v materialu, taljenje in izparevanje. To so predvsem gostota ρ, specifična toplota c, temperatura tališča T t in vrelišča T v ter talilna toplota Q t in izparilna toplota Q i. Ne smemo pozabiti tudi fizikalnokemijskih lastnosti, povezanih predvsem z reakcijami materiala na rezalne pline. Pri laserskem rezanju namreč v procesu sodeluje curek rezalnega plina. V primeru rezanja konstrukcijskih jekel s kisikom predstavlja eksotermna reakcija dodaten izvor energije E kem (slika 18). Po navadi plin dovajamo soosno z žarkom, v posebnih primerih pa tudi od strani ali s spodnje strani obdelovanca. Curek plina ima poleg fizikalnokemijskega učinka nalogo izpihovati raztaljeno gradivo iz rezalnega kanala. Zaradi pretoka plina lahko izgubimo del absorbirane toplote v obliki konvekcije E kon. Prav kombinacije intenzitete žarka in vrste ter tlaka rezalnega plina v povezavi z materialom obdelovanca nam določajo tri osnovne načine laserskega rezanja Lasersko sublimacijsko rezanje Večina materiala se z visoko intenzivnostjo laserskega žarka upari in odnese pod nizkim pritiskom inertnega plina (dušik in tudi stisnjen zrak med 10 do 100 kpa). Materiali: les, papir, širok spekter umetnih mas, od kompozitov do keramike + majhna hrapavost na površini reza, majhno območje odvisno od toplote, visoka hitrost podajanja za zgoraj naštete materiale za rezanje kovin na ta način je potrebna zelo veliko energija 22

37 Lasersko talilno rezanje Material je segret in staljen z laserskim žarkom ter odnesen s tokom inertnega plina. Pri tem med plinom in obdelovancem ne pride do eksotermne reakcije. Za rezalni plin se uporablja predvsem dušik in argon pod visokim tlakom (1 do 2 Mpa). Materiali: visokolegirana in Cr-Ni-jekla, nikljeve legure, titanove zlitine + neoksidirana površina reza, majhno območje odvisno od toplote in oksidacija ob učinkoviti zaščitni atmosferi, t. i.»clean cut«večja hrapavost površine reza zaradi staljenega materiala, nizka hitrost podajanja in zaradi velike porabe rezalnih plinov visoki stroški obdelave Lasersko plamensko rezanje Reaktivni asistenčni plin kisik (približno 500 kpa) se uporablja za povečanje dovedene energije v obliki eksotermne reakcije in oksidacije (gorenja) materiala, segretega z laserjem. Materiali: nizkoogljična jekla + oksidacija železa zviša absorpcijski koeficient za sevanje CO 2 -laserja na 90 %, eksotermno gorenje daje tudi do 70 % procesne energije; iz tega sledi visoka hitrost rezanja pri nižjih laserskih močeh rezultati rezanja (jeklo : oksidna plast na površini reza), vendar brez bistvenih mehanskih sprememb Značilnosti reza pri laserski obdelavi Hrapavost Ra pri obdelavi z laserjem je zelo odvisna od materiala. Material določa, kateri način laserskega rezanja izberemo (sublimacijski, talilni ali plamenski). Na hrapavost še posebej vpliva debelina materiala (slika 19). Ra se giblje med 1 in nekaj več kot 10 µm, v izjemnih primerih je tudi manj kot 1 µm (sublimacijsko rezanje polimerov). Koničnost reza u je definirana z odstopanjem realne konture reza od idealne pravokotne. Zaostajanje žarka R 23

38 vpliva na dimenzijsko odstopanje, saj pri rezanju majhnih radijev prihaja do napake, ki je izrazita na spodnjem robu pločevine. Pri rezanju tankih pločevin ima zaostajanje majhen vpliv na odstopanje od želenih dimenzij. Obe značilnosti reza se pojavljata tudi pri drugih postopkih s koncentriranim izvorom energije, vendar sta prav pri laserskem rezanju najmanj izraziti. Na sliki 19 so prikazane okvirne vrednosti za koničnost in hrapavost pri rezanju konstrukcijskih jekel v odvisnosti od debeline materiala. Na vrednost vplivata predvsem izvor laserskega žarka (moč, kakovost žarka, goriščna razdalja idr.) in mesto merjenja na površini reza. Slika 19: Značilnosti laserskega reza v odvisnosti od debeline materiala (material St37) [2] Za posamezno obdelavo pri določeni laserski moči je treba nastaviti naslednje parametre in jih nato ohranjati čim bolj konstantne: lečo ustrezne goriščne razdalje, višino gorišča, šobo z najprimernejšo odprtino in višino reže med šobo in površino obdelovanca, pretok asistenčnih oz. rezalnih plinov, hitrost pomikanja. 24

39 Izbira teh parametrov je izkustvena, vendar so vrednosti za različne primere obdelave toliko podobne, da je za večino običajnih primerov mogoče nastaviti zadovoljive pogoje že po nekaj eksperimentih. Tehnologija zahteva izkušenega operaterja za vodenje in vzdrževanje sistema. S podajalnimi mizami povečamo stopnjo produktivnosti in zmanjšamo neproduktivne pripravljalne čase. Operater lahko tako med obdelavo oz. rezanjem odpremi predhodno serijo in pripravi novo [2]. 25

40 4 REZANJE PLOČEVINE S PLAZMO 4.1 Zgodovina plazme Leta 1941 je ameriška obrambna industrija iskala boljše načine spajanja lahkih kovin, še posebej za potrebe avio-industrije. Rezultat teh iskanj in prizadevanj je bil nov način varjenja. Električni oblok je potreben, da staja kovino, z dovajanjem inertnega plina pa so okrog obloka in staljene kovine ustvarili ščit, ki je preprečeval dostop zraka iz okolice in onemogočal, da bi se staljena kovina vezala s kisikom iz zraka. Ta novi način TIG (Tungsten Inert Gas) je bila idealna rešitev zahtev za visoko kakovostno varjenje. Največ so kot plin uporabljali argon in helij, zato je TIG postopek postal znan tudi pod imeni argonarc in heliarc. Danes ga poznamo tudi pod imenom GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). Do leta 1950 se je TIG postopek že dodobra uveljavil kot nov postopek visoko kvalitetnega varjenja lahkih kovin. Med nadaljnjim razvijanjem TIG postopka so strokovnjaki v Union Carbide`s welding laboratory odkrili, da če zmanjšajo odprtino šobe, ki usmerja plin iz gorilca oz. elektrode (katoda) k obdelovancu (anoda), se lastnosti obloka bistveno izboljšajo. Zmanjšani presek odprtine šobe je zožala električni oblok in povečala hitrost in temperaturo plazme. Temperatura in napetost curka sta se dramatično povišala in zaradi visoke hitrosti ioniziranega in neioniziranega plina je staljeno kovino odpihnilo. Namesto varjenja so s plazemskim curkom razvili rezanje [9]. 4.2 Kaj je plazma Ena od definicij pravi, da je plazma četrto agregatno stanje snovi. Ko pomislimo na agregatna stanja, si običajno zamišljamo tri: trdno, tekoče in plinasto. Na primeru vode so to led, voda kot tekočina in vodna para (slika 20). Če ledu dovajamo toploto, se le-ta začne taliti in preide v vodo v obliki tekočine. Če nadaljujemo z dovajanjem toplote, preide voda v vodno paro. V kolikor dovedemo vodni pari zadostno količino toplote, preide le-ta v plazmo v četrto agregatno stanje. 26

41 Slika 20: Agregatna stanja [10] Pri dovajanju toplote se vodna para loči na dva plina: vodik in kisik. Pride do ustvarjanja prostih elektronov in ionov ta proces se imenuje ionizacija in plin se spremeni v plazmo. Zaradi zmožnosti prenašanja električnega naboja s pomočjo prostih elektronov je plazma elektroprevodna. Strukturni sistemi imajo to lastnost, da je povezovalna energija med atomi in molekulami večja od termalne energije okolja. V kolikor takšen sistem postavimo v dovolj toplo okolje, se razkroji npr. kristali se prično taliti in molekule disociirajo. Pri temperaturi, ki je blizu oz. presega atomsko ionizacijsko energijo, se tudi atomi razgradijo na negativno nabite elektrone in pozitivno nabite ione. Seveda ti nabiti delci niso prosti, saj drug na drugega močno vplivajo s svojim elektromagnetnim poljem. Vendar imajo ti delci, čeprav niso več povezani v strukturo, zaradi močnih medsebojnih vplivov elektromagnetnih polj zmožnost skupnega gibanja velike moči in kompleksnosti. To množico gibajočih se delcev imenujemo PLAZMA. Ker se termičen razkroj medatomskih vezi prične pred procesom ionizacije, se večina plazem pojavlja v obliki plina. Zaradi tega je včasih plazma definirana kot plin, ki je ioniziran do te mere, da se obnaša podobno kot plazma. Plazma, ki jo dobimo z ioniziranjem nevtralnih plinov, vsebuje v splošnem enako število pozitivno in negativno nabitih nosilcev naboja. V tem primeru dobimo izrazito»parjenje«nasprotno nabitih delcev, ki imajo v makroskopskem smislu tendenco električne nevtralizacije. Plazemsko rezanje je torej postopek, pri katerem z uporabo šobe ožimo ioniziran plin visokih temperatur, s katerim talimo in ločujemo dele elektroprevodnih kovin. Gostota energije, ki jo proizvaja plazemski gorilnik, je definirana kot razmerje med električnim tokom 27

42 skozi šobo in efektivno površino ustja šobe. Ta gostota energije se meri v A/cm 2 in se pri konvencionalnih dušikovih plazmah giblje v območju od 1800 A/cm 2 do 3100 A/cm 2. Z večjo gostoto energije dosegamo boljšo kakovost rezanja, vendar se zaradi večjih obremenitev elektrod in šob zmanjša njihova življenjska doba in s tem poveča cena rezanja. Zatorej so izdelovalci plazemskih sistemov prisiljeni uporabljati kompromisne rešitve, ki zagotavljajo sprejemljivo kakovost rezanja in zadovoljivo življenjsko dobo potrošnih delov. 4.3 Ustvarjanje plazemskega obloka Vir energije in inicializator vžiga obloka sta s plinskimi in električnimi vodniki, ki zagotavljajo ustrezen pretok plina, ter visokofrekvenčnega enosmernega električnega toka, spojena z gorilnikom, s čimer je omogočen vžig obloka in vzdrževanje procesa Nastanek plazme Začetni signal, ki se pošlje do vira energije, vzpostavi tokokrog in pretok plina do gorilnika, pri čemer je šoba vezana na negativen pol, obdelovanec pa na pozitiven pol (slika 21). Plin steče skozi šobo in jo skozi ustnik zapusti. V tem trenutku oblok še ni vzpostavljen. Slika 21: Prvi korak ustvarjanja plazme [11] 28

43 Ko se tok plina ustali, se aktivira visokofrekvenčni električni tokokrog, ki med elektrodo in šobo ustvari oblok (slika 22). Tako mora tok plina, še preden zapusti šobo, preiti območje obloka. Energija, ki se pri tem prenese od obloka na plin, letega ionizira in plin postane elektroprevoden. Tako ioniziran, elektroprevoden plin ustvari prehod med elektrodo in šobo in ustvari se plazemski oblok, katerega tok plina prisili, da zapusti šobo in ustvari začeten oblok. Slika 22: Vžig pilotnega obloka neprenesen oblok [11] V kolikor je šoba dovolj blizu obdelovanca, se začeten oblok le-tega dotakne, kar povzroči prekinitev visokofrekvenčnega toka, ki je bil potreben za vžig obloka (slika 23). Ko je oblok enkrat vzpostavljen, se proces ionizacije vrši le z energijo obloka. Slika 23: Prenos pilotskega obloka prenesen oblok [11] 29

44 Temperatura, ki jo povzroča plazma, tali kovino, visoka hitrost toka plina pa staljeno kovino odstranjuje iz reže. V tem trenutku se aktivira gibanje gorilnika in proces rezanja se prične. Slika 24: Vzpostavljen oblok začne se rezanje [11] 4.4 Različni postopki rezanja s plazmo Konvencionalen postopek običajno se uporablja samo ena vrsta plina (zrak ali dušik), ki ima funkcijo rezalnega in hladilnega plina. Večina teh sistemov ima jakost pod 100 A in se uporabljajo za rezanje kovin do debeline 10 mm pri ročnih plazemskih rezalnikih. Plazemsko rezanje z dvojnim tokom plina ta proces uporablja dva plina: enega kot rezalni plin in drugega kot zaščitni plin. Funkcija zaščitnega plina je ločevanje področja rezanja od atmosfere, s čimer dosegamo čistejše rezalne površine. Ta različica je verjetno najbolj razširjena, saj omogoča različne kombinacije uporabljenih plinov za doseganje optimalne kakovosti in hitrosti rezanja. Plazemsko rezanje v zaščitni atmosferi vode je posebna različica postopka z dvojnim tokom plina, kjer vlogo zaščitnega plina opravlja voda. Proces omogoča izboljšano hlajenje šobe in obdelovanca, ter večjo kakovost rezanja nerjavnih jekel. Proces se uporablja le pri avtomatiziranih sistemih. 30

45 Slika 25: Plazemsko rezanje [11] Plazemsko rezanje z uporabo vodnega curka proces uporablja rezalni plin in vodni curek, ki se vbrizguje radialno na smer obloka, ali pa ustvarja okoli obloka vrtinec, kar znatno pripomore k zožitvi obloka in k povečani gostoti in temperaturi obloka (slika 26). Proces se uporablja le pri avtomatiziranih sistemih za doseganje visoko kakovostnega rezanja različnih kovin, različnih debelin in deluje v območju jakosti med 260 A in 750 A. 31

46 Slika 26: Plazemsko rezanje z uporabo vodnega curka [11] Precizno plazemsko rezanje proces omogoča pri manjših hitrostih vrhunsko kakovost rezanja za tanjše obdelovance do 10 mm. Izboljšana kakovost rezanja je posledica uporabe najnovejše tehnologije, ki zagotavlja doseganje posebej ozkega obloka, kar močno poveča njegovo gostoto. Manjše hitrosti so potrebne za doseganje večje točnosti gibanja gorilnika. Proces se uporablja le pri avtomatiziranih sistemih. Slika 27: Precizno plazemsko rezanje [11] 32

47 4.4.1 Plazemski oblok z dvojnim tokom plina Princip dvojnega toka plina so leta 1963 razvili in patentirali v podjetju Thermal Dynamics Corporation. Princip delovanja je podoben kot pri konvencionalnem plazemskem rezanju, s to razliko, da je dodan sekundaren tok plina okoli šobe (slika 28). Običajno se kot rezalni plin uporablja dušik, izbira sekundarnega plina pa je odvisna od vrste materiala obdelovanca za konstrukcijsko jeklo kisik ali zrak, CO 2 za nerjavna jekla in mešanica argona in vodika za aluminij. Kakovost odrezanih površin in rezalne hitrosti so približno enake kot pri rezanju s konvencionalnim načinom, razen pri konstrukcijskih jeklih, kjer je opazno povečanje rezalnih hitrosti, dočim je kakovost odrezanih površin še vedno neustrezna. Slika 28: Plazemski oblok z dvojnim tokom plina [3] Glavna prednost te metode je v tem, da je šobo možno premakniti v notranjost zaščitnega pokrova, s čimer je preprečeno poškodovanje šobe zaradi obdelovanca in zmanjšana tendenca k tvorbi dvojnega obloka. Zaščitni plin prekriva rezalno področje, kar izboljša kakovost rezanja in rezalno hitrost ter hkrati hladi šobo in zaščitni pokrov. V zgodnjih 60-ih letih 20. stoletja je bilo predstavljeno plazemsko rezanje z zrakom (slika 29), ki je bilo namenjeno za rezanje konstrukcijskih jekel. Kisik v zraku je priskrbel dodatno energijo iz eksotermne reakcije s staljenim jeklom. Ta dodatna energija je povečala hitrost rezanja za približno 25 % glede na plazemsko rezanje z dušikom. Čeprav bi ta postopek bil uporaben tudi za rezanje nerjavnih jekel in aluminija, je zaradi močne 33

48 oksidacije rezalnih robov ta postopek v mnogih primerih nesprejemljiv. Slika 29: Plazemsko rezanje z zrakom [3] Največji problem pri plazemskem rezanju z zrakom je hitra erozija elektrode gorilnika. Potrebne so posebne elektrode iz cirkonija, hafnija in hafnijevih zlitin, saj wolframova elektroda erodira v nekaj sekundah pri stiku z rezalnim zrakom, ki vsebuje kisik. Pa tudi z uporabo teh posebnih materialov je življenjska doba elektrod mnogo krajša od življenjske dobe elektrod, ki se uporabljajo pri konvencionalnem postopku rezanja s plazmo. Napredek na tem področju je naredil Manfred van Ardenne iz Nemčije s predstavitvijo gorilnika z zmanjšanim oblokom. To tehnologijo so privzeli Rusi in kasneje Japonci. Ene prvih uporabnikov te tehnologije so bile ladjedelnice na Japonskem, ki pa so to tehnologijo kasneje opustile, saj so naknadne študije pokazale, da imajo odrezane površine visoko vsebnost raztopljenega dušika, ki lahko povzroči poroznost pri kasnejšem varjenju Uporaba vode namesto zaščitne atmosfere Postopek je podoben običajnemu postopku rezanja s plazmo v zaščitni atmosferi plina. Razlika je v tem, da se namesto plina uporablja voda. Zaradi hladilnega učinka vode se izboljša videz rezalnega roba in življenjska doba šobe. Pravokotnost odrezane ploskve in rezalna hitrost pa nista bistveno izboljšani, saj voda ne vpliva na dodatno zožitev obloka. 34

49 4.4.3 Uporaba vodnega curka za zožitev obloka V začetni fazi razvoja tehnologije plazemskega rezanja je veljalo prepričanje, da je glavni način izboljšanja kakovosti rezanja v čim večji zožitvi obloka pri hkratnem preprečevanju dvojnega obloka (slika 30). Pri uporabi vodnega curka z namenom zožitve obloke se voda v radialni smeri vbrizguje v oblok. Trk vodnega curka v oblok povzroči dodatno zožitev obloka, ki je večja, kot če bi uporabili samo bakreno šobo. Temperatura obloka v tem področju je ocenjena na K, kar je več kot 2 krat več, kot pri običajnem plazemskem obloku. Posledica uporabe vodnega curka je povečana pravokotnost rezanja, povečana rezal na hitrost in odprava žlindre, ki se pojavlja pri rezanju konstrukcijskega jekla. obdelovanec Slika 30: Dvojni oblok [9] Podvodno rezanje Nadaljnji poskusi zmanjševanja hrupa plazemskega obloka in odstranitev dima so v Evropi privedli do razvoja tehnologije podvodnega rezanja. Ta metoda, namenjena plazmam visokih jakosti z rezalnimi tokovi nad 100 A, je postala tako uveljavljena, da se danes pri plazmah visokih jakosti uporablja v velikem obsegu. Pri podvodnem plazemskem rezanju je obdelovanec potopljen približno 5 cm pod gladino in tudi sam proces rezanja se vrši z gorilnikom, ki je potopljen. Prednost te metode 35

50 je, da se zelo zmanjšajo hrup, tvorba dima in bleščanje obloka, slaba lastnost pa je nezmožnost opazovanja elementa med procesom rezanja in zmanjšanje hitrosti rezanja za %. Pomanjkljivost je tudi v tem, da upravljalec stroja na osnovi zvoka ne more več določiti pravilnost izvajanja procesa. Značilnost procesa podvodnega plazemskega rezanja je tudi tvorba t.i. majhnih eksplozij. Med procesom rezanja del vode, ki obkroža rezalno območje, disociira v kisik in vodik. Tako sproščen kisik ima tendenco spajanja s staljenim materialom obdelovanca in tvorbo kovinskih oksidov. Zato ostaja prost vodik v vodi in se zbira v»žepkih«pod obdelovancem. Pri kontaktu s plazemskim oblokom pride do vžiga teh»žepkov«, napolnjenih z vodikom, kar povzroča t.i. mini eksplozije. Za preprečevanje tega pojava je potrebno vodo nenehoma pretresati, saj s tem preprečujemo zbiranje vodika in nastajanje»žepkov« Plazemsko rezanje s pomočjo kisika kisikova plazma Z ozirom, da so tradicionalni načini rezanja kovin temeljili na procesu zgorevanja s pomočjo kisika, je bilo logično, da so znanstveniki pri razvoju tehnologije plazemskega rezanja uporabljali kisik kot plazemski plin. Kmalu pa so ugotovili, da visoka temperatura na konici elektrode in prisotnost čistega kisika povzročata hitro uničenje vseh takrat znanih vrst elektrod, tako, da rezanje sploh ni bilo možno ali pa je bilo možno le zelo kratek čas. To je povzročilo, da sta postala kisik in zrak neprimerna plina za plazmo, kar je vodilo do tega, da so razvoj plazemskega rezanja s pomočjo kisika in zraka v začetnih letih razvoja opustili. V zgodnjih 70-ih letih pa so odkrili, da so elektrode iz hafnija in cirkonija dobro obstojne tudi pri rezanju s kisikom, kar je vodilo do ponovnega povečanja zanimanja za to vrsto tehnologije in leta 1983 je bil razvit izboljšan gorilnik, ki je omogočal uporabo kisika kot plazemskega plina. Tehnologija plazemskega razreza s kisikom omogoča veliko izbiro rezalnih hitrosti brez nastanka žlindre, hitrost rezanja je pri rezanju z manjšimi tokovi povečana za 30 %, odrezane ploskve pa so gladke in pravokotne, kar omogoča lažjo nadaljnjo obdelavo elementov z upogibanjem in varjenjem. Danes se z uporabo tega načina plazemskega rezanja brez nastanka žlindre režejo vse vrste jekel, vključno z zelo žilavimi in nizko legiranimi jekli. 36

51 Življenjska doba elektrod ostaja tudi pri tej tehnologiji slaba lastnost, saj imajo tudi elektrode iz hafnija omejeno življenjsko dobo. Vendar večina uporabnikov vzame to pomanjkljivost v zakup, saj visoka kakovost odrezane površine in veliko večja rezalna hitrost odtehtata krajšo življenjsko dobo elektrode, zraven tega pa je odpravljeno zamudno in drago naknadno odstranjevanje žlindre, ki se pogosto pojavlja pri rezanju z dušikom Plazemsko rezanje s pomočjo curka kisika in dušikom kot rezalnim plinom Ta metoda, ki temelji na uporabi dušika kot rezalnega plina in curku kisika na izhodu iz šobe, odpravlja problem življenjske dobe elektrode. Metoda se uporablja izključno za rezanje konstrukcijskih jekel in omogoča malo večje rezalne hitrosti. Pomanjkljivost metode je zmanjšana- pravokotnost odrezane ploskve, povečana širina zareze, kratka življenjska doba šobe in omejena uporaba. Čeprav se metoda ponekod še uporablja, pa omejeno povečanje zmogljivosti ne odtehta dokaj drage in komplicirane izdelave gorilnika [3, 10, 11]. 4.5 Varovalni plini Kot zaščitni plin uporabljamo veliko vrst plinov in plinskih zmesi, saj različne kombinacije povečujejo rezalni učinek pri različnih materialih. Preden pa uporabimo novo zmes plinov, se moramo posvetovati z izdelovalcem opreme, da se prepričamo, ali instalacija dovoljuje uporabo želene zmesi plinov. Običajno je kakovost plazemskega razreza pogojena s pravokotnostjo odrezane ploskve, njeno gladkostjo in z robovi brez žlindre. Zrak je najbolj uporabljan plin v plazemski tehnologiji, kar je verjetno pogojeno z dejstvom, da je komprimiran zrak enostavno dobavljiv. Zrak se uporablja pri večini konvencionalnih plazmah in plazmah z dvojnim tokom plina z jakostjo pod 200 A. Življenjska doba potrošnih delov je sprejemljiva (običajno med 100 in 200 prebijanji). Kakovost rezanja je sprejemljiva pri večini materialov, čeprav lahko pride pri rezanju nekaterih ogljikovih jekel do pojava nitriranja površin, pri rezanju aluminija in nerjavnega jekla pa do površinske 37

52 oksidacije. Dušik Z njim dosegamo najboljšo kakovost rezanja pri rezanju aluminija in nerjavnega jekla, če ga uporabljamo pri procesu s curkom vode. Dobro kakovost dosegamo tudi pri procesu z dvojnim tokom plina. Pri rezanju večine ogljikovih jekel je kakovost zaradi pojava nitriranja površine in žlindrastih robov slabša. Življenjska doba potrošnih delov je odlična. Dušik se uporablja za rezanje z jakostmi med 20 A in 750 A in za debeline do 100 mm. Argon vodik: ta zmes, ki jo sestavlja 35 % vodika in 65 % argona se uporablja pri procesu z dvojnim tokom plina, saj z uporabo te zmesi izboljšamo kakovost pri rezanju nerjavnih jekel in aluminija debelin od 10 mm do 50 mm. Uporablja se tudi pri plazmah visokih jakosti od 750 A do 1000 A za rezanje nerjavnih jekel in aluminija do debeline 150 mm. Življenjska doba potrošnih delov je odlična. Kisik se uporablja za doseganje najboljše kakovosti rezanja pri ogljikovih jeklih. Rezalni robovi ne vsebujejo nitridov, kar omogoča dobro varivost, preoblikovalnost in obdelavo. Kisik se uporablja za plazme jakosti od 15A do 260A in za rezanje jekel do debeline 25 mm. Do nedavno je bila življenjska doba potrošnih delov kratka, vendar se je le-ta z uporabo novih tehnologij zelo povečala [3]. 4.6 Prednosti in slabosti rezanja s plazmo Največja prednost plazme je, da z njo lahko režemo vse materiale, ki prevajajo električni tok in jih je nemogoče rezati z običajnim plamenskim rezanjem (oxyfuel). To so na primer nerjavna jekla z visoko vsebnostjo kroma in niklja, visokokvalitetna orodna jekla, aluminij, baker ipd. Za rezanje podobnih materialov je danes razvitih že več novejših postopkov npr.: rezanje z laserskim žarkom, z visokotlačnim vodnim curkom in abrazivi ipd., vendar je za robustno industrijsko rezanje še vedno najprimernejša plazma. Prednost pred plamenskim rezanjem je tudi ta, da plazemski curek pregreje zelo majhno površino materiala, kar je pomembno pri rezanje zelo tanke pločevine. Plazemski curek 38

53 doseže temperaturo C, vendar se zaradi zelo visoke hitrosti podajanja gorilca, okolica reza ne pregreva preveč. Rezanje s plazmo pa ima tudi slabosti. Le-te so pogojevale razvoj različnih načinov rezanja, kjer se je spreminjal plin kot medij plazemskega curka, kot tudi sama sestava gorilca, šob in elektrod. Ena takih slabih lastnosti je poševnost reza, ki jo lahko vidimo na spodnji sliki. Slika 31: Poševnost reza [9] Poševnost reza Seveda je ideal, ki ga skušamo doseči, čimbolj pravokoten rez zaradi lažje nadaljnje obdelave. Ta poševnost nastane, ker moč curka med prehodom skozi material nekoliko slabi. Zato je predvsem važna izbira šob ter pravih parametrov rezanja, npr.: oddaljenost šobe od površine obdelovanca, hitrosti rezanja, prevelika šoba ipd.. Na primeru, na zgornji sliki, lahko vidimo, kako se poveča kot reza, če je oddaljenost šobe prevelika. Pojavi se tudi nezaželjena zaobljenost zgornjega robu reza. Podobne posledice ima tudi izbira prevelike šobe. Druga slaba lastnost so kapljice staljenega materiala, ki se ohladi in nabere na spodnjem robu reza. Odstraniti jo je treba mehansko Hrup Slabe lastnosti plazemskega rezanja glede delovnega mesta pa sta v glavnem hrup, ki pri rezanju plošč debeline npr. 100 mm preseže 120 db. Istočasno pa se zaradi precej velike oddaljenosti gorilca (cca -30 mm) zaradi obloka pojavi močno svetlobno sevanje, ki lahko 39

54 trajno poškoduje oči. Zato je obvezna uporaba zaščitne opreme, podobno kot pri elektro varjenju. Potrebna pa je tudi previdnost pri delu s plazemskim rezalnikom, saj so prisotne vrednosti toka in napetosti zelo visoke in življenjsko nevarne. Šobe, ki jih uporabljamo pri rezanju s plazmo so zaradi prevodnosti izdelane iz bakra, izdelane morajo biti zelo precizno, da je plazemski curek čimbolj enakomeren-stabilen. Taka precizna obdelava pa podraži potrošni material, kot so šobe in elektrode in ki jih je že tako potrebno menjati po nekaj urah uporabe. Pri rezanju s kisikovo plazmo, s katero režemo v glavnem konstrukcijska in toplotno obdelana mikrolegirana jekla, uporabljamo kot material za elektrodo hafnij, saj volfram prehitro reagira s kisikom. Pa tudi elektroda je uporabna le za približno dve uri rezanja. Pri rezanju tanke pločevine pa je pri velikih hitrostih (cca 6000 mm/min) za čim kvalitetnejši rez potrebno tudi zelo približati gorilec. Zgodi se tudi, da šoba podrsa po površini pločevine. Pri tem prevzame šoba polariteto pločevine in nastane dvojni oblok, ki poškoduje šobo. Posledica je slabši rez in krajša življenjska doba šobe. Kljub naštetim slabostim pa sta za rezanje pločevin nad 10mm debeline precej razširjena dva načina plazemskega rezanja: rezanje z dušikovo plazmo v vodni kopeli in plazemsko rezanje z mešanico argona in vodika [9]. 40

55 5 REZANJE PLOČEVINE Z VODNIM CURKOM 5.1 Zgodovina vodnega curka Ena novejših tehnologij je obdelava materiala z vodnim curkom, ki pa si je v relativno kratkem obdobju pridobila veliko pristašev. Oglejmo si nekaj zanimivih mejnikov. Rudarji so že dolgo opazovali in izkoriščali erozivno delovanja vode. Njihove izkušnje so navdihnile nekatere zgodnje razvijalce naprav, s katerimi so dosegli zelo velike hitrosti curka vode. Glede na to, kar danes razumemo pod pojmom visokohitrostni curek, lahko za njegovo prvo uporabo štejemo vodni top, ki sta ga razvila B.V. Voytsekhovsky in Chermensky. Uporabljali so ga pri izkopavanju rude v Sibiriji po letu V šestdesetih letih so v družbi Exotech Inc. Razvili pulzno črpalko, s katero so dosegli tlak 700 Mpa, pri premeru izhodne šobe 1,6 mm. Leta 1970 je družba Terraspace Inc. Kupila licenco za rusko kumulativno vodno šobo, katere prečni presek se je proti izhodu eksponentno zmanjševal. Voytsekhovsky je do tedaj že razvil napravo, s katero so dosegli stalno delovanje pri 200 Mpa. Naprava je imela moč 2000 kw! Do leta 1974 so pri Terraspace Inc. Razvili pulzno napravo za delo v rudarstvu in pulzno napravo za deaktiviranje municije s curkom gela. Slednjemu so izmerili hitrost 1475 m/s oz. 4,7 kratno hitrost zvoka v zraku. Iz drugih virov je znano, da je že v zgodnjih šestdesetih letih O. Imanaka s Tokijske univerze uporabil vodni curek v industrijski aplikaciji. Konec šestdesetih je R. Franz z univerze v Michiganu uporabil visokohitrostni vodni curek za rezanje lesa. Za prvo večjo industrijsko uporabo razreza z visokohitrostnim vodnim curkom velja aplikacija v McCartney Manufacturing Company leta Z vodnim curkom so rezali večplastne papirnate cevi. Prvo komercialno črpalko za rezanje z vodnim curkom je leta 1971 začela proizvajati družba Flow Research, Inc. Leta 1981 je njena materinska družba WTI (Waterjet Technology Inc.) iznašla in tudi patentirala postopek rezanja z abrazivnim vodnim curkom. V letih do 1994 so v WTI razvili tudi postopek frezanja z abrazivnim vodnim curkom. Od zadnjih dosežkov tehnologije uporabe visokohitrostnih curkov omenimo še: rezanje s tekočim dušikom (1995), površinsko obdelavo za povečanje obrabne odpornosti, razrez materiala, ki ima strukturo satovja, kakršen se uporablja v letalski industriji (1998) in še poliranje, raziglenje ter vrtanje in struženje. 41

56 Med tem časom, pa smo si prve izkušnje o postopkih rezanja materiala z vodnim curkom pridobivali tudi v Sloveniji. Začetki uporabe in preučevanja abrazivnega vodnega curka v industrijske namene segajo v leto Prva industrijska aplikacija je stekla leta 1990 v tovarni kanalizacijskih cevi Tesal v Anhovem. Ta aplikacija je klasičen primer spremembe obdelovalne tehnologije zaradi uporabe novih materialov. Prehod iz cementnih na kompozitne cevi je zahteval ustrezen postopek, v tem primeru abrazivni vodni curek. Leta 1998 so na Fakulteti za strojništvo v Ljubljani kupili sistem AVC Omax. Sledile so številne raziskave možnosti uporabe v domači industriji (razrez kompoundnih industrijskih nožev Železarna Ravne, rezanje keramičnih cevi za varovalke tovarne Eti Izlake in razrez panelnih plošč Trimo). Sodelovali so tudi v mednarodnih projektih Coupernicus, Proteus in Craft. 5.2 Princip delovanja Pri rezanju z vodnim curkom uporabljamo vodni curek pod visokim pritiskom, usmerjen proti obdelovancu skozi zelo fino šobo. Pri tej rezalni tehniki uporabljamo čisto vodo ali mešanico vode in finega abrazivnega peska za rezanje trših obdelovancev. Ko visokotlačna črpalka stisne vodo, proizvede tlak do 4200 bar. Ta potuje po tanki nerjaveči cevki do vodne šobe (premeri šob so od 0,10 do 0,35 mm). Vodni curek nadalje potuje v mešalno komoro, kjer se lahko primeša abrazivno sredstvo. Ta granulat se v mešalni komori meša z vodo, kar povzroči visoko kinetično energijo, ki se pokaže v izjemno visokem energijskem curku. Granulacija abraziva je lahko različna (40, 60 ali 80, odvisno od potreb). Abrazivno sredstvo se dovaja v mešaino komoro po cevki, ki je speljana iz rezervoarja za abraziv. Le-ta je računalniško nadziran, tako da lahko dovajanje abraziva v mešaino šobo povečamo, zmanjšamo ali dovajanje prekinemo. Vodni curek v katerem je primešan abraziv zapusti rezalno šobo s hitrostjo 800 do 900 m/s in prebije material v premeru 0,15 do 2,5 mm, tako deluje na obdelovanec ter odnaša material iz njega. Pri tem postopku se uporabljajo posebni filtri za čiščenje vode, ki imajo zelo velik pomen, saj morajo vodo očistiti preden doseže visokotlačni učinek za rezanje. V nasprotnem 42

57 primeru bi prišlo do poškodb vitalnih delov, ki so pod visokim tlakom, obenem pa filter zagotavlja konstanten pretok vodnega curka. Znotraj rezalne glave dosežejo abrazivna sredstva skupaj z vodo hitrost 500m/s. Pri tej hitrosti rezalni curek povzroči na materialu lokalne poškodbe, ki so dejansko posledica razjedanja materiala zaradi velike kinetične energije. Zaradi tega je potrebno imeti spodaj posebne nosilce iz keramike, ki zadržijo vodni curek. Hitrost rezanja je odvisna od debeline obdelovanca in želene kvalitete robov. 5.3 Uporaba vodnega curka Uporaba tehnologije vodnega curka Z vodnim curkom je mogoče rezati skoraj vsak material. Tehnologija rezanja z vodnim curkom se uporablja v vseh dejavnostih, kjer nekaj režejo, obrezujejo ali izrezujejo. Omogoča izrezovanje najzahtevnejših dvodimenzionalnih likov, ki si jih zamisli oblikovalec. Z vodnim curkom izrezani izdelki so brezhibni. Imajo sorazmerno gladek rez, nimajo ostrih robov (srha), niso upognjeni in ne pregreti. Vodni razrez poveča kakovost izdelkov, zmanjša stroške proizvodnje, poveča zmogljivost in konkurenčnost podjetja. Tehnologija vodnega curka je okolju prijazna, neoporečna. Raznolikost materialov, načinov rezanja in potreb proizvodnje je konstruktorju narekovalo razvoj različnih sistemov. Medtem ko se nekateri materiali lahko režejo s hitrostjo 50 in več metrov na minuto, je pri drugih dovolj že nekaj cm/min. V nekaterih proizvodnjah je potrebno rezati velike in težke obdelovance, v drugih so zaželene velike serije istih izdelkov, v tretji unikati Pri nekaterih proizvodnih sistemih je potrebno avtomatsko dovajanje materiala, pri drugih avtomatsko odvzemanje izdelkov ali odpada ali pa oboje. Univerzalni sistem, ki je za vse dober, je za vse tudi pomanjkljiv. Namen rezanja z vodnim curkom je večkraten: dobiti neoporečne izdelke, rezanje zahtevnih in ostrokotnih likov, rezanje zelo ozkih reber, rezanje materialov, za katere doslej še ni na razpolago željenih sistemov (različne naravne in mineralne volne, kovinsko in plastično satovje, večslojni materiali, steklo, titan, baker, aluminij; materiali, ki pri visoki 43

58 temperaturi oddajajo strupene pline ali spreminjajo strukturo in trdnost), doseči sorazmerno gladko površino reza brez srha in zmanjšati stroške obdelave. Vodni razrez se že široko uporablja: v predelovalnih industrijah za rezanje vseh vrst kovin, lesnih polizdelkov, vezanih materialov, stekla, izolacijskih materialov (mineralna in steklena volna, stiropor in mavčne plošče), materialov za tesnila, gume, različne plastike, vlaknastih snovi, večplastnih snovi, plastificirane pločevine in materialov z visokim sijajem. V gradbeništvu se z vodnim curkom režejo keramika, marmor in granit, v drugih dejavnostih tudi lepenka, usnje, tekstil, zamrznjena in druga hrana ter penaste snovi, kot so nekateri poliuretani. Slika 32: Rezanje granita z vodnim curkom [3] Prednosti Vodni razrez ne potrebuje orodja in vpenjalnih naprav. Rezanje poteka v hladnem, zato odpadejo vsi stranski učinki, ki spreminjajo strukturo in obliko materiala. Površina reza je lahko groba ali gladka odvisno od hitrosti rezanja. Robovi so ostri in brez srha, špranja reza je ozka, kar omogoča izdelavo likov z ostrimi notranjimi koti in filigransko majhnih izdelkov. Izkoristek materiala je dober. Izdelki so brez deformacij, brez zažganih robov in brez mikro razpok. Vodni curek zaradi razkrojnega učinka pritiska na material le z majhno silo (ca. 20 do 150 N), zato je zelo primeren za rezanje materialov, ki so občutljivi na pritisk. Pri rezanju 44

59 umetnih mas se ne pojavljajo smrad in strupeni plini. Ogljikova jekla se ne zakalijo. Tehnologija rezanja z vodnim curkom je okolju prijazna. Poraba energije je majhna. Podobno v primerjavi s toplotnimi postopki rezanja obstaja serija rab, kjer dobesedno vodni curek izreže lep lik. Debelina obdelovanca 40 mm v primeru specialnega jekla ali 50 mm v primeru bakrovih in aluminijevih materialov za vodni curek ne predstavlja nobenega problema. Pri teh dimenzijah je treba laserski žarek že izločiti kot orodje za izdelavo preciznih rezov. Laserski in plamenski rezalniki dosežejo svojo zgornjo mejo tudi pri materialih na osnovi titana, občutljivih na pritisk, in pri kromnikeljkobaltovih zlitinah, ker se v teh primerih pojavijo napetosti, mikro pokline in spremembe v strukturi. Poboljšana finozrnata konstrukcijska jekla z mejo plastičnosti do 900 N/mm 2 pri rezanju z vodnim curkom ne pretrpijo nobenega neželenega toplotnega vpliva Slabosti Tako kot vsi postopki ima tudi rezanje z vodnim curkom, oz. abrazivnim vodnim curkom svoje pomanjkljivosti. Največja slabost je brazdavost. Gre za značilno obliko površine, ki nastane na rezani ploskvi zaradi izgube energije curka z globino reza. Velikost z globino narašča. Z zmanjšanjem hitrosti rezanja se brazdavosti lahko popolnoma izognemo. To podaljša obdelovalne čase in temu primerno poveča stroške obdelave, zato moramo izbrati hitrost, ki je najprimernejša glede na zahtevano obdelavo in ceno. 45

60 6 PRIMERJAVA POSTOPKOV 6.1 Laser, voda ali plazma kaj je najbolj primerno za rezanje Ko se je potrebno pred izbiro stroja ali obdelovalnega centra odločiti za ustrezen postopek, se uporabniki pogosto srečujejo s težavami pri izbiri. Na voljo je več postopkov za rezanje pločevine na osnovi žarka oz. curka. Ne gre za tesen boj za prevlado, kot npr. pri prebijanju in obdelavi z laserjem, saj pri iskanju drugih načinov za izrezovanje nedvomno vodi obdelava z laserjem. Zanimivi alternativi sta še obdelava z vodnim curkom in rezanje s plazmo. Lasersko rezanje je termičen postopek, podobno kot plamensko, obločno ali plazemsko rezanje. Razlika je v izvoru toplote in porazdelitvi energije na površini obdelovanca. Žarek, kot izvor sevalne energije, je fokusiran na površini obdelovanca; tako dosežemo zadostno površinsko gostoto moči, da se material segreje, stali in v končni fazi upari. Material namreč na splošno del energije v obliki svetlobe določene valovne dolžine (odvisno od laserskega medija) absorbira v obliki toplote, del jo odbije, del pa jo lahko tudi prepusti skozi. Učinkovitost laserske obdelave je odvisna od termičnih in v določeni meri optičnih lastnosti in ne od mehanskih lastnosti obdelovanega materiala. Tako lahko obdelujemo krhke, trde in mehke material, ki imajo ustrezne termične lastnosti, kot npr. nizka toplotna prevodnost. Prav obdelava širokega spektra materialov odlikuje lasersko rezanje. Režemo lahko vse vrste materialov; nizkoogljična jekla, visokolegirana in Cr-Ni-jekla, nikljeve legure, titanove zlitine, les, papir, širok spekter umetnih mas, od kompozitov do keramike. Postopek je natančen in v svojem področju debelin hiter. Pri tankih pločevinah mu ne more konkurirati nobeden postopek. Plazemsko rezanje je zelo učinkovit grobi postopek za razrez električno prevodnih kovin. Na razpolago je veliko različnih kombinacij plazemskih in zaščitnih plinov, ki jih lahko uporabimo, da izboljšamo rezalno performanco na različnih kovinskih materialih in aplikacijah. Ko komponente v nadaljevanju varimo, je geometrija reza celo prednost postopka, vendar je kakovost odrezane površine omejitev pri uporabi te tehnologije. 46

61 Natančnost rezanja in kakovost površine reza ne konkurirata z laserskim rezanjem pri pločevinastem materialu in materialu v tankih ploščah. Največja prednost rezanja s plazmo je, da lahko z njo režemo vse materiale, ki prevajajo električni tok. To so na primer nerjavna jekla z visoko vsebnostjo kroma in niklja, visoko kvalitetna orodna jekla, aluminij, baker ipd. Glede na to, da obstajajo že boljši postopki za rezanje materialov (vodni curek, laserski žarek), pa po večini plazma še vedno zadovoljuje večino robustnega razreza materiala v industriji. Obdelava z abrazivnim vodnim curkom (AVC) je nekonvencionalen postopek, ki temelji na odnašanju materiala obdelovanca kot posledica erozije trdih abrazivnih delcev, pospešenih z visokohitrostnim vodnim curkom. Prednost AVC pred drugimi odrezovalnimi postopki je v zmožnosti obdelave skoraj katerega koli materiala in zanemarljivi toplotno prizadeti coni na obdelovancu. Poleg tega je obdelava z AVC ekološko zelo sprejemljiva, saj uporablja le vodo in naravne abrazive. Področje uporabe AVC sega od čiščenja in utrjevanja površin, kjer se večinoma uporablja le vodni curek (VC), konturnega rezanja, teksturiranja, frezanja pa vse do preoblikovanja in aplikacij v medicini. Razvoj tehnologije z namenom povečati natančnost obdelave gre v smeri uporabe višjih tlakov ter manjših premerov curkov in finejših abrazivov, kar bi odprlo številne možnosti na področju mikroobdelave. Z vodnim curkom je mogoče rezati skoraj vsak material. Tehnologija rezanja z vodnim curkom se uporablja v vseh dejavnostih, kjer nekaj režejo, obrezujejo ali izrezujejo. Omogoča izrezovanje najzahtevnejših dvodimenzionalnih likov, ki si jih zamisli oblikovalec. Z vodnim curkom izrezani izdelki so brezhibni. Imajo sorazmerno gladek rez, nimajo ostrih robov (srha), niso upognjeni in ne pregreti. Vodni razrez poveča kakovost izdelkov, zmanjša stroške proizvodnje, poveča zmogljivost in konkurenčnost podjetja. Tehnologija vodnega curka je okolju prijazna, neoporečna. 47

62 Preglednica 1: Primerjava postopkov Plazma Laser Vodni curek Vnos energije plazemski plin svetloba Pretvorba energije Odstranitev rezalnega materiala Razdalja med šobo in materialom električno nabit plin žarek voden z ogledali voda z ali brez abraziva kinetična energija plinski curek plinski curek vodni curek 2,5 mm 5 mm 3 mm Delovna površina 6000 x 2000 mm 3000 x 1500 mm 3000 x 2000 mm Materiali, ki jih lahko režemo samo kovinski in nekovinski materiali celoten spekter materialov razen zelo refleksnih in kompozitnih materialov vsi materiali Temperature reza vroč rez topel rez mrzel rez Vpliv temperature rezanja na material Spremembe strukture materiala velik vpliv na rezne robove velike spremembe v coni reznih robov mali vpliv na rezne robove majhne spremembe v coni reznih robov temperatura ne vpliva na rezne robove nobene spremembe v coni reznih robov Pravokotnost reza velika odstopanja manjša odstopanja manjša odstopanja Hrapavost rezne površine Videz odrezanega roba Trdnost materialov, ki jih režemo Rezanje plastičnih materialov Rezanje kompozitnih materialov značilno hrapava relativno hrapava lahko je minimalno hrapavo-odvisno od hitrosti reza vidne so brazde vidne so brazde vidne so lise ne vpliva na hitrost reza ni možno samo kompozitov s kovinsko bazo ne vpliva na hitrost reza rezanje je možno vendar je treba odvajati strupene pline samo kompozitov, iz komponent z isto talilno temperaturo rahlo negativno vpliva na hitrost reza je možno zelo dobro za vse kompozite 48

63 Plazma Laser Vodni curek Graviranje ni možno možno redko Debelina ekonomičnega razreza (jeklo) do 20 mm do 15 mm do 50 mm Toleranca 0,5 mm 0,13 mm 0,2 mm Hrup srednje zelo nizek visok Potrošni material šobe, elektrode leče, šobe vodne šobe, tesnila Nabavna cena EUR EUR EUR ABRAZIVNI V.CUREK vsi materiali LASER 1000W 1000W 1500W 3000W 5000W 1500W 3000W 6000W 1500W 2500W 5000W organski materiali konstrukcijska jekla rezalni plin O2 Cr-Ni jekla rezalni plin: N2 visoko tlačno rezanje aluminij rezalni plin: N2 visoko tlačno rezanje PLAZMA 30A 40A 100A 200A 600A konstrukcijska jekla Cr-Ni jekla aluminij debelina pločevine [mm] Slika 33: Območja uporabe rezalnih postopkov 49

64 6.2 Ekonomičnost rezanja z laserjem, plazmo in abrazivnim vodnim curkom Rezanje z laserskim žarkom, plazmo in abrazivnim vodnim curkom (AVC) so danes povsem uveljavljeni postopki, ki z nekonvencionalnim mehanizmom odnašanja uspešno zamenjujejo klasične postopke. Prednosti se kažejo predvsem v višji hitrosti obdelave, kakovosti in natančnosti obdelane površine, pogosto pa tudi pri obdelavi s klasičnimi postopki težko obvladljivih materialov. Tris kriterijev cena, kakovost, čas izdelave nastopa pri sleherni tehnološki nalogi. Pomembnost posameznega kriterija se lahko spreminja glede na specifične zahteve izdelka. Pogojene so tako s stališča naročnika kot izdelovalca. V vsakem primeru pa izdelovalec nosi tveganje odločitev za izbrane tehnološke poti. V nadaljevanju so obravnavani vsi trije postopki rezanja z ekonomskega vidika in vidika učinkovitosti pri obdelavi različnih materialov. Postopki so že dobro uveljavljeni na različnih področjih izdelave, od letalske in avtomobilske industrije, orodjarstva, kovinskopredelovalne industrije laser in vodni curek pa tudi v papirništvu in živilski industriji. Tehnologije so primerne na področjih izdelave v manjših serijah oz. tam, kjer je fleksibilnost orodja nujna. Na tako širokem področju izdelave najdemo tudi širok spekter materialov, zato je poznavanje njihovih lastnosti ključnega pomena pri izboru prave tehnologije. Nastala površina je do neke mere podobna (strijavost, koničnost reza, srh ), vendar je mehanizem odnašanja povsem drugačen. 50

65 Slika 34: Prebijanje 20-milimetrske nerjavne pločevine s 5-kW CO 2 laserjem [12] Slika 35: Rezanje 20-milimetrske nerjavne pločevine z AVC s hitrostjo 80 mm/min [12] 51

66 Lasersko rezanje je termičen postopek odnašanja materiala, kjer je žarek kot izvor sevalne energije fokusiran na površini obdelovanca. Tako dosežemo zadostno gostoto energije, da se material segreje, stali in nazadnje upari. Staljen in uparjen material je iz rezalnega območja odnešen s curkom rezalnega plina (slika 34). Rezanje z AVC sodi med mehanske postopke odnašanja. Vodni curek z dodatkom abraziva z visoko hitrostjo (od 400 do 900 m/s) zapušča mešalno šobo. Delci abraziva vpadejo skupaj z vodo na obdelovanec in ga erodirajo (slika 35). Pri plazmi pa je osnova plazemski plin, ki ionizira v šobi in se»fokusira«s pomočjo posebej oblikovane šobe. Ta vroč plazemski curek se lahko uporablja za razrez materialov, kot je plastika (neprenesen oblok). Pri razrezu kovin se električni oblok vzpostavi med elektrodo in obdelovancem in s tem poveča prenos energije. Zelo ozka odprtina šobe fokusira oblok in plazemski curek. Dodatno intenziteto prenosa obloka se lahko doseže s sekundarnim (plazemskim) plinom. Zaradi ekoloških razlogov se rezanje s plazmo pogosto izvaja v bazenu pod vodo. Primerjava med postopki je izvedena na različnih materialih in debelinah obdelovanca za primer 4-kW CO 2 laserskega sistema, za plazemski sistem Varcut L2 in sistema za rezanje z AVC s tlakom 350 Mpa. Vsi trije sistemi so opremljeni z dvoosno računalniško vodeno koordinatno mizo in zato primerljivi, saj prav tako sistemi predstavljajo ekonomično upravičenost ob morebitni investiciji v nov sistem. 6.3 Učinkovitost obdelave različnih materialov Laserski rez Najpomembnejše lastnosti materiala za lasersko obdelavo: lastnosti, povezane z absorpcijo; definirajo, kako dobro se energija svetlobe sklaplja z nekim materialom. To so stanje površine, absorpcijski koeficient in reflektivnost pri neki valovni dolžini laserske svetlobe. lastnosti, povezane s prenosom toplote, toplotnim tokom v materialu; določajo temperaturno porazdelitev. To sta predvsem toplotna prevodnost κ in difuzija d, ki ovirata rezanje. Zato z laserjem mnogo učinkoviteje režemo toplotne izolatorje (plastične mase, lesne proizvode, gume, tekstil ) kot prevodnike (kovine). 52

67 termodinamične lastnosti; določajo količino energije (toplote), ki je potrebna za želene fazne spremembe v materialu; taljenje in izparevanje. To so predvsem gostota ρ, specifična toplota c, temperatura tališča T t in vrelišča Tv ter talilna Q t in izparilna toplota Q i. Poleg faznih sprememb zasledimo pri laserski obdelavi še mnoge druge pojave, ki so povezani s kakovostjo nastale površine, kot so npr. pojav mikrorazpok, nastanek toplotno prizadetega območja in strijavosti nastale površine. V primeru rezanja polimerov in kompozitov pa prihaja do razpada molekularne zgradbe in osmojenosti v bližnji okolici reza ter tudi do prisotnosti plinastih produktov. Učinkovitost laserske obdelave je odvisna od termičnih in v neki meri optičnih lastnosti bolj kot od mehanskih lastnosti obdelovanega materiala. Tako lahko obdelujemo krhke, trde in mehke materiale, ki imajo ustrezne termične lastnosti, npr. nizka toplotna prevodnost Plazemski rez S plazmo režemo vse električno prevodne materiale. Učinkovitost rezanja lahko ocenjujemo glede na kvaliteto odrezanih površin. Največja težava pri plazmi je poševnost reza. Seveda je ideal, ki ga skušamo doseči, čimbolj pravokoten rez zaradi lažje nadaljnje obdelave. Ta poševnost nastane, ker moč curka med prehodom skozi material nekoliko slabi. Zato je predvsem važna izbira šob ter pravih parametrov rezanja, npr.: oddaljenost šobe od površine obdelovanca, hitrosti rezanja, prevelika šoba ipd.. Poševnost se poveča, če je oddaljenost šobe prevelika. Pojavi se tudi nezaželjena zaobljenost zgornjega robu reza. Podobne posledice ima tudi izbira prevelike šobe. Druga slaba lastnost so kapljice staljenega materiala, ki se ohladi in nabere na spodnjem robu reza. Odstraniti jo je treba mehansko. Na kvaliteto reza lahko vplivamo s izbiro plinske mešanice s pravilno izbiro šobnega kompleta, s hitrostjo reza in višina odmika šobe od pločevine in z rezalnimi parametri. 53

68 Preglednica 2: Vrste plazemskih plinov in uporaba [11] Plin Priporočljiv za Prednosti Slabosti Zrak Dušik N 2 Argon/ vodik 35 % Ar 65 % H 2 Kisik O 2 ogljikova jekla nerjavna jekla nerjavna jekla aluminij ogljikova jekla aluminij nerjavna jekla ogljikova jekla čist in hiter rez na ogljikovih jeklih cenovno ugoden priročen odličen odrez nerjavnega jekla ali aluminija dolga življenjska doba elektrode cenovno dostopen odlična kakovost reza in hitrost za debelejše materiale manj plina in dima pri rezu čisti rez ni nitridov na površini hiter odrez ogljikovih jekel kratka življenjska doba elektrode nitridi na površini reza oksidacija na nerjavnih jeklih ali aluminiju nitridi na površini reza drag plin ni za ogljikova jekla kratka življenjska doba elektrode oksidacija pri nerjavnih jeklih ali aluminiju Abrazivni vodni curek Učinkovitost erozijskega procesa pri AVC je odvisna od različnih dejavnikov, kot so vrsta, oblika in vpadni kot abrazivnega zrna, njegova kinetična energija, lastnosti obdelovanega materiala ter okoliških razmer. Kot posledica translatornega podajalnega gibanja curka pravokotno na smer odnašanja materiala nastane na rezalni fronti stopnica, ki se med postopkom odnašanja poglablja proti spodnji ploskvi obdelovanca. Ker je medtem vodni curek že napredoval vzdolž smeri podajanja, je vedno manj abrazivnih delcev, ki zadevajo v stopnico neposredno, pač pa je več takih, ki so se že enkrat odbili od rezalne fronte. Rezanje poteka torej tako, da abrazivni delci in voda poglabljajo»stopnico«proti dnu obdelovanca. Tako se ustvari kanal, ki zavija proti dnu reza vedno bolj nazaj, medtem ko se rezalna šoba pomika naprej. Posledica takega mehanizma odvzema je, da se na površini reza pojavijo napake, predvsem koničnost reza in strijavost površine. 54

69 Primernost materiala za obdelavo z AVC določajo predvsem naslednje njegove lastnosti, ki so povzete v tabeli Preglednica 3: Lastnosti materiala, ki karakterizirajo njegovo obdelovalnost pri obdelavi z AVC [12] Lastnosti materiala trdota modul elastičnosti velikost zrna napetost tečenja poroznost Obdelovalnost (za krhke materiale) Trdota je morda najpomembnejša lastnost materiala pri obdelavi z AVC. Trši je material, težje ga je obdelovati. Načeloma velja pravilo, da je material abraziva vedno trši od materiala obdelovanca. Podobno vplivajo tudi druge mehanske lastnosti materiala. Poroznost materiala je prav tako pomembna lastnost, ki bistveno vpliva na obdelovalnost materiala z AVC. To velja predvsem za krhke materiale (keramika, marmor, granit ). Z večanjem poroznosti se veča tudi obdelovalnost materiala. 6.4 Investicijski in obratovalni stroški Investicijski stroški zajemajo stroške investicije v načrt avtomatizacije proizvodnje, stroške investicije v nabavo opreme in stroške investicije v postavitev in zagon proizvodnje. Ti stroški predstavljajo največji zalogaj za podjetje. Torej, če podjetje ne posluje dobro, si zelo težko omisli avtomatizacijo proizvodnje. Ko imamo opravljen načrt avtomatizacije proizvodnje moramo nabaviti vso potrebno opremo. Ta investicija je največja, saj je oprema lahko zelo draga in obsežna. Vendar pa se da tukaj tudi prihraniti, na primer z nabavo cenejše, mogoče tudi rabljene opreme. To je smiselno predvsem takrat, ko nimamo dovolj veliko denarnih sredstev. V primeru, da pa imamo dovolj sredstev, pa je smiselno nabaviti novo opremo, saj ima le ta garancijo in daljšo življenjsko dobo. 55

70 Po nabavljeni opremi nas čaka še investicija v postavitev le te. Opremo je potrebno pravilno postaviti (delovni prostor stroja) in pravilno povezati spremljajoče naprave. Tudi zato je potrebno najeti strokovnjaka, če tega v podjetju nimamo, kar pomeni dodaten strošek. Dodaten strošek pomeni tudi zagon proizvodnje. Tukaj prav tako potrebujemo strokovnjaka, ki bo preizkusil posamezno napravo in ob morebitnih napakah znal posredovati CO 2 laserski sistem Nakup laserskega sistema je povezan z visokim kapitalom. Močnostni laserji lahko stanejo nekaj sto tisoč evrov. Večina CO 2 laserjev stane med 70 in 100 evrov za vat izhodne moči. Dodatni stroški, kot so hladilni sistem, močnostni-napajalni del, sistem za vodenjem žarka in/ali obdelovanca ter varnostna oprema, lahko dosežejo vrednost osnovne enote resonatorja. Pri izračunu strojne ure CO 2 laserskega razreza je seveda pomembno, da upoštevamo vse obratovalne stroške in ne samo tistih, ki se zdijo pomembni na prvi pogled. Npr. stroške plinov navadno uvrstimo v kalkulacijo strojne ure, saj jih pogosto menjavamo, vendar pozabimo upoštevati stroške vzdrževanja in menjave optike, ki se lahko zgodi dvakrat letno. Stroški optike lahko presežejo stroške plinov pri urni postavki rezanja. Opisano seveda velja za vse postopke in izračune strojnih ur posamezne obdelave. Preglednica 4: Izračun strojne ure za laserski sistem Investicijski stroški [ ] [ /h] Laser Hladilni sistem Sistem za vodenje žarka Auto-fokusirni sistem osni podajalni sistem Skupni investicijski stroški ,3 Poraba Električna energija (laser, hlajenje, odsesavanje) 0.12 /kwh [ /h] 65 kw 7,8 56

71 Laserski plini: He (cca.20 /m 3 ) 20 l/h 0,40 CO 2 (cca.1,5 /m 3 ) 1,5 l/h 0,002 N 2 (cca. 3 /m 3 ) 8,5 l/h 0,03 Rezalni plini: O 2 (cca. 1,2 /m 3 ) 1 m 3 /h 1,2 N 2 (cca. 2 /m 3 ) Komprimiran zrak Skupna poraba (odvisno od rezalnega plina) m 3 /h (odvisno od debeline rezanja) 2500l/h O 2 : 9,4; N 2 : 30,2 68,2; Servis in vzdrževanje 5 Plače delavcev Bruto ura operaterja 7 Bruto ura pomočnika (polovični delovni čas) Bruto ura programerja (polovični delovni čas) Stroški prostorov 10 x 18 m (cca 50 /m 2 ) 4,5 Skupna strojna ura obdelave (odvisna od rezalnega plina) 2,5 5,2 O 2 : 67,9 N 2 : 88,7 126,7 Preglednica 4 prikazuje postavke in izračun strojne ure za 4-kW CO 2 laserski sistem z dvoosnim računalniško vodenim podajalnim sistemom. Redno servisiran in vzdrževan laserski sistem deluje okrog ur, od tega letno. Navadno s kisikom režemo konstrukcijska jekla, z dušikom vse ostale kovine (Al-zlitine, nerjavna in druga legirana jekla, Ti ), z zrakom pa nekovinske materiale (plastične mase, gume, les ). Tako je rezanje konstrukcijskih jekel bistveno cenejše od rezanja t. i. barvnih kovin. 57

72 6.4.2 Plazemski sistem vložkom. Izmed vseh treh sistemov je nakup plazemskega rezalnika povezan z najnižjim začetnim Preglednica 5: Izračun strojne ure plazma sistema Investicijski stroški [ ] [ /h] Plazma + odsesavanje ,33 Poraba Električna energija 0.12 /kwh 26 kw 3,12 Katode (24,13 /kom) cca.katoda/4h 6,03 Šoba (13,43 /kom) cca.šoba/4h 4,48 Kapa (20,89 /kom) cca.kapa/40h 3,36 Plazemski in zaščitni plini: Argon (cca.2,74 /kg) 0,14 kg/h 0,37 Dušik 4.6 (cca.1,29 /kg) 0,52 kg/h 0,67 Dušik 5.0 (cca. 3,99 /kg) 0,02 kg/h 0,08 Vodik 3.0 (cca. 114,8 /kg) 7,5x10-4 kg/h 0,09 Formirni plin N 2 H 2 (cca. 3,41 /kg) 0,05 kg/h 0,18 Kisik (cca. 0,79 /kg) 1,4 kg/h 1,11 Sintetični zrak (cca. 2,19 /kg) 0,21 kg/h 0,46 Skupna poraba 15,99 Servis in vzdrževanje 1,8 Plače delavcev Bruto ura operaterja 6 Bruto ura pomočnika (polovični delovni čas) Programer (polovični delovni čas) Stroški prostorov 9 x 15 m (cca 50 /m 2 ) 3,4 Skupna strojna ura obdelave 43,2 2,5 5,2 58

73 V preglednici 5 so prikazane postavke za izračun strojne ure za plazemski sistem Varcut L2 s plazemskim izvorom HiFocus 160i. To je portalna izvedba rezalnika, ki ima eno glavo za plazemsko in eno glavo za plamensko rezanje. Redno servisiran in vzdrževan sistem z dvoosnim računalniško vodenim podajalnim sistemom. Redno servisiran in vzdrževan sistem AVC deluje okrog ur, od tega letno AVC-sistem Preglednica 6: Izračun strojne ure AVC sistema Investicijski stroški [ ] [ /h] AVC sistem z 2-osnim podajalnim sistemom in dvema rez. Glavama, Filtriranje in mehčanje vode Poraba ,7 Električna energija (uporaba ene rezalne glave) 0.12 /kwh 35 kw 4,2 Voda (cca 0,5 /m 3 ) do 3 l/min = 180 l/h 0,1 Abraziv (cca 0,5 /kg) 0,4 kg/min = 25 kg/h 12,5 Vodne šobe (cca. 20 /kos) cca. Šoba/40 h 0,5 Mešalne cevi (cca. 100 /kos) cca.cev/100 h 1 Skupna poraba 18,3 Servis in vzdrževanje 4 Plače delavcev Bruto ura operaterja 7 Bruto ura pomočnika (polovični delovni čas) Bruto ura programerja (polovični delovni čas) 2,5 5,2 Stroški prostorov 8 x 8 m (cca 50 /m 2 ) 1,6 Skupna strojna ura obdelave 65,3 59

74 Preglednica 6 prikazuje postavke in izračun strojne ure za 350-Mpa AVC-sistem z dvoosnim računalniško vodenim podajalnim sistemom. Redno servisiran in vzdrževan sistem AVC deluje okrog ur, od tega letno. Vse tri tehnologiji zahtevajo izkušenega operaterja za vodenje in vzdrževanje sistema. Z uporabo podajalnih miz povečamo stopnjo produktivnosti in zmanjšamo neproduktivne pripravljalne čase. Vendar se v praksi poslužujemo dveh miz v glavnem pri laserjih. Med obdelavo rezanjem tako lahko operater razloži predhodno serijo in pripravi novo. Z uporabo več rezalnih glav pri sistemu AVC lahko prav tako močno povečamo produktivnost postopka. Dodatna rezalna glava stane približno do evrov za glavo. Produktivnost rezanja AVC lahko povečamo tudi z rezanjem pločevine v paketu (debelina paketa do 25 mm) in pri tem ohranimo toleranco izdelkov Komplementarnost tehnologij CO 2 laserski sistem, AVC in plazma predstavljajo precejšno investicijo, zato je razumljivo, da je zanesljivost tehnologij ne samo pričakovana, ampak zahtevana. Z ekonomskega vidika tehnologije nudijo naslednje prednosti pred drugimi postopki: odpravljata stroške, povezane z obrabo in menjavo orodja, odpravljeni so zastojni časi za menjavo in umerjanje orodja, enostavna integracija v sisteme CNC, gnezdenje izdelkov je tesnejše, kar izboljša izkoristek materiala. Slabost vseh treh tehnologij je v že omenjeni koničnosti reza, če jo primerjamo s pravokotnimi pri konvencionalnih postopkih. Tukaj precej močno izstopa plazemski rez, ki ima močno odstopanje od pravokotnosti. Pri laserskemu rezanju koničnost zmanjšamo z nastavljanjem gorišča v notranjost obdelovanca, pri rezanju z AVC pa le z zmanjševanjem rezalne hitrosti, pri plazmi pa lahko največ naredimo z primerno izbiro tehnologije plazemskega izvora in pa z vzdrževanim šobnim kompletom. 60

75 Slika 36: Sestava plazemske rezalne glave [11] Tehnologija laserskega rezanja je precej hitrejše za ustrezne materiale in debeline. Rezanje z AVC je tako primerno za materiale, kjer je laser neučinkovit (reflektivni in debelejši materiali). Plazma pa je učinkovita predvsem za grobe razreze elektro prevodnih materialov. Tako se ni težko odločiti, kateri postopek izbrati za neki material, če so na razpolago te tehnologije. Lahko rečemo, da so tehnologije komplementarne in ne konkurenčne. Primerjava je izvedena za 4-kW CO 2 laser, plazemski izvor HiFocus 160i in 350 Mpa sistem AVC. Baker in aluminij sta zelo reflektivna za valovno dolžino CO 2 laserske svetlobe in obenem zelo toplotno prevodna. Celo pri manjših debelinah je priporočljiva uporaba rezanja z AVC, saj lahko toplota odbitega žarka poškoduje laserski fokusirni sistem. V preglednici 7 so navedene okvirne vrednosti rezalnih hitrosti pri rezanju različnih materialov in debelin s CO 2, plazmo in AVC. Hitrosti so podane za primer rezanja ravnega reza brez pospeševanj in pojemanj. Naštete vrednosti so le približne. Odvisne so od razpoložljive laserske moči in lečja oz. energije curka, oz. rezalnega toka in napetosti pri plazmi ter zahtevane kakovosti odrezane površine. 61

76 Preglednica 7: Okvirne vrednosti rezalnih hitrosti [12] Material Nerjavno jeklo Konstrukcijska jekla Debelina [mm] moč [W] Laser Plazma AVC hitrost [mm/min] tok [A] hitrost tlak hitrost Aluminij Baker / / Titan / / / / / / Pleksi steklo / / / / / / Les / / / /

77 Preglednica 8: Tehnološke značilnosti konturnih postopkov rezanja Karakteristike Laser Plazma AVC Vrsta energije termična el. Termična mehanska Natančnost pozicije [mm] ± 0,01 ± 0,1 ± 0,01 Natančnost obdelave [mm] ± 0,02 ± 0,8 3 ± 0,1 PROCES POVRŠINA Širina mostička [mm] Min. radij 0,1 0,4 1,5 2 0,4 1,2 Min. izvrtina φ [mm] 0,5 10 1,2 3 Omejitve Širina reza [mm] 0,15 0,4 1,5 8 0,6 1,4 Material absorbcija, topl. Prevodnost el. Prevodnost / Debelina [mm] do (200) Hrapavost Ra [µm] 0,4 7 1, Koničnost u [mm] 0,02 0,2 0,1 2 0,1 0,25 Toplotno priz. Območje [mm] 0,05 0,2 0,25 4 / Zaostajanje R [mm] 0,01t 0,1t 0,05t 0,15t 0,01t 0,15t Valovitost h [µm] Srh [mm] 0,1 0,5 0,5-2 0,03 0,07 Izgled bleščeč ožgan peskano, mat Na splošno imajo kovine ugodne termične in optične lastnosti za lasersko obdelavo, vendar je ekonomičnost uporabe laserskega rezanja odvisna od pravilne izbire tipa in moči laserskega žarka. Termične lastnosti materiala določajo potrebno moč vpadlega žarka, da dosežemo želeno globino reza oz. odvzem materiala. Nekatere kovine, kot so baker, medi in Al-zlitine, imajo nizko absorptivnost za sevanje CO 2 laserjev, zato se večina energije vpadlega žarka odbije. Naštete materiale zato učinkoviteje obdelujemo z Nd-YAG laserji, AVC in plazmo. 63

78 mm 6 mm 15 mm NERJAVNO JEKLO 2 mm 6 mm 15 mm KONSTRUKCIJSKA JEKLA 1 mm 2 mm 6 mm ALUMINIJ 1 mm 2 mm 6 mm BAKER Grafikon 1: Prikaz hitrosti rezanja 2 mm 6 mm 15 mm TITAN 2 mm 6 mm 15 mm PLEKSI STEKLO laser plazma AVC hitrost [mm/min] 64

79 mm 6 mm 15 mm NERJAVNO JEKLO 2 mm 6 mm 15 mm KONSTRUKCIJSKA JEKLA 1 mm 2 mm 6 mm ALUMINIJ 1 mm 2 mm 6 mm BAKER Grafikon 2: Prikaz stroškov rezanja 2 mm 6 mm 15 mm TITAN 2 mm 6 mm 15 mm PLEKSI STEKLO laser plazma AVC cena [ /h] 65

80 Materiali, ki se težko obdelujejo z laserji, se navadno enostavno obdelujejo z AVC in plazmo. S pravilno izbiro materiala abraziva lahko z AVC obdelujemo pravzaprav vsak material. Termična narava laserskega rezanja fokusiranje žarka omejuje debelino materiala, ki ga obdelujemo. Z AVC lahko obdelujemo zelo debele obdelovance pri nizkih hitrostih podajanja. Brezdotična obdelava oz. v primeru AVC minimalna mehanska obremenitev (< 10 njutnov) obdelovanca omogočajo obdelavo tako krhkih kot tudi mehkih, deformabilnih materialov (guma, stiropor, pena ). Uporaba hladnega rezalnega orodja, v primeru AVC omogoča obdelavo brez toplotno prizadetega območja. S tem prihranimo čas in denar, ki ju navadno porabimo za poobdelavo. 6.5 Stroškovna analiza rezanja s primerjavo med postopki V naslednjih vrsticah bom prikazal čas in stroške razreza sestavnih delov ventilatorja. Tip: 126 CVX 1600 φ1800; pogon 2; lega LG0, pretok zraka Q = m 3 /h, tlak na izstopu H st = 4500 Pa (40 C), temperatura zraka T = 40 C. Za pogon ventilatorja skrbi 6 polni elektromotor moči 315 kw. Pogon je izveden preko gredi vmesno sklopko, ki blaži morebitne sunke. Prenos tresljajev na objekt pa blažijo amortizerji med podstavkom in ohišjem ventilatorja. Masa ventilatorja z motorjem je kg. Vsi sestavni deli ventilatorja so iz črne pločevine (W.Nr ), razen deli rotorja so iz kotlovne pločevine (W.Nr ). V preglednicah 9 in 10 sem prikazal čas in stroške reza po posameznih debelinah in po vseh treh tehnologijah. Rezultate sem dobil po predračunih od podjetij, ki nudijo storitev razreza. Urne postavke po katerih je izračunana cena razreza so prikazane v preglednici 11. Do rezultatov plazemskega reza pa sem prišel sam v podjetju Klima Celje. Rezultati so za čisti rez, brez menjav plošč. Za primerjavo to zadostuje, če bi še prištel čas menjave plošč bi to pomenilo pri vseh treh postopkih enak dodatek, kar ne bi spremenilo rezultata. 66

81 Preglednica 9: Čas razreza po posameznih tehnologijah v urah Debelina [mm] Laser Plazma AVC 5 0,071 0,078 0, ,981 1,268 4, ,03 0,032 0, ,256 0,28 1, ,364 1,31 5, ,312 0,292 1, ,089 0, , ,228 4 čas (h) 3 2 0,981 1,268 1,147 1,364 1,31 1, ,071 0,078 0,303 0,03 0,032 0,138 0,256 0,28 0,312 0, ,089 0, debelina pločevine (mm) laser plazma AVC Grafikon 5: Čas razreza po posameznih tehnologijah v urah 67

82 Preglednica 10: Cena razreza po posameznih tehnologijah v EUR Debelina [mm] Laser Plazma AVC 5 7,2 3, ,1 53,2 624, ,32 20, ,6 11, ,3 54,9 841, ,2 12, , , ,6 600 cena (EUR) , , ,2 3, ,2 3 1,32 20,4 25,6 11,8 54,9 31,2 12,3 0 3, debelina pločevine (mm) laser plazma AVC Grafikon 6: Cena razreza po posameznih tehnologijah v EUR 68

83 Preglednica 11: Urne postavke na trgu Rezalni sistem Urne postavke Laser 100 Plazma 42 Abrazivni vodni curek 150 Preglednici 9 in 10 nam pokažeta, da močno izstopa rezanje z AVC, ki je v primerjavi z laserjem in plazmo zelo počasen in drag postopek. S tem da je treba povedati, da so podatki v tabeli podani za 80 % hitrost, kar pomeni, da stroj ujame toleranco 0,4 do 0,5 mm. Nižja hitrost pomeni višjo kvaliteto reza s tem se pa podaljša čas reza, kar pomeni, da tudi premo sorazmerno naraščajo stroški na enoto reza. Laser in plazma sta časovno zelo blizu drug drugemu in veliko hitrejša od vodnega curka, vseeno pa po hitrosti prednjači laser. Največjo izgubo časa sem pri plazmi opazil pri praznih gibih. To je pri izdelkih z veliko preboji, kjer ima plazma zelo počasne prazne gibe med posameznimi preboji. Drugače je hitrost čistega reza pri plazmi do debeline cca. 6 mm počasnejša od laserja pri večjih debelinah pa prednjači plazma. Laser z močjo 3,2 kw lahko reže do 20 mm. Cenovno pa ima laserski rez približno dvojno ceno plazemskega. Za AVC pa lahko rečemo, da ga je pri takem materialu in debelinah ne smiselno uporabljati, ker je že kar ekstremno drag in počasen postopek in po tej plati ne more konkurirati laserju in plazmi. Po kvaliteti reza vodi laser pred AVC, če le ta reže s 80% hitrostjo. Za kvaliteto, ki lahko konkurira laserju mora AVC delati s 60 % hitrostjo. Za obema postopkoma pa kar močno zaostaja plazma, predvsem je problematična pravokotnost in prebijanje majhnih lukenj, ki so manjšega premera kot 1,5- kratnik debeline pločevine. 6.6 Izbira najprimernejšega postopka Kateri postopek rezanja je za podjetje najoptimalnejši? Vprašanje, na katerega ni enostavno odgovoriti. Preden se odločimo za posamezni rezalnik je treba vedeti, da nobeden ne zadosti vsem potrebam. Najprej moremo vedeti kakšen material se bo rezal, kakšnih debelin, kašna je zahtevnost odrezanih izdelkov. 69

84 Glavne stvari na kaj je treba biti pozoren pri izbiri in kaj vpliva na izbiro: material rezanja debelina materiala mere vhodnega materiala geometrijska zahtevnost izdelkov zahtevana natančnost in kvaliteta reza zahtevana hitrost obdelave pričakovani ekonomski učinek razpoložljiv prostor Zahteve v podjetju in trenutno stanje Glavni proizvod podjetja pri katerem je potreben CNC razrez so ventilatorji. Kar pomeni, da se večji del reže iz črne pločevine, nekaj pa je tudi nerjavne pločevine. Manjši delež je tudi pocinkane pločevine in zelo malo bakrene pločevine. Za posebna naročila za Avstrijskega kupca pa se izdelujejo razni mlini in cikloni za cementno industrijo, pri katerih so sestavni deli, ki so izpostavljeni močni abraziji zrezani iz creusabra. Za istega naročnika pa se tudi dosti reže iz nerjavne pločevine. Debeline materiala v proizvodnji se gibajo od 1,5 mm do 40 mm, občasno tudi več. Zaradi velike poševnosti reza se reže debeline 30 mm in več s plamenskim gorilnikom, ki je v sklopu plazemskega rezalnika. Kar se geometrijske zahtevnosti tiče trenutno največje težavo povzročajo majhne izvrtine. V preglednici 12 so prikazane zahteve glede toleranc, ki se morajo dosegati. Za vse izdelke se zahteva groba stopnja natančnosti, ki pa je trenutni plazemski rezalnik ne doseže, predvsem v prvih dveh merskih razredih. Pri manjših luknjah problem rešujemo z naknadnim vrtanjem lukenj, tako da se jih sploh ne reže. Pri večjih luknjah kjer je res potrebna natančnost se povrtava. Pri luknjah skozi katere gredo vijaki, na raznih prirobnicah se pri programiranju to upošteva in odreže večja luknja. S tem se korigira poševnost reza zaradi katere pride do različnih mer. V praksi se je pokazalo, da je tista prava programirana velikost luknje dosežena na sredini debeline pločevine. Na strani reza je luknja večja, spodaj pa manjša od programirane. Zato je treba vedno programirati večje luknje kot jih potrebujemo. 70

85 Kar se tiče same hitrosti rezanja je praksa tudi pokazala, da je dejanski čas potreben za razrez lahko dosti daljši kot čas, ki ga prikaže program. Koliko daljši je ta čas je odvisno od števila prebojev. Največ časa stroj izgubi pri praznih gibih, ki pa jih program ne upošteva najbolje. Tako da se na koncu izkaže, da je postopek rezanja s plazmo kar počasen v primerih kjer je veliko prebojev. Sam postopek rezanja pa je razmeroma poceni in v primerjavi s laserjem zavzema manj prostora. Preglednica 12: Zgornji in spodnji odstopki netoleriranih mer v mm Področja imenskih mer v mm Stopnja točnosti do 6 >6-30 > > > > > > Fina (f) ± 0.05 ± 0.1 ± 0.15 ± 0.2 ± 0.3 ± 0.5 ± Srednja (m) Groba (g) ± 0.1 ± 0.2 ± 0.3 ± 0.5 ± 0.8 ± 1.2 ± 2.0 ± 3 ± 0.2 ± 0.5 ± 0.8 ± 1.2 ± 2.0 ± 3.0 ± 4.0 ± 5 Opomba: Proste mere izdelati po grobi stopnji točnosti (g) Najoptimalnejši postopek Če pogledam preglednice in grafikone na prejšnjih straneh in tabelo o zahtevah točnosti, lahko potegnem črto in rečem, da je za materiale, ki se režejo v podjetju, razrez z vodnim curkom oz. abrazivnim vodnim curkom povsem ne primeren. Postopek daje odlične rezultate, kar se tiče kvalitete reza, vendar je zelo počasen in drag postopek, zato za materiale v našem podjetju neprimeren. Postopek bi bil mogoče uporaben za debele materiale, vendar ga spet izpodbija visoka cena. Zato se pri nas za debeline nad 30 mm uporablja plamenski gorilnik, ki je v sklopu plazme in je dosti cenejši rez. Je sicer manjše kvalitete in je zato potrebna malo večja nad mera, vendar po izkušnjah strugarjev ni kakšnih posebnih težav pri struženju. Edina možnost sta laser in plazma. Po izračunih za ventilator časovno kot celota vodi plazma, vendar ne veliko. Rezultati so pokazali, da bi bil čas reza za celoten ventilator med 71

86 plazmo in laserjem zelo izenačen. Laser je hitrejši pri manjših debelinah, pri debelinah okrog mm pa že dohiteva plazma. Za večje debeline pa je plazma hitrejša. Vendar tukaj moram poudariti, da je čas dejanskega reza zelo odvisen od števila prebojev. Plazma v našem podjetju ima v primerjavi z laserjem zelo počasne prazne gibe. To so časi za pomike gorilnika do točke rezanja, čas za spuščanje gorilnika na višino prebijanja in potem spet nazaj za dvig gorilnika in pomik do naslednjega preboja. Samo rezanje je hitro in z naraščanjem debeline ne upada preveč. Pri laserju opazimo, da ima zelo visoke hitrosti pri majhnih debelinah, s povečevanjem debeline pa le ta močno pada. Do debeline 3 mm pa ima laser hitrosti, ki jih plazma nikakor ne doseže. Za tanke pločevine je laser nedvomni zmagovalec. Ima pa tudi zelo male izgube pri prostih gibih, ki so zelo hitri. Upoštevati je treba tudi, da imajo laserji dve mizi, ki se izmenjujeta, tako da med rezanjem na eni mizi lahko operater pripravi pločevino na drugi oz. iz nje pobere odrezane izdelke. Plazma ima samo eno delovno območje, zato je potrebno stroj zaustaviti pri nameščanju pločevine in pri odstranjevanju odrezanih izdelkov, sploh če so ti večjih dimenzij in je nevarnost premika plošče. Ta zaustavitev pa pomeni veliko izgubo časa. Pri stroškovni primerjavi se pa razmerje obrne v korist plazme, katere rez je več kot 50 % cenejši kot pri laserju. Pri ceni so upoštevane cene na trgu, kar pomeni, da če bi imelo podjetje svoj laser bi bila cena nižja in s tem že bolj primerljiva s plazmo. Je pa predvsem začetni vložek v investicijo pri laserju nekajkrat višji kot pri plazmi. Prav tako je vzdrževanje dosti dražje. Ima pa plazma velike stroške zaradi potrošnega materiala, predvsem zaradi katod in šob. Pri laserju velik strošek predstavlja amortizacija sredstev in predvsem pri rezanju z dušikom velik strošek rezalnega plina. Pri kvaliteti dela pa se plazma sploh ne more primerjati z laserjem. Laser ima izredno čist rez pravilnih geometrijskih oblik. Izrežemo lahko zelo natančne luknje v katere lahko brez nadalne obdelave režemo navoj. Za rezanje prirobnic je laser vsekakor boljša izbira. Pri laserju prav tako odpade čiščenje odrezanih komadov. Med tem pa plazma ustvarja dosti srha, ki ga je treba pobrusiti pred varjenjem, luknje so ne točne, predvsem je rez koničen zato odstopa od prave mere in pa luknje naredi bolj jajčaste oblike. Pozna se mesto preboja, kjer odnese več materiala. Za zahtevna dela kjer je potrebna natančnost je vsekakor laser boljša izbira, ker s tem tudi odpade dodatno delo; čiščenje, struženje, vrtanje S se tudi znižajo stroški dela. Pri grobih razrezih, kjer pridejo deli v nadaljevanju varjeni pa je primernejša plazma, predvsem zaradi ugodnega ekonomskega učinka. 72

87 7 ZAKLJUČEK Preden se odločimo za posamezni rezalnik je treba vedeti, da noben rezalnik ne zadosti vsem potrebam. Izbira rezalnika je odvisna od individualnih potreb posameznega podjetja. Na trgu je veliko število najrazličnejših rezalnikov, ki so danes tako razviti, da so možne najrazličnejše kombinacije oz. opcije posameznih strojev. Nakup rezalnika predstavlja veliko investicijo, še zlasti takrat, če hočemo dodati kakšne dodatne opcije. V podjetju Klima Celje je večji del individualna proizvodnja po naročilu. Vsak izdelek se razlikuje od predhodnega, to pa predstavlja velik izziv pri razrezu pločevine. Zaradi raznolikosti naročil ni mogoča serijska proizvodnja. To prinaša ogromno različnih polizdelkov, ki jih je potrebno zrezati iz zelo raznolikih debelin. V glavnem vsi razrezani deli pridejo naknadno varjeni v neko celoto, ki na koncu predstavlja končen izdelek. Sami ventilatorji ne zahtevajo neke precizne natančnosti, s tega stališča bi bilo vlaganje v stroje velike natančnosti nesmiselno. V podjetju se režejo debeline precejšnega razpona, od 1 mm pa vse do 50 mm. Vse te debeline pokriti z enim postopkom rezanja, ki bi bil optimalen za vse je ne mogoče. Zato je potrebno imeti dva stroja oz. izbrati neko srednjo pot, ki še zadostuje potrebam. Zato lahko rečem, da je v tem primeru plazemski rezalnik kombiniran s plamenskim neka srednja pot, ki v določenih primerih ne deluje čisto v okvirih, kot bi si to želeli. Trenutno stanje je takšno, da določene pomanjkljivosti rešujemo z dodatnimi obdelavami, deli ki pa zahtevajo večjo natančnost se izdelajo s pomočjo zunanjih storitev. Ker pa gre razvoj vedno naprej, nastajajo novi proizvodi vedno večjih zahtevnosti. Pri trenutni proizvodnji večinoma zadostuje plazemski rezalnik, v kolikor bi v proizvodnjo prišli zahtevnejši naročniki in bi se povečala proizvodnja zahtevnih izdelkov bi bil zelo smotern nakup CO 2 laserskega sistema. Seveda bi bilo potrebno pridobiti nova naročila za polno zasedenost stroja oz. izvajati storitve rezanja za zunanje naročnike. Rezanje z abrazivnim vodnim curkom pa za naše materiale ne bi bilo rentabilno, tako z vidika produktivnosti kot tudi z vidika ekonomije. 73

88 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV [1] Internetna stran [2] Internetna stran [3] Varga B. Cad Cam sistem za razrez pločevine s pomočjo plazme in laserja, Dipl. delo, FS Maribor, 2003 [4] Internetna stran vg/270px-stylised_lithium_atom.svg.png [5] Internetna stran [6] Internetna stran [7] Internetna stran [8] Glažar P. Optimiranje posebnega postopka rezanja na primeru laserskega reza, Dipl. delo, FS Maribor, 2003 [9] Internetna stran [10] Internetna stran [11] Internetna stran [12] Strokovna publikacija IRT 3000, 3/

89 Centrifugalni ventilator 126 CVX 1600 v proizvodnji Priloga 1

90

91 Debelina materiala [mm] LASER (3,2 kw) Hitrost [mm/min] PLAZMA (rezalni tok) AVC (410 MPa) / 130 A / 130 A / 130 A / 130 A / 160 A / 160 A / 270 / 160 A 40 Prikaz parametrov rezanja za laserski sistem, ki deluje s 3,2 kw moči. Plazemski sitem deluje s 130 A do debeline 12 mm, za večje debeline pa se uporablja izvor toka 160 A. Za sistem abrazivnega vodnega curka pa so podane hitrosti pri tlaku rezanja 410 MPa. V naslednjih prilogah so prikazane risbe vseh izdelkov po različnih debelinah in sama razporeditev izdelkov na ploščah dimenzije 1500 x 3000 mm. Priloga 3

92

93

94

95

96