Název projektu: Sbližování teorie s praxí
Datum zahájení projektu: 01.11.2010
Datum ukončení projektu: 30.06.2012
Obor: Strojní mechanik Mechanik seřizovač
Ročník: SM – 3. ročník MS – 4. ročník
Zpracoval: Ing. Petra Janíčková
Modul: Nekonvenční technologie obrábění - Laser
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 1
Obsah
BEZPEČNOST PRÁCE PŘI PÁLENÍ NA LASERECH ............................................... 3
OCHRANA ZDRAVÍ ................................................................................................ 3
TECHNICKÁ DOKUMENTACE .............................................................................. 4
POVINNOSTI PROVOZOVATELE ......................................................................... 5
1. ŘEZÁNÍ LASEREM – ÚVOD .................................................................................. 5
1.1 Základní princip laseru ...................................................................................... 6
1.2 Schéma řezání laserem .................................................................................... 7
1.3 Řezné plyny ...................................................................................................... 8
1.4 Výhody a nevýhody dělení materiálu laserem ................................................... 8
2. PŘEHLED METOD ŘEZÁNÍ LASEREM ................................................................. 9
2.1 Laserové tavné řezání ....................................................................................... 9
2.2 Laserové sublimační řezání .............................................................................. 9
2.3 Laserové oxidační řezání ................................................................................ 10
3. STROJE PRO PÁLENÍ ......................................................................................... 11
3.1 CO2 lasery ....................................................................................................... 11
3.3 Kapalinové lasery ............................................................................................ 13
3.4 Polovodičové lasery ........................................................................................ 13
4. ZÁKLADNÍ ČÁSTI LASERŮ ................................................................................. 14
4.1 Schéma laserového řezacího stroje ................................................................ 14
4.2 Optika pro laserové řezání .............................................................................. 15
4.3 Systémy polohování pro laserové řezání ........................................................ 15
4.4 Tlakový regulační ventil řezacího plynu .......................................................... 15
4.5 Rezonátor ....................................................................................................... 16
4.6 Laserová řezací hlava ..................................................................................... 16
4.7 Regulace odstupu ........................................................................................... 17
4.8 Měnič palet ...................................................................................................... 18
5. FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ ŘEZÁNÍ LASEREM ..................................................... 19
5.1 Konstantnost výkonu ....................................................................................... 19
5.2 Průměr paprsku............................................................................................... 19
5.3 Tlak plynu ........................................................................................................ 19
5.4 Poloha ohniska ............................................................................................... 20
5.5 Povrch obrobku ............................................................................................... 20
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 2
5.6 Fokusační čočka ............................................................................................. 21
6. VYHODNOCENÍ KVALITY LASEROVÝCH ŘEZŮ .............................................. 22
6.1 Řezná spára .................................................................................................... 22
6.2 Kvalita povrchu – hloubka drsnosti.................................................................. 22
6.3 Pravoúhlost ..................................................................................................... 23
6.4 Doběh žlábků .................................................................................................. 24
6.5 Tvorba ostrých hran ........................................................................................ 24
6.6 Zóna tepelného vlivu ....................................................................................... 25
7. POSTUP PÁLENÍ NA LASERU ............................................................................ 26
7.1 Kontrola stroje ................................................................................................. 26
7.2 Kontrola a čistota čočky .................................................................................. 26
7.3 Nastavení laserového paprsku k otvoru trysky ................................................ 26
7.5 Nahrání programu do stroje ............................................................................ 27
7.6 Vytvoření NC – programu ............................................................................... 27
7.7 Naložení materiálu na paletu .......................................................................... 29
7.8 Řezání ............................................................................................................. 29
7.9 Vyjmutí kusů z odpadu .................................................................................... 29
7.10 Kontrola kvality řezu ...................................................................................... 29
8. POUŽITÍ LASERU V TECHNOLOGII ................................................................... 30
SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ ............................................................................. 32
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 3
BEZPEČNOST PRÁCE PŘI PÁLENÍ NA LASERECH
(ČÚBP vyhl. 152/82sb, Směrnice 61/81sb – Hygienické předpisy ministerstva zdravotnictví)
Každé zařízení s laserem musí být označeno štítkem s údaji o třídě laseru.
Pro opravy, údržbu a provoz musí být určen odpovědný pracovník.
Při provozu nesmí být odnímány kryty, prováděny úpravy ani měněny vyzařovací
parametry laseru.
Lasery od druhé třídy musí být provozovány pouze ve vyhrazených prostorách a
musí být viditelně označeny.
Místnosti musí být vhodně upraveny tak, aby nemohlo dojít k odrazu paprsku.
Při opravách laserů nesmí být měněny provozní podmínky.
Pokud jsou sejmuty kryty nesmí být laser trvale zapnut.
Opravovat lze pouze zařízení, které je zajištěno proti náhodnému zapnutí.
Při opravě může být laser uveden do provozu pouze při měření charakteristických
hodnot pouze na dobu nezbytně nutnou.
OCHRANA ZDRAVÍ
Z hlediska kategorizace prací podle vyhlášky Ministerstva zdravotnictví č. 89/2001
Sb. se práce s laserem třídy III zařazuje do kategorie druhé a lasery třídy III a IV do
kategorie třetí. Tato vyhláška zároveň ruší platnost až doposud účinných Směrnic o
hygienických zásadách pro práce s lasery č. 61/1982.
Pro práci s laserem má zásadní význam Nařízení vlády č. 480/2000 Sb. o ochraně
zdraví před neionizujícím zářením. Podle tohoto nařízení se zařazují lasery do
následujících bezpečnostních tříd:
I. možno trvalý pohled do svazku paprsků,
II. kontinuální a viditelné záření, přímý pohled do zdroje je možný, oko chrání
mrkací reflex
III. a) totéž jako II. ale oko se může poškodit při pohledu do zdroje pomocí
optické soustavy
III. b) nebezpečí poškození oka, nutno používat ochranné pomůcky, emise
nepřekračují výkon 0,5W
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 4
IV. nebezpečí poškození oka, nutno používat ochranné pomůcky, emise
překračují výkon 0,5W
Běžně používaná laserová ukazovátka mají výkon 1-5mW
Lasery třídy IIIb musejí být vybaveny signalizací chodu, světelnou nebo akustickou.
Důležité je, že při použití světelné signalizace musí být tato signalizace viditelná i
přes ochranné brýle. Laser musí být zabezpečen proti uvedení do chodu
nepovolanou osobou a prostory určené k provozování označeny výstražnými
tabulkami a zákazem vstupu nepovolaných osob. Pokud je to s ohledem na způsob
využívání laseru možné, odstraní se z dráhy paprsku všechny předměty, na nichž by
mohlo dojít k nekontrolovatelným odrazům paprsku, a jestliže nelze vyloučit, aby
paprsek laseru nezasáhl okno, musí se okno zakrýt materiálem, který nepropouští
světlo dané vlnové délky (žaluzie, roleta, matný nepropustný nátěr, závěs, paraván).
Nestačí-li tato opatření vyloučit zásah očí nebo kůže laserovým paprskem, musejí
všechny osoby použít speciální ochranné brýle.
TECHNICKÁ DOKUMENTACE
Ke každému laseru musí být připojena technická dokumentace obsahující tyto údaje:
vlnovou délku
režim generování záření (spojitý, impulsní nebo impulsní s vysokou opakovací
frekvencí)
průměr svazku na výstupu a jeho rozbíhavost (sbíhavost svazku se udává jen
u fokusovaných chirurgických výkonových laserů)
u laserů ve spojitém režimu nejvyšší zářivý tok
u impulsních laserů energie v jednom pulsu, nejdelší a nejkratší trvání jednoho
impulsu a rozsah opakovací frekvence
zařazení do třídy
návod k montáži a instalaci
návod k obsluze za běžných i mimořádných situací
návod k údržbě
výrobce, výrobní číslo, rok výroby, název a sídlo výrobce.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 5
POVINNOSTI PROVOZOVATELE
S laserem může pracovat každý, pokud byl provozovatelem pro tuto činnost řádně
zaškolen a je obeznámen s principy činnosti, vlastnostmi laserů a s potenciálním
nebezpečím vyplývající z činnosti laseru. Dále musí tato osoba být seznámena
s provozním řádem daného pracoviště, a s postupem při zasažení velkými dávkami
záření, při nehodě či poruše laseru. Tato osoba musí být pro tuto práci zdravotně
i duševně způsobilá podle Směrnice Ministerstva zdravotnictví č. 49/1967 Věstníku
MZdr. o posuzování zdravotní způsobilosti k práci, ve znění směrnic ministerstva
zdravotnictví č. 17/1970. Před nástupem k práci s laserem se doporučuje absolvovat
vstupní oční prohlídku pro práci s lasery.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 6
1. ŘEZÁNÍ LASEREM – ÚVOD Laser lze z hlediska použitelnosti na širokou škálu materiálů považovat za univerzální
prostředek pro řezání. Řezání laserem je umožněno vysokou hustotou energie
v místě dopadu laserového svazku na materiál.
Hlavní mechanismus při řezání laserem je vypařování materiálu.
DRUHY LASERŮ
Podle aktivního prostředí a konstrukčního uspořádání můžeme lasery rozdělit:
- s pevnou fází – pevnolátkové
- kapalinové
- plynové
- polovodičové
- chemické
- další speciální typy
Pro technické využití při dělení materiálu se využívá především plynový laser a laser
na pevné fázi. Oba typy mohou pracovat se zářením buď kontinuálním a pulzačním.
Výběr optimálního laseru závisí na druhu materiálu, který má být řezán, tloušťce,
geometrii řezů a na požadované kvalitě řezu.
STRUČNÝ POPIS A POUŽITÍ
Řezání laserem je v současnosti nejrozšířenější aplikace výkonných laserů ve
strojírenství pro svůj úzký a přesný řez bez ostřin (± 0,1 mm).
Laserem lze dělit širokou škálu materiálů – jak kovové (uhlíkové a legované oceli),
tak i nekovové materiály (např. keramiku, plastické hmoty apod.).
1.1 ZÁKLADNÍ PRINCIP LASERU
Název LASER vznikl z anglického popisu samotné podstaty jeho principu činnosti
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation –
zesílení světla stimulovanou emisí záření.
Laserový paprsek vzniká přesunem atomů mezi jednotlivými energetickými
hladinami. Atomy se mohou pohybovat následovně:
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 7
a) Spontánní emise (samovolná) – přechod z vyššího energetického stavu E2 do
stavu nižšího s energií E1, při kterém atom vyzáří foton o frekvenci f21. Jednotlivé
atomy vyzařují nekoordinovaně a fotony mají různou orientaci a fázi. Vzniklé
elektromagnetické záření je nekoherentní. Tímto způsobem září např. zahřáté
těleso, slunce, žárovka, svíčka…….
Ob
r.1.
Por
ovn
ání
zář
ení
vyv
olaného spontánní a stimulovanou emisí
b) Stimulovaná emise – tento jev dokázal poprvé Albert Einstein v roce 1912. Foton
s frekvencí f21 dopadne na atom ve vyšším
energetickém stavu E2 a přiměje ho
k přechodu do stavu nižšího E1 za vyzáření
dalšího fotonu. První foton se přitom nepohltí
a oba fotony se pohybují dále stejným
směrem jako foton, který emisi vyvolal. Jsou
synchronizované, mají stejnou frekvenci i fázi.
Jedná se tedy o koherentní záření. Záření se
postupně zesiluje a celý proces se stále
opakuje s dalšími atomy.
1.2 SCHÉMA ŘEZÁNÍ LASEREM
Při řezání spalováním je ohřev řezaného
materiálu uskutečněn laserovým paprskem a
vlastní řezání je důsledkem reakce řezaného
materiálu s kyslíkem.
Obr. 2. Princip metody řezání laserem
1 - asistentní plyn, 2 - řezací tryska, 3 - pracovní vzdálenost trysky, 4 - rychlost, 5 - tavenina,
6 - odtavený materiál, 7 - stopy po paprsku laseru, 8 - tepelně ovlivněná oblast, 9 - šířka řezu
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 8
1.3 ŘEZNÉ PLYNY
Kyslík jako řezný plyn se používá pro uhlíkové oceli.
Řezané plochy jsou velmi jakostní s přesností do 0,05 mm, rychlost řezu je vysoká a
zlepšuje se odstraňování strusky na spodní straně řezu. Kyslík chemicky reaguje s
řezaným materiálem, kdy s přispěním exotermické reakce vzrůstá řezná rychlost,
která je navíc výrazně ovlivňována čistotou kyslíku.
Dusík jako řezný plyn se používá pro vysokolegované oceli a další materiály. Tento
plyn má několikanásobně vyšší tlak něž kyslík. Výhoda dusíku je zábrana před
oxidací řezných ploch a tvorbě oxidů na spodní straně řezu.
1.4 VÝHODY A NEVÝHODY DĚLENÍ MATERIÁLU LASEREM
Hlavní výhody
Lze řezat ve všech směrech – pomocí robotů s nepatrnými poloměry a
s vysokou řeznou rychlostí.
Lze řezat rovinné i prostorové tvary.
Malá šířka tepelného ovlivnění materiálu a taky možnost řezat téměř všechny
technické materiály a i vrstevnaté, poddajné materiály, velmi tvrdé i velmi
měkké materiály, apod.
Tloušťka řezaného plechu u oceli dosahuje až 25 mm.
Přesnost řezání je velmi vysoká cca 0,05 až 0,1 mm na jeden metr délky řezu
a kvalita řezných ploch s drsností cca Ra 1,6.
Není nutné používat žádné nářadí.
Nedochází k silovému ovlivnění obrobku.
Hlavní nevýhody
Vysoké pořizovací náklady, drahý provoz a taktéž často nutný servis
odborných firem, protože se jedná o složité zařízení pro údržbu často
neznámou.
Na laseru se rovněž obtížně řežou materiály s dobrou tepelnou vodivostí jako
jsou zlato, stříbro, mosaz, měď a hliník.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 9
2. PŘEHLED METOD ŘEZÁNÍ LASEREM
2.1 LASEROVÉ TAVNÉ ŘEZÁNÍ
Kontinuálním laserovým svazkem se materiál ohřívá na teplotu tavení a proudem
neaktivního plynu je tavenina vyfouknuta z řezné spáry. Vzhledem k vysokému
povrchovému napětí taveniny (vliv šířky spáry, druhu materiálu a použitého plynu)
musí být tlak pracovního plynu velmi vysoký – 10 až 15 barů. Vysoký tlak je nutný i
pro zabránění ulpívání taveniny na spodní hraně řezu. Povrch řezných ploch je
kovově lesklý, bez oxidů i charakteristického oxidového zbarvení. Dosahuje se menší
rychlosti řezání než u jiných laserových metod.
Typickými materiály pro tavné řezání jsou například vysoce legované oceli, měď,
hliník, nikl a nekovové materiály jako je keramika, plexisklo, dřevo atd..
Znaky laserového tavného řezání:
o Na rozdíl od sublimačního řezání jsou možné vyšší řezné rychlosti, protože
materiál řezné spáry nemusí být zplyňován.
o Ve srovnání s oxidačním řezáním se však dosahuje nižších rychlostí.
o Nezoxidovaná řezná hrana
o Řezná hrana u nerezové oceli bez ostrých hran
o U hliníkových slitin o tloušťce materiálu > 3 mm malá tvorba ostrých hran
o Bez nutnosti dodatečného opracování obrobku
o Vyšší spotřeba plynu.
2.2 LASEROVÉ SUBLIMAČNÍ ŘEZÁNÍ
Při sublimačním řezání pulsní laserový paprsek ohřívá materiál na teplotu varu, kdy
dochází k intenzivnímu odpařování. V intervalu mezi pulsy je umožněno parám
materiálu uniknout mimo kapiláru, nebo jsou odstraněny slabým proudem inertního
plynu.
Sublimační řezání lze použít pro tenké plechy a používá se především pro řezání a
vrtání minerálů.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 10
2.3 LASEROVÉ OXIDAČNÍ ŘEZÁNÍ
Definice
Oxidační řezání se od tavného liší především použitím kyslíku jako pracovního plynu
a jeho nižším tlakem cca 3 až 5 barů. Základem řezání je exotermická reakce kyslíku
s řezaným materiálem, která probíhá při příslušné zápalné (reakční) teplotě kovu.
Teoreticky je tedy ohřev laserem nutný jen do této reakční teploty. Při oxidačním
řezání je řezná rychlost i tloušťka řezu výrazně vyšší než u tavného. Oxidační
řezání se využívá pro nelegovanou až středně legovanou ocel, u ostatních kovů
kyslík způsobuje výraznou oxidaci řezných hran. U nelegovaných ocelí je řezná
plocha hladká s tenkou vrstvou oxidů.
Použití
Laserové oxidační řezání se používá výhradně k dělení kovů – nejčastěji uhlíkové
oceli.
Znaky oxidačního řezání
o Při laserovém oxidačním řezání je možné dělení větších tloušťek
plechu než při tavném nebo sublimačním řezání.
o Rychlosti řezání jsou dvojnásobně až trojnásobně vyšší než u
tavného řezání. Oxidační řezání tak umožňuje nejvyšší možnou
rychlost řezání sledovaných procesů řezání laserem.
o V důsledku použití kyslíku jako řezacího plynu je na řezných hranách oxidační
vrstva. U plechů z ušlechtilé oceli tak může v důsledku toho dojít podél řezné
hrany ke korozi. Pokud se ocelové plechy řezané kyslíkem následně lakují, je
přilnavost laku v místech oxidační vrstvy ztížena.
o Větší tvorba rýh na řezné ploše než u tavného řezání.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 11
3. STROJE PRO PÁLENÍ Pro řezání jsou v současné době používány dvě hlavní skupiny laserů:
- CO2 lasery - Nd: YAG lasery
Výběr optimálního laseru pro dané konkrétní použití závisí především na druhu
materiálu, který má být řezán, tloušťce, geometrii řezů a na požadované kvalitě
výsledného řezu. Na trhu je řada odlišných laserových systémů, které jsou
specifikovány:
- kombinacemi vlnové délky
- výkonem
- energií v pulzu
- délkou pulzu
- polarizací svazku
3.1 CO2 LASERY
Nejpoužívanější typ laserů pro řezání. První byl zkonstruován v roce 1966.
U CO2 laserů je aktivní médium směs plynů CO2, N2, He, někdy s dalšími přídavnými
plyny. Toto aktivní prostředí mění přiváděnou elektrickou energii v dutině laseru na
laserové záření, které osciluje v optickém rezonátoru, který je tvořen dvěma nebo
více zrcadly. Vysílá infračervené záření o vlnové délce 10,6µm. Pro vznik emise
záření laser využívá přechody, které nastávají mezi molekulami oxidu uhličitého a
dusíku. Principem laseru je tedy VIBRACE CO2 MOLEKUL. Hlavním účelem helia je
odvod tepla.
Obr. 3 Schéma CO2 laseru: 1 – zadní zrcadlo, 2 – výstupní (přední) zrcadlo, 3 – elektrody, 4
– aktivní médium
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 12
Šíření laserového svazku v řezacím stroji
Z rezonátoru (zdroje laserového
záření) se svazek šíří optickou
dráhou, tvořenou odraznými zrcadly.
Většina laserů používá tzv. mobilní
optiku, kdy je tabule plechu
stacionární a 3D pohyb zajišťuje
laserová hlava. Nevýhodou je
proměnlivá délka dráhy paprsku a
pohyb odrazných zrcadel, v
důsledku čehož lze často pozorovat jiné parametry paprsku v různých místech
pracovního prostoru laseru.
Obr.4 CO2 laser
Aktivní médium musí být udržováno v dokonalé čistotě, aby se zabránilo odrazu
paprsku od částic nečistot. Takové prostředí je zajištěno ochrannou atmosférou,
která je do trubic vháněna. Dokonalou filtrací se musí oddělit mechanické
nečistoty, vlhkost, olejové zbytky a další nečistoty a zajistit pokud možno konstantní
teplotu.
Dalším faktorem, který ovlivňuje svazek v optické dráze, je nastavení polohy a
čistota odrazných zrcadel. Jakákoliv nečistota, která na zrcadle ulpí, absorbuje
část energie svazku, která zvyšuje tepelné zatížení zrcadla a snižuje tak jeho
životnost.
3.2 PEVNOLÁTKOVÉ LASERY - ND: YAG LASERY
Základem je Ytrium-Aluminiový granát, ze kterého jsou vyrobeny tyčky kruhového
průřezu.
U tohoto typu laseru je čerpání zajištěno kryptonovými výbojkami s bílým světlem, ze
kterého je absorbováno jen zelené a modré spektrum. Účinnost laseru je velmi nízká
do 5%.
Výbojky i krystal jsou chlazeny deionizovanou vodou a jsou uzavřeny v dutině
rezonátoru, která může mít různý tvar. Vždy se volí tak, aby většina světla z výbojek
dopadala na krystal. Dutina je vakuově pokovena (měď, zlato) ke zvýšení odrazivosti
světla a má kruhový nebo eliptický tvar. Do jednoho ohniska se umístí KRYSTAL,
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 13
do druhého BUDÍCÍ LAMPA.
Malá účinnost
pevnolátkových laserů (cca
5%) přináší tyto problémy:
- musí být velký zdroj energie
- přebytečná energie je
přeměňována v teplo
v aktivním prostředí
- vysoké nároky na chlazení
POUŽITÍ: pro vrtání, řezání, svařování, popisování součástí. Obr.5 Nd:YAG laser
3.3 KAPALINOVÉ LASERY
Aktivním prostředím kapalinových laserů jsou roztoky organických barviv nebo
speciálně připravené kapaliny, dopované ionty vzácných zemin. Pro buzení
kapalinových laserů se užívá optické záření. Kapalinové lasery se nepoužívají pro
řezání.
3.4 POLOVODIČOVÉ LASERY
Aktivní prostředí je tvořeno blokem polovodičů, ve kterém jsou aktivními částicemi
nerovnovážné elektrony a díry, tj. volné nosiče náboje, které mohou být injektovány.
Laser může být buzen fotony nebo svazkem elektronů. Nejpoužívanější je galium
arsenidový GaAs polovodičový laser. Rezonátor je tvořen vybroušenými stranami
polovodičového materiálu. Hlavní předností polovodičových laserů je jejich
kompaktnost, velká účinnost
(až 50 %) a možnost
generace záření vlnových
délek od λ = 0,3 do 30 μm.
POUŽITÍ: pro popisování
součástí, řezání a tepelné
svařování.
Obr.6 Konstrukce diodového
laseru
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 14
4. ZÁKLADNÍ ČÁSTI LASERŮ
4.1 SCHÉMA LASEROVÉHO ŘEZACÍHO STROJE
Při řezání materiálu laserem je paprsek přiváděn do místa řezu soustavou zrcadel a
v pracovní hlavě j zaostřován čočkou. Pracovní řezací hlava se pohybuje nad
materiálem podle CNC programu v obou osách rovnoběžných s tabulí plechu.
Obr. 7. Schéma zařízení pro řezání laserem
1 - laser, 2 - zrcadlo, 3 - pracovní řezací hlava, 4 - obrobek, 5 - pracovní stůl stroje, 6 -
odsávání zplodin, 7 - CNC řídicí systém, 8 – zásobník asistenčního plynu
Obr.8 Laserový stroj 14 – napájecí zdroj, 15 – chladící systém, 16 – základní rám stroje
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 15
4.2 OPTIKA PRO LASEROVÉ ŘEZÁNÍ
Optické komponenty vysoce výkonných laserových systémů jsou velmi drahé a
kritické součásti. Vysoké výkony musí být přenášeny a odráženy v rezonátoru a
v optické cestě k řezanému materiálu bez snížení kvality svazku záření. Schéma
optiky CO2 laseru je na obrázku 9.
Mezi komponenty optické soustavy patří zrcadla a čočky. Dva komponenty musí
záření propouštět, tj. výstupní zrcadlo rezonátoru a fokusační čočky.
Obr. 9 Schéma optiky CO2 laseru
1 – laser
2 – výstupní zrcadlo ZnSe nebo GaAs
3 – zlatý nebo stříbrný povlak
4 – křemík, měď nebo molybden
5 – zrcadla směrující paprsek
6 – lineárně polarizovaný laserový svazek
7 – speciální povlak
8 – fázové zrcadlo
9 – kruhově polarizovaný laserový svazek
10 – zaostřovací čočky ZnSe nebo GaAs
4.3 SYSTÉMY POLOHOVÁNÍ PRO LASEROVÉ ŘEZÁNÍ
2-osý řezací systém
Používá se pro řezání rovinných plechů. Existuje řada variant:
- tzv. „flying optics“ létající optika, pokud se pohybuje řezací hlava
- pohyblivý stůl, na kterém je vzorek umístěn
3-osý řezací systém
Varianty jsou následující:
- létající optika
- kombinace létající optiky, pohyblivého laseru a pohyblivého vzorku
4.4 TLAKOVÝ REGULAČNÍ VENTIL ŘEZACÍHO PLYNU
Tlakový regulační ventil řezacího plynu (proporcionální ventil) umožňuje
programování tlaku řezacího plynu v tlakových stupních po hodnotách 0,125 bar
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 16
mezi 0,3 bar a maximálně 20 bar.
Digitální displej, který je rovněž integrovaný v obslužném panelu, umožňuje kontrolu
aktuálního tlaku plynu. Druh plynu nemá žádný vliv na regulační přesnost ventilu v
případě, že jsou zaručeny požadované stupně čistoty.
4.5 REZONÁTOR
Je to optická dutina vymezená zrcadly, které jsou obvykle dvě – jedno je zcela
odrazivé a druhé částečné propustné. Většinou jsou zrcadla dielektrická, někdy může
být leštěný kov, např. zlato.
Zrcadla v rezonátoru nemusí být rovinná, používají se konvexní i konkávní tvary.
Stabilita záření v rezonátoru závisí na poloměru křivosti zrcadel a délce rezonátoru.
Rezonátor je optický systém, který se používá ke zformování a zesílení záření.
4.6 LASEROVÁ ŘEZACÍ HLAVA Laserová řezací hlava je centrálním modulem zařízení – systém čočky a trysky
s přívodem řezacího plynu. Tento systém musí být stabilní, lehce nastavitelný a
zajištěný proti změnám v průběhu řezání.
Důležité komponenty laserové řezací hlavy jsou tubus pro upevnění čočky s
optickými komponenty a plášť řezací hlavy s řezací tryskou a regulace odstupu.
Čočka láme paralelní laserové paprsky a spojuje je do ohniska (fokusu), kde
dosahuje záření své nejvyšší energetické hustoty. Čočka se chladí proudem řezacího
plynu, který je veden koaxiálně k laserovému paprsku do prostoru pod čočkou.
Pomocí řezací trysky, která je dodatečně chlazena malým množstvím tlakového
vzduchu, se vede záření a řezací plyn k opracování na obrobek.
V řezací hlavě, chráněn krycí destičkou, se nachází senzorový systém regulace
odstupu.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 17
Obr. 10 Řezací hlava
1 – Seřizovací šroub se stupnicí
2 – Stupnice Z dělení 1mm
3 – Šroub pro seřizování fokusu
4 – Nastavovací kroužek se stupnicí
0,1mm
5 – Aretační čep
6 – Seřizovací šroub se stupnicí
7 – Připojení zavzduš. vedení paprsku
8 – Horní část řezací hlavy
9 – Seřizovací pojistka
10 – Dolní část seřizovací hlavy
11 – Trubka proudícího vzduchu
12 - Tryska
4.7 REGULACE ODSTUPU
Regulace odstupu zajišťuje konstantní vzdálenost řezací trysky od plechu, zabrání se
tak kolizím mezi řezací hlavou a obrobkem.
Výškové řízení musí být schopno zajistit přesnou vzdálenost čočky a trysky:
a) v případě všech možných pracovních podmínek procesu (řezací rychlost, tlak..)
b) pro řezání nejrůznějších materiálů v dané výrobní situaci (kovové, nekovové)
c) při řezání zvlněného povrchu
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 18
Nastavení čočky 20mm pro optiku o
ohniskové vzdálenosti 127mm, 10mm pro
f = 64mm
Nastavení trysky 0 – 2,5mm relativně
k řezanému kusu
Obr.11 Nastavení trysky 1 – čočka, 2 – tryska, 3 – řezaný kus
4.8 MĚNIČ PALET
Zařízení na výměnu palet umožňuje provádět nakládání a vykládání palety paralelně
ke zpracování desky s obrobky, která se nachází v základním stroji. Výměna palet se
provádí v řádech desítek sekund.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 19
5. FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ ŘEZÁNÍ LASEREM 5.1 KONSTANTNOST VÝKONU
Rovnoměrný výsledek řezání je zaručen pouze konstantností předvoleného výkonu
laseru během celé doby opracování obrobku. Laser potřebuje po zapnutí cca 10
minut pro vytvoření konstantního výkonu.
Pokles výkonu laseru může mít různé příčiny:
Opotřebení výbojek
Znečištění interního a externího optického systému
Kvalita vody
5.2 PRŮMĚR PAPRSKU
Čím větší je průměr laserového paprsku, tím menší je dosažitelný průměr fokusu a
tím menší je i řezná spára. Možný průměr fokusu však závisí také na ohniskové
vzdálenosti použité fokusační čočky.
Fokusační čočky s ohniskovou vzdáleností 5" umožňují průměr fokusu < 0,12 mm,
čočky s ohniskovou vzdáleností 7,5" průměr < 0,2 mm (obr.12).
obr.12
5.3 TLAK PLYNU
Tlak plynu se musí přizpůsobit tloušťce materiálu obrobku. Přitom je třeba mít na
vědomí, že tlak plynu při řezání s kyslíkem hraje větší roli než tlak plynu při řezání s
dusíkem. Při řezání plamenem se oddělují tenké kovové obrobky s vyšším tlakem
plynu než tlustší obrobky. To je zapotřebí k vyrovnání nedostatku kyslíku při vyšších
rychlostech řezání zvýšeným přívodem plynu.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 20
Při tavném řezání se oproti tomu oddělují tlustší obrobky vyšším tlakem plynu, aby
došlo k vypuzení vazké taveniny z řezné spáry.
Základní pravidlo: při řezání s kyslíkem klesá tlak plynu s přibývající tloušťkou
materiálu, při řezání s dusíkem je tomu obráceně (výjimka: řezání ušlechtilých ocelí
kyslíkem!).
5.4 POLOHA OHNISKA
Důležitým předpokladem pro dobrý výsledek řezání je přesná znalost polohy
ohniskového bodu.
Obr.13 f=poloha ohniska
V zásadě platí:
Řezání konstrukční oceli plamenem:
- U tloušťky plechu do 6 mm je nejvýhodnější orientace ohniska na povrch plechu.
- U tloušťky plechu 8 mm a více se ohnisko situuje nad povrch plechu.
Vysokotlaké řezání:
- Ohnisko je umístěno do plechu.
- Každá tloušťka plechu si zpravidla vyžaduje jinou polohu ohniska.
5.5 POVRCH OBROBKU
Hladké povrchy materiálů jako jsou čistý hliník vedou k silnému odrazu laserového
paprsku a k horším výsledkům řezání. Výsledek řezání zhoršuje rovněž vrstva okují
na povrchu plechu. Výsledek řezání ovlivňují také vrstvy laků, vrstvy barev a plastové
povrchové vrstvy (např. nálepky, popisky).
Lehká olejová vrstva, která existuje na velkém množství plechů, nezpůsobuje žádné
zhoršení výsledků řezání.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 21
Dobře se dají řezat plechy s povrchem následující kvality:
- válcované za studena, mořené, otryskané pískem.
Plechy potažené ochrannou fólií lze úspěšně řezat za předpokladu, že fólie je použita
pouze jednostranně a že se jedná o fólii přímo určenou pro laserové řezání (většina
výrobců toto běžně nabízí). Je třeba počítat s tím, že okraj fólie je mírně opálen, ale
na výrobku to nezanechává stopy. V případě nejasností je
opět lepší provést řezací test konkrétního materiálu.
Obr. 14 Výsledek řezání nerezového broušeného plechu s
ochrannou fólií
Laserové řezání je velmi citlivé na kvalitu materiálu a to především u konstrukčních
ocelí, závisí na:
o chemickém složení – vyšší obsah Si je škodlivý
o způsobu výroby – válcování za tepla či studena
o vadách v materiálu (dutiny, vměstky)
o povrchové rzi, nánosech barvy apod
Obr. 15 Laserový řez na nekvalitním plechu
Proto je vhodné použití plechů speciálně výrobci upravených pro laserové řezání
(příklady viz výše), kde je vyšší cena materiálu
kompenzována rychlejším a levnějším řezáním a lepší
kvalitou řezu. Povrch některých plechů je nutno před
řezáním upravit obroušením či naolejováním apod. U
plechů nejasného složení či původu se doporučuje
provedení řezacích testů před vlastní realizací řezání.
Obr.16 Porovnání kvality laserového řezu na speciálně upraveném plechu (Raex - horní
vzorek) a běžné oceli tl. 15 mm
Laserem nelze řezat více plechů na sobě ani u nízkých tloušťek, dochází ke
svařování dílců k sobě a jiným komplikacím při řezání.
5.6 FOKUSAČNÍ ČOČKA
Znečištěná fokusační čočka se v důsledku zvýšené absorpce laserového záření
zahřívá. Toto zahřívání vede k tomu, že se mění její lomivost.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 22
6. VYHODNOCENÍ KVALITY LASEROVÝCH ŘEZŮ V DIN 2310 jsou popsána kritéria stanovování kvality řezných ploch. Pro hodnocení
laserových řezů se používají následující kritéria:
řezná mezera
hrubost
pravoúhlost
doběh žlábků
tvorba ostrých hran
zóna tepelného vlivu
6.1 ŘEZNÁ SPÁRA
Při řezání laserem vzniká řezná spára, která se zpravidla od horní hrany řezu k dolní
hraně řezu zužuje. Řezná spára (šířka řezné mezery) se udává v [mm].
Měření řezné spáry
U tloušťky materiálu do s = 3 mm :
Řezná spára se měří v zářezu obdélníku.
Pomocí spároměru se přitom stanovují dvě
hodnoty:
1.hloubka zapíchnutí s/3 (viz obr.17)
2.hloubka zapíchnutí s (viz obr.17)
Příčiny příliš velkých řezných spár jsou:
špatná poloha ohniska
znečištěná čočka
poškozený povlak čočky
tepelné chování laserového paprsku v
důsledku znečištěné optiky rezonátoru
Obr.17 Princip měření řezné spáry
6.2 KVALITA POVRCHU – HLOUBKA DRSNOSTI
Průměrná hloubka drsnosti Rz je aritmetickým průměrem jednotlivých hloubek
drsnosti pěti vzájemně sousedících reprezentativních samostatných tras měření.
Hloubka drsnosti se měří v [µm].
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 23
Měření hloubky drsnosti
Hloubka drsnosti se měří u laserových řezů podle normy (DIN 2310) u plechů o síle
do 2 mm ve středu řezné hrany, u plechů o větší tloušťce ve 2/3 hloubky místa
vstupu paprsku (viz obr.18).
Obr.18 Měření drsnosti řezné plochy
u různých tloušťek plechů
Hloubka drsnosti řezných ploch kovových obrobků je ovlivňována:
špatným tlakem plynu (příliš vysoký nebo příliš nízký)
špatnou řeznou rychlostí (příliš vysoká nebo příliš nízká)
špatným výkonem laseru (příliš vysoký nebo příliš nízký)
6.3 PRAVOÚHLOST
Tolerance pravoúhlosti u je vzdálenost dvou paralelních přímek, mezi nimiž musí
ležet profil řezné plochy pod teoreticky správným úhlem u svislých řezů tedy pod 90°.
V toleranci pravoúhlosti je obsažena jak odchylka od přímkové rovnosti, tak odchylka
rovinnosti (viz obr. 19).
Měření tolerance pravoúhlosti
Tolerance pravoúhlosti se měří pomocí číselníkového úchylkoměru.
Obr.19 Měření pravoúhlosti, 1 – oblast stanovení tolerance pravoúhlosti, s – tloušťka plechu,
u – tolerance pravoúhlosti, Δs – hodnota, o kterou se oblast stanovené tolerance
pravoúhlosti zmenší. Tato hodnota je závislá na tloušťce plechu.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 24
Příliš velká odchylka tolerance v pravoúhlosti může být způsobena:
špatnou polohou ohniska
špatným tlakem plynu
špatnou řeznou rychlostí
6.4 DOBĚH ŽLÁBKŮ
U řezání drážek získává řezná hrana
typický drážkovaný vzor. V případě nízké
řezné rychlosti je průběh těchto drážek
téměř paralelní s laserovým paprskem.
Čím vyšší je řezná rychlost, tím
intenzivněji se drážky otáčejí proti směru
řezání. Obr.20 Znázornění doběhu žlábků
Jako doběh drážek nebo doběh žlábků se označuje největší vzdálenost mezi dvěma
řeznými drážkami ve směru řezání.
Možné příčiny:
vysoká rychlost řezání
nízký výkon laseru
poloha ohniska příliš nízko
nízký tlak kyslíku
6.5 TVORBA OSTRÝCH HRAN
Při tvorbě ostrých hran se může jednat o silně přilnavé kovové výčnělky, které nelze
bez dodatečného opracování odstranit, nebo o ulpělou struskovitou hmotu, kterou lze
snadno odstranit bez dodatečného opracování.
Hrany kovových materiálů řezané laserem by měly být převážně nebo zcela bez
ostrých hran.
a) b) c)
Obr. 21 a)Zrnkovitá kovová ostrá hrana b)Střapatá kovová hrana s oxidovaným povrchem,
c) struskovitá ostrá hrana
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 25
Tvorba ostrých hran u Popis chyby Možné příčiny chyby
Rst 37-2: standardní řezání kyslíkem
Ostrá hrana po straně se struskovitou hmotou (snadno odstranitelná, lámavá)
- nízký tlak kyslíku - špatná rychlost řezání - nevhodná poloha ohniska
Kovová ostrá hr. (těžko odstranitelná)
- vysoká rychlost řezání - špatný výkon laseru - znečištění kyslíku
1.4301: standardní řezání kyslíkem
Ostrá hrana se struskovitou hmotou (snadno odstranitelná, lámavá)
- tlak kyslíku příliš nízký - špatná poloha ohniska - nevhodná rychlost řezání
1.4301: vysokotlaké řezání s dusíkem
Tvorba dlouhých ostrých hran Kovová ostrá hrana těžce odstranitelná
- příliš nízká rychlost řezání - ohnisko moc vysoko - nízký tlak dusíku - přehřátí materiálu u úzkých obrysů, je-li zvolen příliš malý posuv
Tvorba dlouhých ostrých hran (odstranitelné rukou)
- vysoká rychlost řezání - poloha ohniska příliš hluboko
6.6 ZÓNA TEPELNÉHO VLIVU
U tepelných opracování laserovým paprskem dochází k tepelnému ovlivnění
materiálu vlevo a vpravo od řezné spáry, resp. kolem místa zapíchnutí. Toto tepelné
působení má za následek změnu struktury materiálu, jejíž míru lze posoudit nejlépe
mikroskopicky na jemném řezu.
Příčiny tepelného ovlivnění
příliš vysoký výkon laseru
příliš nízká rychlost řezání
příliš malý tlak plynu
Obr. 22 Tepelné ovlivnění okrajů součásti při pálení
na laseru
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 26
7. POSTUP PÁLENÍ NA LASERU
7.1 KONTROLA STROJE
Před samotným řezáním je důležité u stroje zkontrolovat:
Množství plynu v bombách (plyny He, N2, CO2 ), uvolnění plynových ventilů
Množství destilované vody u chladícího zařízení.
Žádné chybové hlášení apod.
UVEDENÍ STROJE DO PŘÍPRAVNÉHO STAVU
Stroj po zapnutí hlavním vypínačem je natlakován 1000 bar – tento tlak se pak upraví
na 125 bar. Následně se stroj nastaví na referenční bod, od kterého se všechny
hodnoty budou počítat.
7.2 KONTROLA A ČISTOTA ČOČKY
Podle tabulky rozhodneme kterou řezací hlavu použít – s označením 5“ nebo 7,5“
(funkce a rozdíl byl popsán již dříve). Vymontujeme řezací hlavu, kterou
rozšroubujeme a z ní vezmeme čočku, kterou popřípadě vyčistíme lihem pomocí
sady na čistění této čočky a vložíme ji nazpět. Je také důležité dát čočku do hlavy ze
správné strany!
7.3 NASTAVENÍ LASEROVÉHO PAPRSKU K OTVORU TRYSKY
Fokusační čočka musí být nastavena tak, aby byl zaostřovaný laserový paprsek
uprostřed otvoru trysky. Zaostřený laserový paprsek smí být mimo středu trysky
maximálně o 0,05 mm (obr.23).
Pro toto nastavení se používá tryska s nejmenším průměrem (většinou 0,8mm),
jejichž otvor přelepíme lepící páskou,
do které pak pomocí softwarového
nastřelovacího programu vypálíme
otvor, který pak zkontrolujeme pomocí
lupy a v případě potřeby provedeme
nápravu pomocí seřizovacích šroubů.
Obr.23 Nastavení paprsku a) paprsek ve středu b) paprsek mimo střed
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 27
7.4 OTVOR TRYSKY
Výběr správné trysky pro dané opracování je velmi důležitý. Při vysokotlakém řezání
se používají trysky s větším otvorem než u standardního řezání. Deformovaný otvor
trysky, např. oválně zdeformovaný po kolizi, může stejně jako excentričnost vést ke
směrově podmíněným chybám řezání.
Tab. Rozdělení a použití trysek:
Průměr trysky Tloušťka plechu
0,8mm
1mm
1,4mm
1,7mm
2,3mm
nejtenčí až 3mm
3mm až 6mm
6mm až 10mm
10mm až 15mm
15mm až nejtlustší
7.5 NAHRÁNÍ PROGRAMU DO STROJE
Program vhodný pro řezání většinou programuje k tomu určený programátor. Tento
vytvořený program s určitým označením je tedy nutno do stroje nahrát. Je tu více
možností:
Z centrálního počítače nahrajeme daný program na disketu a tu pak vložíme
do speciálního čtecího zařízení u stroje
Počítač je propojený se strojem a pomocí k tomu určeného programu
jednoduše převedeme daný program
Stroj je napojený přímo na firemní síť, po které může programátor přímo
posílat dané programy do stroje
VYTVOŘENÍ VLASTNÍHO PROGRAMU NA STROJI
Některé jednodušší tvary je možné si vytvořit přímo na stroji pomocí pomocného
programu, který může být různých typů (podle používaného softwaru – často systém
Bosh nebo Siemens). Lze tedy vytvořit při zkušenostech každý tvar, ale obsluze
stroje by to zabralo spoustu času.
7.6 VYTVOŘENÍ NC – PROGRAMU
NC – program si vytvoří obsluha stroje postupným správným nastavením určitých
hodnot:
7.6.1 Výběr tabulky pro řezání
Nejprve je nutné vhodně vybrat tabulku pro daný typ materiálu a tloušťku tabule
plechu (tabulky jsou nahrány ve stroji). V tabulkách je možné si všimnout hlavní
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 28
rozdíly v použití hlav, trysek, různých autolasů, mezery, odstupu apod. Některé
hodnoty se zase shodují – výkon nebo propalovací tlak.
7.6.2 Vytvoření makra nebo automatické rozložení kusů
Makro
Tato část softwaru stroje slouží pro umístnění jednotlivých tvarů do stanoveného
formátu plechu. Součást(ti) se uloží do zvláštního adresáře a z něho se pak podle
potřeby vybírají potřebné tvary. S nimi je potom možné provádět různé činnosti :
Posouvání v osách X a Y
Otáčení v určených stupních kolem nastaveného středu
Zrcadlové převrácení
Kopírování označeného tvaru nebo i více tvarů v různých směrech
Takto se umístí jednotlivé součásti pokud možno co nejvhodněji a toto makro se uloží
pod vybraný název. Makro následně v případě potřeby použijeme.
Automatické rozložení kusů
Používá se pro rychlé nastavení jednodušších tvarů, které není potřeba různým
způsobem rozmísťovat.
Postup :
Nastavení formátu tabule ( např. 3000 mm x1500 mm)
Okraje od konce tabule – levý, pravý, spodní viz. Obr.24
Mezery mezi jednotlivými kusy – v ose X a potom a ose Y
Program potom automaticky nabídne počet kusů v jednotlivých osách, které
se do daného formátu naskládají podle stanovených hodnot
Obr.24 Souřadnice na tabuli plechu
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 29
Následuje umístění jednotlivých propalů (počátků řezání) a nastavení jejich dráhy. U
tvarů s rohem obr.25, u tvarů s rádiusem obr.26.
Obr.25 Propaly v rozích Obr.26 Propaly v oblých tvarech
Dále můžeme ještě nastavit posloupnost pálení jednotlivých kusů nebo nechat
automatické nastavení. Pak už jen zvolíme číslo programu a NC – program je hotový.
7.7 NALOŽENÍ MATERIÁLU NA PALETU
Na tuto paletu naložíme požadovaný materiál např. pomocí:
o přísavného podavače na jeřábu – pro plechy s velmi kvalitním povrchem
o magnetu – omezená hmotnost, nelze použít na nerezový plech
o jeřábu s přídavnými háky pro přenos plechů
Plech je nutné dát na paletu pokud možno co nejvíce přesně, protože stroj má
nastavený referenční bod, na který jsou nastaveny na paletě dorazy pro plechy.
7.8 ŘEZÁNÍ
Při řezání je možné regulovat rychlost a tlak (pomocí regulačních ventilů). Řezání je
možno kdykoli přerušit a zkontrolovat průběh řezání.
7.9 VYJMUTÍ KUSŮ Z ODPADU
Jednotlivé kusy je možné vyjmout magnetem nebo odpad odstraníme pomocí háků a
dáme na místo pro odpad. Jednotlivé kusy je pak možno jednoduše posbírat a
označit – někde popisem, jindy čárovým kódem (modernější).
7.10 KONTROLA KVALITY ŘEZU
Pokud jsou u vypálených kusů zvýšené požadavky na kvalitu a geometrickou či
rozměrovou přesnost, musí se provést kontrola těchto parametrů. Tyto jsou popsány
v kapitole 6.
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 30
8. POUŽITÍ LASERU V TECHNOLOGII V technologii se laser začal používat od druhé poloviny 60. let. Vývoj laseru i jeho
aplikace procházejí neustálou inovací. Sledují se jak nové technické možnosti, tak i
příznivější ekonomie provozu. Laserovou technologii definujeme jako opracování
materiálu založené na:
- využití schopnosti laseru koncentrovat optickou energii v prostoru, čase a
spektrálním intervalu;
- interakci optického záření s látkou.
Základní předností laserových technologických operací je:
- možnost opracování bez mechanického kontaktu s výrobkem,
- možnost opracování obtížně přístupných částí materiálu,
- technologické zpracování těžkoobrobitelných materiálů.
V technologii se laser používá pro svařování, vrtání, řezání, tepelné zpracování,
značení a gravírování, povrchové úpravy, povlakování, metody tvorby modelů a
prototypů (Rapid Prototyping) a pro laserovou podporu konvenčního obrábění. Každá
z těchto oblastí má svá specifika, pokud jde o typ laseru a způsoby jeho užití.
Obrobitelnost materiálu laserem je dána zejména těmito vlastnostmi:
- pohltivostí, tj. schopností pohlcovat světelnou energii a měnit ji na kinetickou
energii neuspořádaného pohybu molekul nebo atomů absorbující látky, tzn. na
tepelnou energii;
- tepelnou vodivostí;
- odrazivostí, která je dána poměrem množství odražené energie k energii
dopadající.
Obrobitelnost materiálu
laserem je tím lepší, čím
větší je pohltivost materiálu a
menší jeho tepelná vodivost
a odrazivost.
Obr.27 Procentní využití laserů v technologii
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 31
OTÁZKY K OPAKOVÁNÍ
1. Čím musí být vybaveny lasery skupiny III b) z hlediska bezpečnosti práce?
2. Vypište druhy laserů.
3. Popište obrázek – schéma řezání laserem.
4. Jaké jsou řezné plyny pro řezání laserem (druhy, použití, tlak plynu)
5. Uveďte výhody a nevýhody řezání laserem.
6. Laserové tavné řezání – princip.
7. Laserové oxidační řezání – princip, výhody, nevýhody.
8. Schéma CO2 laseru.
9. Co znamená pojem mobilní (létající) optika?
10. K čemu slouží výstupní plynová tryska a jak se volí její průměr?
11. Jaký plyn (směs plynů) se používá u CO2 laseru.
12. Popište, k čemu se používá rezonátor.
13. Vypište druhy aktivního prostředí u laserů.
14. K čemu se používá funkce AutolasPlus?
15. Popis laserové řezací hlavy.
16. Vypište faktory ovlivňující kvalitu řezání laserem.
17. Jak ovlivňuje kvalitu řezání povrch plechu: - hladký povrch součásti?
- olejová vrstva?
18. Jak ovlivňuje kvalitu řezání znečištěná fokusační čočka?
19. Co může být příčinou kovových ostrých hran?
20. Jaké jsou příčiny vzniku zářezů do materiálu v místě řezu?
21. Co se musí u stroje kontrolovat před započetím řezání?
Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště
OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Sbližování teorie s praxí 32
SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ
1. Návod k provozu, vydáno firmou TRUMPF Praha, březen 1999
2. NOVOTNÝ, J.; DUBENSKÝ, R. Progresivní metody svařování a tepelného
dělení materiálu. Technickoekonomický výzkumný ústav hutního průmyslu,
Praha4, 1986 SIP 41093/04867
3. HOUŠA, J. Stavba vysoce dynamických obráběcích strojů a použití laseru
v obrábění. ČVUT v Praze, 2001 ISBN 80-238-6787-3
4. Kolektiv autorů: Moderní způsoby tepelného dělení materiálů. KV komitétů pro
svařování. Dům techniky Pardubice, 1985 Evidenční číslo 60/712B/85.
5. MINAŘÍK, V. Tepelné dělení materiálu. ČVUT v Praze, Fakulta strojní. Praha
1993 ISBN 80-01-01028-7.
6. HLUCHÝ, M.; KOLOUCH, J. Strojírenská technologie 2, Polotovary a jejich
technologičnost, 1. díl. Scientia, spol. s r.o. Praha, 2001 ISBN 80-7183-244-
7. webové stránky www.lasertech.cz, www.mmspectrum.cz, www.rezani-
vodnim-paprskem.cz, další obrázky byly speciálně pro tuto učebnici vytvořeny
programem AutoCAD 2009.