MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA

Bakalářská práce

BRNO 2013

Jiří Kopáč

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Přesné dělení technických materiálů ve strojírenství Bakalářská práce

Vedoucí práce: Ing. Jiří Votava, Ph.D.

Vypracoval: Jiří Kopáč

Brno 2013

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Přesné dělení technických materiálů ve strojírenství vypracoval(a) samostatně a použil(a) jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.

dne ………………………………………. podpis diplomanta ……………………….

PODĚKOVÁNÍ Tímto děkuji panu Ing. Jiřímu Votavovi, Ph.D. za zodpovědné vedení bakalářských prací a za cenné připomínky a rady, Dále bych chtěl poděkovat pánům z firmy Mechatronic design and solution, za odborné konzultace, ohledně automatizace při dělení materiálů.

ABSTRAKT Jiří Kopáč: Přesné dělení technických materiálů ve strojírenství Bakalářský projekt obsahuje literární studii o přesných metodách technických materiálů a technologickými postupy. Práce je zaměřena na technologie řezání převážně nekonvenčními metodami, jako je dělení materiálu vodním paprskem, plazmou, laserem a paprskem elektronů. Bakalářská práce je zpracována z hlediska funkčního principu jednotlivých technologií řezání a jejich použití v dnešním strojírenském průmyslu, včetně zhodnocení jejich parametrů. V práci je vypracováno srovnání všech metod z hlediska produktivity a kvality zpracování materiálu, posouzení jejich výhod, nevýhod a vhodnosti pro malo- nebo velkosériovou výrobu. Klíčová slova: laser, plazma, vodní paprsek, paprsek elektronů, dělení materiálů, nekonvenční technologie, řezání

ABSTRACT Jiří Kopáč: Precise cutting of technical materials in engineering Bachelor project includes literary study of the precise methods of technical materials and technological processes. The work is mainly focused on technology unconventional methods such as water jet-cutting, plasma, laser and electron beam welding. The thesis is elaborated in terms of functional cutting technologies and their use in today's engineering industry, including evaluation of their parameters.The work is a comparison of methods in terms of productivity and quality material processing, assessment of their advantages, disadvantages and suitability for retail or volume production. Keywords: laser, plasma, water jet, electron beam, dividing materials, unconventional technologies, cutting

Obsah 1 ÚVOD ............................................................................................................................ 8 2 ŘEZÁNÍ LASEREM ..................................................................................................... 9 2.1 Princip technologie, výhody, nevýhody .................................................................. 9 2.2 Metody řezání........................................................................................................ 11 2.2.1 Tavné dělení ................................................................................................... 11 2.2.2 Oxidační dělení ............................................................................................... 11 2.2.3 Sublimační dělení ........................................................................................... 12 2.3 Základní typy laserů .............................................................................................. 12 2.3.1 Plynové lasery ................................................................................................ 13 2.3.2 Pevnolátkové lasery ........................................................................................ 14 2.3.3 Polovodičové lasery........................................................................................ 15 2.3.4 Kapalinové lasery ............................................................................................... 16 2.4 Technologická zařízení pro řezání lasere .............................................................. 16 3 ŘEZÁNÍ VODNÍM PAPRSKEM ............................................................................... 18 3.1Princip metody ....................................................................................................... 18 3.2 Zautomatizování procesu řezání ........................................................................... 20 3.3 Hlavní části řezacího ústrojí .................................................................................. 21 3.4 Výhody a nevýhody řezaní vodním paprskem ...................................................... 22 4. ŘEZÁNÍ PLAZMOU ................................................................................................. 24 4.1 Princip technologie................................................................................................ 24 4.2 Stabilizace oblouku ............................................................................................... 25 4.2.1 Plazmové hořáky s plynovou stabilizací ........................................................ 25 4.2.2 Plazmové hořáky s vodní stabilizací .............................................................. 25 4.3 Používané plyny .................................................................................................... 26 4.4 Technologická zařízení pro řezání plasmou .......................................................... 27 4.5 Výhody a nevýhody .............................................................................................. 30 6

5 ŘEZÁNÍ ULTRAZVUKEM ....................................................................................... 31 5.1 Princip technologie................................................................................................ 31 5.2 Technologická zařízení ......................................................................................... 32 5.3 Výhody a nevýhody technologie ........................................................................... 34 6. ŘEZÁNÍ PAPRSKEM ELEKTRONŮ ....................................................................... 35 7. ZÁVĚR ....................................................................................................................... 37 Seznam použitých zdrojů ................................................................................................ 39

7

1 ÚVOD Dělení materiálu lze definovat jako proces, při kterém dochází mechanicky, chemicky, tepelně anebo fyzikálně (nekonvenčně) k rozdělování jednoho kusu materiálu na více kusů požadovaných tvarů a rozměrů. Dělení materiálů neboli řezání, můžeme rozdělit na dvě velké skupiny a to konvenční a nekonvenční dělení materiálů. Při konvenčním klasickém způsobu dochází pomocí mechanických sil k třískovému úběru materiálu a tím vytvoření řezné spáry. Nekonvenční technologie dělení materiálu, neboli fyzikální jsou založeny na využití fyzikálního nebo chemického principu úběru materiálu. Jedná se převážně o bezsilové působení nástroje na obráběný materiál, bez tvoření klasických třísek, vznikajících při obrábění řeznými nástroji. Při nekonvenčním řezání se nejčastěji využívají technologie jako je laser, plazma či řez paprskem elektronů. Tyto technologie jsou v dnešní době čím dál více používanější hlavně z důvodů rostoucího podílu těžkoobrobitelných materiálů v konstrukci strojů, se kterými si konvenční metody neporadí. Dalšími velikými výhodami nekonvečních technologií jsou například možnosti komplexního opracování i značně nepravidelných tvarů (vnějších i vnitřních) za pomocí automatizačních systémů, které jsou schopny na základě elektronických dat z CAD systémů vyřezat téměř jakýkoliv tvar a to ve vysoké přesnosti, které nejsme schopni jinak dosáhnout. Pokud by se dalo hovořit o nevýhodách nekonvenčních technologií, tak tou je jistě pořizovací cena strojů, proto většina firem ve strojírenském průmyslu, kteří nemají, jako primární činnost vyřezávat složité tvary tento problém řeší zadáváním zakázek firmám specializovaným na nekonvenční řezání.

8

2 ŘEZÁNÍ LASEREM Řezání laserem funguje na principu indukované emise, tj. vynuceného záření. K indukované emisi dochází v rezonátoru, který je tvořen soustavou zrcadel. V rezonátoru je aktivní prostředí, tvořené plynem, nebo tuhou látkou, do něhož je dodávána energie.

Obr. 2.1 řez laserem [2]

2.1 Princip technologie, výhody, nevýhody Dodávaná energie vybudí elektrony laserového plynu ze základní energetické hladiny do hladiny vyšší. Při návratu na původní energetickou hladinu dojde k vyzáření kvanta energie ve formě fotonů. Díky zrcadlům dochází k odrazu paprsku fotonů a opětovnému průchodu prostředím, což podporuje další emisi fotonů, a celkový tok energie se exponenciálně zvyšuje. Po určitém čase se světelné záření zkoncentruje do paprsku vycházejícím z rezonátoru přes polopropustné zrcadlo. Vzniklé záření má jednu přesně danou vlnovou délku, tzn., že je monochromatické a pohyb fotonů je uspořádaný do jednoho směru tzv. koherentní. Zkoncentrovaný paprsek je zaostřen čočkou na povrch materiálu, který je nataven a následně odfukován asistenčním plynem, nebo se přímo vypařuje. [1] 1 - Laserová hlavice 2 - Rezonátor 3 - Laserové médium 4 - Polopropustné zrcadlo 5 - Výstup paprsku 6 - Zdroj energie buzení 7 - Budící zařízení 8 - Chladící systém

Obr. 2.1 Schéma zařízení laseru [1]

9 - Nepropustné zrcadlo

9

Mezi výhody této metody patří: •

vysoká přesnost řezaných dílů u slabých a středních tloušťek materiálu

•

řezání velmi malých otvorů, úzkých pásků, ostroúhlých tvarů, výroba komplexních obrysových dílů· pravoúhlá řezná hrana

•

výborná automatizace řezného procesu

•

velmi malé přivedené teplo, žádné deformace obráběného předmětu

•

velmi malá šířka řezné spáry (0,2 - 0,4 mm)

•

vysoká řezná rychlost u tenkých materiálů

Mezi nevýhody metody patří: •

vysoké pořizovací a provozní náklady (vysoká spotřeba plynů)

•

omezená tloušťka řezaného materiálu: konstrukční ocel: 20 (25) mm, vysokolegovaná ocel: 15 mm, hliník: 10 mm

•

u středně tlustých materiálů žádná přímá hladká řezná plocha

•

nutné přesné řízení vzdálenosti k povrchu obrobku

•

omezení stability paprsku u řezání konstrukční oceli s normálním Si a P obsahem

•

snížení stability procesu u řezání lesknoucích se povrchů materiálu

•

menší účinnost (CO2 - laser max. 10 %)

10

2.2 Metody řezání Při procesu řezání laserem můžeme využívat tří různých metod: •

tavné dělení

•

oxidační dělení

•

sublimační dělení

Liší se zejména použitými plyny a způsobem odstraňování děleného materiálu v místě řezu. Každá z uvedených metod dělení je vhodná jen pro určité druhy materiálů. 2.2.1 Tavné dělení Dělený materiál se lokálně nataví a vzniklá tavenina, neboli tavná lázeň. Řezaný materiál se od základního polotovaru odděluje za pomocí proudu vysoce čistého inertního plynu, přiváděného do místa řezu (inertním plynem bývá zejména dusík). Přiváděný plyn se nepodílí na vlastním procesu řezání. Tento typ dělení materiálů dosahuje ve srovnání s ostatními metodami nižší řezné rychlosti, což je způsobeno zvoleným řezným plynem. Řezná rychlost stoupá lineárně s výkonem laseru a snižuje se přibližně lineárně s tloušťkou a teplotou řezaného materiálu. Absorpce laserového paprsku je jen velmi malá. [1] Tavné dělení s použitím dusíku je vhodné především k dosažení korozivzdornosti řezné hrany, jako např. u korozivzdorných ocelí, hliníku, mosazi, mědi a pozinkovaného plechu. Při použití dusíku s vysokou čistotou a s vysokým tlakem (1 - 2 MPa), jsou výsledkem řezání kovové lesklé řezné plochy, nevyžadující žádné dokončovací úpravy. V závislosti na kvalitě řezaného materiálu se mohou na spodní hraně řezu objevit otřepy, které je nutno odjehlit. 2.2.2 Oxidační dělení Tato metoda se od tavného řezání liší pouze použitím kyslíku jako řezného plynu. Vzájemným chemickým působením kyslíku s roztaveným povrchem kovu vznik exotermická reakce, zajišťující vyšší řezné rychlosti z důvodu rychlejšího a vyššího ohřevu řezaného materiálu. Dále je řezná rychlost výrazně ovlivněná čistotou kyslíku. Důsledkem tohoto efektu lze dosáhnout u konstrukčních ocelí vyšších rychlostí řezu než při použití dusíku. U oxidačního dělení se využívá nižší řezný tlak než u tavného dělení, důvodem je zmíněná exotermická reakce. [1]

11

Metoda je vhodná jen pro nelegované a nízkolegované oceli. U vysokolegovaných ocelí a hliníku mají vyšší řezná rychlost a teplota nepříznivý vliv na strukturu a vlastnosti řezu (horší kvalita, širší spára, vyšší drsnost a větší tepelně ovlivněná oblast). K předcházení těchto negativních vlivů se používá přechodu na pulzní provoz laseru, při kterém se dělený materiál v mezeře mezi jednotlivými pulzy ochladí, tudíž nenastává exotermní reakce nebo se využívá tavné dělení s využitím dusíku. Další vylepšení kvality je možné dosáhnout regulací výkonu laseru, který je optimalizován dle tloušťky materiálu. Řezná rychlost je pak omezena sníženým výkonem laseru. 2.2.3 Sublimační dělení Metoda řezání, při níž se materiál z místa řezu odpařuje, vhodná zejména pro nekovové materiály. U kovových materiálů není tato metoda v současnosti moc využívána. K minimalizaci tavné zóny, vznikající na hraně řezu, je nutná vysoká hustota energie laserového paprsku. Omezujícím faktorem dělení je tloušťka řezaného materiálu, která nesmí překročit průměr paprsku z důvodu opětovné kondenzace par děleného materiálu a následného svaření řezu. Tato omezení platí pouze u materiálů, u nichž vzniká tekutá fáze. U materiálů, které se netaví, např. dřevo, keramika aj., zanedbáváme omezující faktor tloušťky. Řezná rychlost je nepřímo úměrná odpařovacímu teplu materiálu a přímo úměrná rychlosti proudění řezného plynu. [1], [3]

2.3 Základní typy laserů Jak již bylo nastíněno, princip všech laserů je stejný, avšak liší se svou konstrukcí a jejími vlastnostmi. Proto lasery klasifikujeme podle různých hledisek. Mezi tato hlediska patří lasery dle: •

aktivního prostředí (nejpoužívanější typy laseru): pevnolátkové, polovodičové, plynové, kapalinové, plazmatické

•

vlnových délek vysílaného optického záření: submilimetrové, infračervené, lidským okem viditelné, ultrafialové, rentgenové

•

typu kvantových přechodů (energetických hladin): molekulární (rotační, rotačněvibrační, vibrační), elektronové, jaderné

•

typu excitace (buzení): optickým zářením, elektrickým výbojem, elektronovým svazkem, termodynamicky, chemickou reakcí, rekombinací nebo injekcí nosičů náboje

•

časového režimu provozu laseru: impulzní, kontinuální (spojitý)

12

•

délky generovaného pulzu: s dlouhými pulzy, s krátkými pulzy, s velmi krátkými pulzy (pikosekundové, nanosekundové). Z uvedeného rozdělení se z důvodu již velké rozvinutosti prakticky téměř nemění první skupina, která je také v praxi technologicky nejrozšířenější.

2.3.1 Plynové lasery Aktivní prostředí tvoří plynná fáze různých prvků. Pracují většinou v kontinuálním režimu, avšak existují i typy laserů z velmi vysokého výkonu pracující v pulzním režimu. Buzení plynových laserů zpravidla obstarává vysokonapěťový elektrický výboj, ale používají se samozřejmě i jiné metody, např. chemickou reakcí, rychlou expanzí plynu, průchodem svazku rychlých elektronů nebo opticky. Existuje obrovské množství plynových laserů - Argonový (modrý, zelený), Dusíkový (UV), laser s párami Mědi (zelený), Jódový (viditelné, IR) a mnoho dalších. Plynové lasery lze rozdělit na fotodisociační, atomové, iontové, molekulární. Poslední dobou jako velmi používané se řadí kontinuální CO2 lasery (obr 3.1), které mají uplatnění při řezání, značení, vrtání atd. Plynové aktivní prostředí zde tvoří směs CO2, He a N v různých poměrech ležících v rozmezí 60-85% helia, 13-55% dusíku a 1-9% oxidu uhličitého. Rezonátor je nutno chladit, jelikož plynné médium se snadno zahřívá. U nižších výkonů (do 100 W) postačí chlazení vedením, kdy je plášť rezonátoru ochlazován chladicí kapalinou (voda, olej). Při vyšších výkonech, pohybujících se v řádech až tisíc wattů je chlazení provedeno prouděním laserového plynu přes tepelný výměník. V impulsním režimu lze dosáhnout výkonů i několik desítek TW (teraWattů). Tento laser svítí infračerveným světlem o vlnové délce 10,6 µm, ale používají se i lasery na jiných vlnových délkách, například 9,4 µm. [3], [1]

Obr. 2.1 Konstrukce CO2 laseru [1]

13

2.3.2 Pevnolátkové lasery Jak už název napovídá, aktivní prostředí je tvořeno pevnolátkovým dielektrikem, které musí být opticky propustné a homogenní v celém objemu. Představa konstrukce laseru je nejvíce spojena s aktivním prostředím tvořeným krystaly drahých kamenů, např. rubínu nebo safíru. Tyto lasery se používají, ale dnes už v omezené míře, jelikož jejich vlastnosti dovolují velké výkony pouze v krátkých pulzech, protože spojité záření by znamenalo zničení krystalu. Tento problém řeší lasery s aktivním prostředím tvořeným sklem s přídavky vzácných prvků, jako např. Nd: YAG. Tyto lasery jsou v současnosti nejpoužívanější. Buzení elektronů aktivního prostředí a následný proces indukované emise se nazývá čerpání energie z krystalu laseru. Čerpání laserů probíhá výbojkami umístěnými v tělese laseru. V posledních letech se ovšem rozšířilo a osvědčilo čerpání laseru diodami kvůli jejich nesporným výhodám v podobě vyšší účinnosti, menší spotřeby energie a delší trvanlivosti. V praxi se nejvíce používá Nd:YAG laser (obr. 4.2) – Zkratka pro laser vznikla z počátečních písmen prvků tvořící tento materál: izotropní krystal Yttrium Aluminium Granátu (Y3Al5O12) je dopován ionty neodymu (Nd3+). Vlnová délka laserového paprsku je 1064,1nm a jeho výkon se pohybuje v rozmezí od 100 do 4000 W. Kromě použití v průmyslu při řezání, vrtání a svařování je používán také v medicíně (chirurgie). [3], [5], [1]

Obr. 2.2 Konstrukce Nd:YAG laser [1]

14

2.3.3 Polovodičové lasery Aktivním prostředím polovodičových laserů je polovodičový materiál, jehož aktivními částicemi jsou nerovnovážné elektrony a volné nosiče náboje, které mohou být injektovány. Zdrojem záření je laserová dioda. Mezi výhody diod patří malé rozměry a velká účinnost (až 50 %), výkon lze snadno měnit modulací elektrického proudu. Hlavní předností polovodičových laserů je jejich kompaktnost, možnost spektrálního přeladění v širokém spektrálním pásmu a generace záření vlnových délek od 0,3 do 30 µm, která záleží na použitém aktivním prostředí. Nevýhody těchto laserů vyplývají z větší rozbíhavosti paprsku a z použitého polovodičového materiálu (závislost zejména na teplotě generovaného záření). Polovodičové lasery se uplatňují především pro popisování součástí (gravírování), řezání, tepelné svařování a v technologiích Rapid Prototyping což je soubor technologií výroby prototypů pomocí 3D tisku. Tyto prototypy (podle technologie) jsou většinou nevhodné k většímu zatížení a slouží většinou pouze k představě o vzhledu (designové návrhy) a zástavbě do stroje či k menšímu zatížení. Virtuální 3D model součásti je „rozřezán“ na tenké vrstvy, které se různými technologiemi vytváří z různých materiálů a vrství se na sebe. Vznikne tak finální prototyp, tuto technologii využívají především automobiloví výrobci. [3], [5], [1]

Obr. 2.3 polovodičový laser UV-blue [3]

15

2.3.4 Kapalinové lasery Aktivním prostředím kapalinových laserů jsou opticky buzené roztoky organických barviv (např. rhodamin). Podle druhu barviva je možno prakticky vyvinout záření vlnových délek od 300 nm do 1500 nm. Tyto lasery se používají především ve spektroskopii. Ve strojírenství se neuplatňují z důvodu podstatné nevýhody, což je toxicita a nepříliš dlouhá životnost aktivního prostředí, které se rozkládá účinkem tepla a světla. [3]

2.4 Technologická zařízení pro řezání lasere V současné době neexistuje žádný ryze český výrobce laserových řezných strojů. Na tuzemském trhu má silné postavení firma TRUMPF Praha, spol. s r.o., která je ovšem pouze součástí německého koncernu TRUMPF Gruppe. Vybrané stroje pocházejí právě z produkce této firmy. První kategorií řezných strojů jsou 2D stroje, které jsou schopné obrábět pouze rovinné dílce, a jsou tedy určeny pro řezání plechů různých tloušťek a formátů. [3], [1], [4] TruLaser 5030 / 5040 / 5060 – řada výkonných laserových strojů, které pracují na principu “létající optiky”, což znamená, že obrobek je statický, a řezná hlava se pohybuje po stole. Aktivní prostředí v rezonátoru laseru tvoří CO2. Označení stroje vyjadřuje výkon stroje (první dvojčíslí) a pracovní délku stolu (poslední dvojčíslí).

Obr. 2.5 True Laser 5030[4] TruLaser 7025/7040 – nejproduktivnější řada 2D řezacích strojů společnosti TRUMPF. Své produktivnosti dosahuje především díky použití 2 řezných hlav, ale také díky lineárním pohonům zaručujícím přesné a rychlé polohování. Na rozdíl od 2D strojů jsou 3D stroje schopné opracovávat prostorové modely, což umožňuje robotické rameno, které se natáčí ve 3 osách a na kterém je upevněná řezná hlava. Kromě prostorového zpracování je samozřejmostí řezání plošných dílců. [4]

16

TruLaser série 8000 Laser TruLaser Cell 8030 byl vyvinut podle potřeb trhu k řezání laserem 3D součástí tvářených za tepla. Nový stroj lze optimálně integrovat do vysoce produktivního prostředí a flexibilně používat pro další řezací aplikace. Použitím pevnolátkového laseru jsou náklady na díly oproti CO2 laseru nižší a produktivita vyšší. Stroj má navíc velmi kompaktní strukturu. Rozvaděče integrované v tělese stroje redukují instalační plochu na minimum a zaručují krátkou dobu uvedení do provozu. Doby prostojů byly výrazně sníženy díky optimalizovaným procesům ovládání. Stroj navíc disponuje vysoce dynamickým rotačním výměníkem se zkrácenou dobou otáčení. [4]

Obr 2.4 TruLaser Cell 8030 [4]

17

3 ŘEZÁNÍ VODNÍM PAPRSKEM 3.1Princip metody Technologie funguje na principu řezání materiálu proudem vody, který je vysokotlakým čerpadlem vháněn do řezné hlavy, ze které vychází tryskou jako řezný vodní paprsek. Historie této metody má kořeny v 50. letech 20. století, kdy lesní inženýr Dr. Norman Franz experimentoval s nápadem řezání dřeva na plátky pomocí proudu vody. I když technologie nikdy nebyla použita v průmyslové výrobě, jeho výzkum posloužil jako základní kámen k tzv. abrazivnímu vodnímu paprsku, který byl vyvinut Dr. Mohamedem Hashishem. U této metody se do proudu vody přidává abrazivní částice, které pak přispívají k efektivnějšímu procesu řezání. V roce 1983 americká společnost Flow International Corporation představila první komerční hydroabrazivní systém pro řezání autoskel. [6], [8] V 80. a 90. letech se technologie začala postupně uplatňovat ve výrobním sektoru, hlavně pro letecký a kosmický průmysl. V dnešní době lze technologii řezání vodním paprskem najít prakticky ve všech oblastech průmyslu. Voda je v zařízení stlačena na tlak 50-415 MPa. Toto umožňují vysokotlaká čerpadla disponující příkonem 11-150 kW, ve kterých se průtok vody pohybuje mezi 1,2 a 5,2 l.min-1. [7]

Obr. 3.1 Snímek řezací hlavy firmy FLOW [6]

18

Pro řezání měkkých materiály jako například guma, dřevo, plasty, pěnové materiály atd. se používá zařízení, emitující čistý vodní paprsek bez přidaného abraziva. Toto zařízení však není vhodné pro tvrdší materiály, a proto se u materiálů jako jsou různé oceli, kovové slitiny, keramika, beton atd. používá zařízení emitující abrazivní paprsek. Jeho princip spočívá v přidávání tvrdých mechanických částic do proudu vody. Abraziva se volí podle tvrdosti materiálu, stále častěji se používají přírodní materiály jako olivín nebo granát. Technologie vodního paprsku má standardní přesnost řezu ±0,1 mm.m-1. Obrovský význam této metody spočívá v tom, že řezané součásti nejsou tepelně ani mechanicky namáhány, tzn. žádné změny mechanických vlastností v místě řez.

Obr. 3.2 Funkční schéma řezací hlavy – princip technologie

19

3.2 Zautomatizování procesu řezání Řezný proces vodního paprsku se v dnešním průmyslu realizuje pouze na automatizovaných zařízeních (CNC stolech). Řezací hlava a s ní celá dráha řezu je řízena počítačem dle předem vytvořeného programu, který si dokáže zmapovat celou dráhu nástroje z vytvořených 3D modelů což umožňuje provádět i tvarově složité řezy. Velice používaný software pro řezný proces se využívá program zvaný FlowMaster, který vyvíjí známý výrobce řezacích hlav firma Flow. během jedné operace se standardní přesností výřezu pohybující se ± 0,1 mm.m-1. Po provedení řezného procesu se směs vody a abraziva zachycuje v lapači (vaně), umístěné pod řezaným materiálem, kde je tato směs odfiltrována a znovu přiváděna do řezné hlavy připravena k použití. [9] Ve strojním průmyslu se využívají pro řezání vodním paprskem dva základní principy automatizace a to s pohyblivou řeznou hlavou a pevným stolem, nebo naopak s pevnou řeznou hlavou a pohyblivým stolem. Základní CNC systémy disponují mobilitou ve třech osách a to jsou X, Y, Z, ale nejdražší a nejmodernější CNC systémy mohou obrábět až v pěti osách, tzn. schopnost naklánět CNC stůl nebo řeznou hlavu v libovolném směru, u takých strojů jsou to základní osy X, Y, Z a dále naklápěcí osa označovaná jako T a rotační osa C.

Obr. 3.3 CNC stůl řady AquaCut 6000 od firmy MicroStep

K předním výrobcům CNC stolů bezesporu patří firma MicroStep, která pracuje na zajímavé řadě CNC stolů s označením AquaCut.

20

Portálový CNC řezací stůl AquaCut je speciálně vyvinutý na řezání vysokotlakým vodním paprskem a je vybavený přesnou mechanickou konstrukcí, kvalitním řídicím systémem s jednoduchou obsluhou a špičkovou technologií, což zaručuje vysokou kvalitu a přesnost řezu (ostré úhly a rohy, přesné zachování kontur řezaných dílů). Vysokou dynamiku zařízení dosahuje pomocí nízko osazeného portálu, digitálně řízených stejnosměrných servomotorů s bezvůlovou převodovkou spolu s precizními nerezovými lineárními vedeními se dokáže bez problému pohybovat rychlostí 0,83m.min-1 a s přesností ± 0,025 mm

3.3 Hlavní části řezacího ústrojí Řezací hlava - úkolem řezací hlavy například PASER ECL Plus od firmy Flow Europe GmbH (obr. 3.4) je dosažení optimálního řezacího výkonu - nejrychlejší řezání při nejnižších provozních nákladech, a to díky optimálně zaostřenému a zohniskovanému paprsku. Výsledkem jsou vyšší řezná rychlost a vyšší výkon. [10] Obr. 3.4 Řezací hlava firmy Flow Europe [6]

Vysokotlaká čerpadla - vysokotlaká čerpadla od firmy Accustream řady AS disponují výkony 22 - 110 kW. Volba čerpadla je důležitá pro zajištění optimálního řezného procesu. Ideálním řešením pro aplikace řezacích strojů se 2 abrazivními řezacími hlavami je čerpadlo o výkonu 56 kW od firmy Accustream [11], [8]

21

Obr. 3.5 Vysokotlaké čerpadlo Accustream AS-6075 [11]

Princip dopravy abraziva - volitelným příslušenstvím pro aplikace hydroabrazivního řezání mohou být CNC stroje vybaveny dálkovou dopravou abraziva, jež je ze zásobníku vytlačováno stlačeným vzduchem do rozvodového potrubí, kterým se dopravuje do malého zásobníku u dávkovače abraziva umístěného na suportu CNC stroje v blízkosti řezací hlavy. Výhodou tohoto řešení je plynulé dodávání abraziva do dávkovače, čímž je zaručen plynulý tok abraziva do směšovací trysky a tím i stálá kvalita řezu.

Obr. 3.6 Systém zásoby a dodávky abraziva od firmy Flow [6]

3.4 Výhody a nevýhody řezaní vodním paprskem •

možnost řezání kovových, nekovových a kompozitních materiálů; velmi tvrdých a těžko obrobitelných materiálů malých i velkých tloušťek

•

žádné metalurgické změny v místě řezné plochy (max. ohřev materiálu na teplotu 40 - 50°C) – mechanické vlastnosti materiálu jsou zachovány

•

není porušena povrchová úprava v okolí řezu- leštění, broušení, komaxit možnost náhrady souboru operací (dělení, vrtání, frézování) jediným technologickým procesem

•

u dražších strojů s vyšší kvalitou řezného procesu většinou není nutné již žádné další dokončovací metody opracování materiálu

22

• •

úzká řezná spára, vertikální řezání, možnost řezat velice detailní kontury, vynikající kvalita řezu snadno aplikovatelná automatizace řezného procesu

•

podle druhu zařízení je možný také provoz s více řezacími hlavami

•

u materiálů větších tloušťek lze klást dílce těsně vedle sebe, což přináší úsporu materiálu, lze využít i tzv. společný řez

•

řezání bez vzniku ekologicky škodlivých zplodin, technologie šetrná k životnímu prostředí

Nevýhodami metody jsou: •

vysoké pořizovací a provozní náklady

•

u tvrdších materiálů relativně malá řezná rychlost

•

nutný kontakt s vodou a většinou i s abrazivem (bez okamžitého vhodného ošetření rychlý nástup povrchové koroze, nedoporučuje se řez nasákavých materiálů, následuje dlouhé vysoušení, možnost změny barvy, znečištění apod.)

•

nelze využít pro ruční řezání a je tak omezené pouze v 3D prostoru

•

omezená možnost výroby velmi malých dílců (cca pod 30 - 50 mm); dochází k lámání, lze řešit zakomponování do řezu takzvaných můstků (zlepší soudržnost vyřezávaného dílu) [12]

Obr. 3.7 Příklady výrobků [12]

23

4. ŘEZÁNÍ PLAZMOU Plazma je tepelně vysoce žhavý elektricky vodivý plyn, tvořený ionty, elektrony, vybuzenými a neutrálními atomy a molekulami. Z pohledu fyziků je často označován jako čtvrté skupenství. Technologie řezání plazmou byla vyvinuta již v padesátých letech 20. století a od té doby udělala veliký technologický krok dopředu. Řezání za pomocí plasmy je určeno pro dělení takových materiálů, které není možné řezat hořlavým plynem (zejména kyslíkem). Mezi tyto materiály patří např. korozivzdorné oceli, měď, hliník a jejich slitiny. Tato technologie je označována jako oblouková z důvodu využití elektrického oblouku k ionizování plazmového plynu.

4.1 Princip technologie Ionizace plazmového plynu probíhá v plazmovém hořáku přívodem elektrické energie na elektrodu (katoda) oproti řezanému materiálu (anoda) a tento plyn je fokusován speciálně konstruovanou dýzou směrem k povrchu řezaného materiálu. Tímto vznikne mezi hořákem a řezaným materiálem plazmový elektrický oblouk o velmi vysoké teplotě (cca 20000 - 30000°C) a velmi silném dynamickém účinku, který je využíván k natavení a odvedení materiálu z řezné spáry. Ke zvýšení koncentrace energie plazmového oblouku jsou používány chlazené plazmové hořáky, umožňující přívod fokusačního a ochranného (asistenčního) plynu, případně vody. Zvýšení koncentrace energie má za následek výrazné

zvýšení

výkonu.

Asistenční

plyn

obklopuje plazmový elektrický oblouk, čímž chrání vytvářené řezné hrany před působením okolní atmosféry. Odvedení taveniny a oxidů z Obr. 4.1 Ukázka plazmového místa řezu probíhá vyfukováním plazmového řezání [1] plynu. Využitím vysokého výkonu plazmatu a vysoké dosahované teploty lze touto technologií řezat téměř všechny kovové materiály. Omezujícím faktorem řezání je tloušťka materiálu, což je způsobeno poklesem tlaku plazmového plynu se vzrůstající tloušťkou materiálu. [13], [14]

24

1 - těleso hořáku 2 - katoda 3 - přívod plynu (argon) 4 - chlazení hořáku 5 - paprsek plazmy 6 - obrobek 7 - přívod vody

Obr. 4.2 Princip technologie a) plynová stabilizace s transferovým obloukem, b) plynová stabilizace s netransferovým obloukem, c) vodní stabilizace [14]

4.2 Stabilizace oblouku U plazmového řezání je plazmový plyn ionizován elektrickým obloukem, který je nutno stabilizovat. Stabilizace může probíhat pomocí fokusačního plynu, nebo pomocí proudu vody. Podle druhu použitého stabilizačního média se plazmové hořáky dělí na:

•

4.2.1 Plazmové hořáky s plynovou stabilizací s transferovým obloukem – elektrický oblouk hořící mezi katodou (umístěnou

v hořáku) a anodou, kterou představuje řezaný materiál musí překonat vzdálenost mezi těmito tělesy, proto jej nazýváme transferový. Jeho použití je v řezání elektricky vodivých materiálů, např. ocelí a neželezných kovů. •

s netransferovým obloukem – elektrický oblouk hoří mezi katodou v hořáku

a anodou tvořenou kladně nabitou výstupní tryskou. Používá se tam, kde katoda nemůže vytvořit elektrický oblouk s řezaným nevodivým materiálem např. keramikou. 4.2.2 Plazmové hořáky s vodní stabilizací Stabilizace elektrického oblouku je způsobena vodou, která je přiváděna přídavnými kanálky. Tyto hořáky se používají pro řezání ocelí a neželezných kovů a k nanášení povlaků. Hlavní předností těchto hořáků je možnost řezat pod vodou, čímž se zlepšují pracovní podmínky pro obsluhu řezacích zařízení a to především hlučnost, prašnost a UV záření emitované paprskem. [13], [14] 25

4.3 Používané plyny U plazmových technologií můžeme využívat několik druhů plynů. Jednotlivé druhy plynů mají vliv na vlastnostech vytvářené plasmy, ale především na vlastnostech vytvářeného řezu. •

plazmové plyny (slouží k ionizaci a disociaci energie) - argon, vodík, dusík a jejich směsi, dále je možné použit kyslík i vzduch

•

fokusační plyny (slouží k zaostření paprsku plazmy) - argon, dusík nebo směs argonu a vodíku, popř. argonu a dusíku

•

asistenční plyny (obklopují paprsek plazmatu a chrání místo řezu před nežádoucím chemickým působením s okolní atmosférou) - většinou stejné plyny jako plazmové, používanější z nich jsou argon a dusík. Správná volba plazmového a asistenčního plynu závisí na druhu řezaného materiálu a hlavně na jeho tloušťce. Pro určité typy materiálů jsou vhodné tyto plazmové plyny: -

konstrukční ocel: kyslík, vzduch

-

vysoce legovaná ocel: argon/vodík, argon/vodík/dusík, argon/dusík, vzduch, dusík

-

neželezné

kovy:

argon/vodík,

vzduch

kompozitní

argon/vodík, argon/vodík/dusík, vzduch, kyslík. [13], [14]

26

materiály:

4.4 Technologická zařízení pro řezání plasmou Podobně jako při dělení materiálu vodním paprskem je současný světový trh v oblasti pálicích plazmových strojů velmi pestrý. Proto zde opět platí zaměření na domácí trh. Plazmové pálicí stroje se vyrábějí jak v mobilním provedení určeném, pro časté přenášení, např. na staveništích, ale i v provedení stacionárním, které je zejména vhodné pro výrobní průmyslové pracoviště. Stacionární stroje jsou ovládány číslicovou technikou, zajišťující rozměrovou přesnost, rychlost řezného procesu a jeho kvalitní provedení. a) MGM s r.o. je firma působící nejen na českém trhu, ale i v Evropě. Sídlo firmy, která je výrobcem a dodavatelem zařízení pro termické dělení materiálu je v Táboře. V současné době vyrábí kompletní vybavení pro plazmové řezání, včetně zdrojů a řídicích CNC systémů. •

Řezací stroje OMNICUT Stroje OMNICUT jsou robustní portálové sériově vyráběné stroje, které se dají pořídit v několika rozměrových variantách. Nástroj je upevněn na mostní konstrukci, po

které

přesnému

se

pohybuje

lineárnímu

díky

vedení.

Podélný pohyb je umožňován za pomocí servomotorům na obou Obr. 4.3 Série Omnicut pro řezání plazmou od stranách pojezdů. Stroj je firmy MGM s.r.o. [15] univerzální, co se týče typu dělení, kromě plazmy lze využít i pro jiné řezací technologie jako laser případně autogenní techniku. •

Řezací stroje ARROW Jsou charakteristické lehkou konstrukcí a také dobrými statickými i dynamickými vlastnostmi. Pohyb řezné hlavy je opět zajištěn za pomocí lineárního vedení v příčném i podélném směru. Stroj je také vybaven integrovaným odsávacím stolem, výškovým senzorem fungujícím na principu velikosti napětí v oblouku a dalšími doplňky. U největší verze řezacího stroje Arrow je pracovní délka stolu až 8m. [15] 27

b) HaWe systems, s.r.o. je dodavatelská společnost, zabývající se prodejem a instalací zařízení pro tvarové zpracování plochých materiálu moderními technologiemi. Firma se sídlem v Olomouci prodává plazmové stroje americké společnosti Multicam. [16] •

CNC Plazma série 1000 –

je ekonomická řada modelů společnosti MultiCam, vybavena duálním pohonem, pracovní jednotkou Hypertherm a ovladačem Multicam. Stroj disponuje integrovanou knihovnou materiálů, díky které stroj automaticky přizpůsobuje rychlost a výšku řezu zadanému materiálu a jeho tloušťce. [16]

Obr. 4.4 CNC Plazma série 1000 od firmy HaWa systems s.r.o. [16]

Standardní vybavení řady 1000: •

Rychlé tvarové obrábění

•

Uživatelsky přívětivé rozhraní

•

Databáze materiálů

•

Pracovní deska pro odvod zplodin

•

Automatické nastavení přítlačníku

•

Přesný duální pohon osy X

•

8 MB paměti s možností přenosu neomezeného množství dat

•

Ethernet a RS232 připojení

28

CNC Plazma série 6000 - je orientován na zákazníky požadující dělení rozměrných hrubých plátů materiálů a zároveň dostatečnou rychlost a přesnost. Pohybový systém je oddělen od samostatného stolu což chrání řezací systém při nakládání materiálu a před vysokou teplotou. Obě uvedené firmy mají významné postavení na českém trhu. Zatímco MGM spol. s.r.o. své stroje vyrábí včetně všech doplňků, HaWe systéms s.r.o. je firma dodavatelská. Zahraniční zařízení je v současné době pokročilejší, což je dáno kvalitativní rozdílností českého a amerického průmyslu. Pokročilost zahraničních zařízení dokazuje zejména integrovaná knihovna materiálů s automatickou regulací řezných parametrů v závislosti na rozměrech a typu materiálu. [16]

Obr. 4.5 CNC Plazma série 6000 od firmy HaWe systems s.r.o. [16]

Standardní vybavení řady 6000: •

rychlé tvarové obrábění

•

plně programovatelná

•

uživatelsky přívětivé ovládání

•

databáze materiálů

•

rameno je vybaveno lineárním ložiskovým vedením a hřebenovým pohonem

•

je možno vybavit různé systémy jako např. OX-fuel, Plazma, HyDefinition plazma, vrtací hlava, elektro-vřeteno.

•

celo-ocelová konstrukce, která je zbavena pnutí

•

8 MB paměti s možností přenosu neomezeného množství dat Ethernet samotný držák může nést plazmu nebo oxy-fuel s kontrolou výšky hořáku

29

4.5 Výhody a nevýhody Mezi výhody této metody lze zahrnout: •

možnost provozu jednoho nebo více hořáků podle velikosti stroje

•

velmi dobré výsledky řezu především při řezání slabých a středních tloušťek konstrukční oceli (do 30 mm)

•

řezání elektricky vodivých materiálů

•

možnost řezání vysoce pevné konstrukční oceli s menším tepelným příkonem·

•

vysoká řezná rychlost (až 10x vyšší než při řezání plamenem)

•

velmi dobrá automatizace řezného procesu

•

zlepšení pracovního prostředí při řezání pod vodou (snížení úrovně hluku, intenzivního UV záření, zvýšené prašnost)

Za nevýhody považujeme: •

omezené použití do 160 mm (180 mm) u suchého řezání a 120 mm u řezání pod vodou

•

širší řezná spára oproti laseru

Obr. 4.6 Příklady výrobků - řezání plazmou

30

5 ŘEZÁNÍ ULTRAZVUKEM Řezání pomocí ultrazvuku je metoda dělení, případně obrábění materiálu převážně tvrdých a křehkých kovových a nekovových materiálů, která je založena na mechanickém úběru materiálu, využívající ultrazvukových vibrací nástroje s pomocí abrazivního materiálu a kavitační eroze. Při dělení materiálu nedochází k termálním, chemickým ani elektrickým účinkům, což neovlivňuje metalurgické, chemické a fyzikální vlastnosti děleného materiálu. Obrábění ultrazvukem je aplikováno ve dvou variantách - nárazové broušení a rotační obrábění. [17] [18] [19]

5.1 Princip technologie Proces úběru materiálu je realizován přívodem směsi zrn abrazivního materiálu a kapaliny mezi obráběný povrch a nástroj, který kmitá frekvencí 20 až 30 kHz kolmo k obráběnému povrchu. Zrna získávají kmitáním nástroje velkou kinetickou energii a jejich přitlačováním stálou silou na obráběný povrch dochází k porušování celistvosti povrchu (obrázek 5.1). Kavitační účinky umožňují rychlou výměnu opotřebených zrn za nová. Nástroj je schopen vykonávat i přímočarý posuvný pohyb nebo kombinaci obou pohybů. Kapalina ve směsi se zrny bývá většinou voda, benzín nebo petrolej, ovšem nejlepších výsledků se dosahuje při použití vody. [17] [18] [19]

Obr. 5.1 Princip metody pro obrábění ultrazvukem [17]

1) kapalina, 2) nástroj, 3) brousicí zrna, 4) přívod brousicích zrn a kapaliny, 5) obrobek

31

5.2 Technologická zařízení Zařízení je tvořeno těmito hlavními skupinami:

1 – generátor ultrazvukových kmitů 2 – systém pro vytvoření mechanických kmitů 3 – přívod brousicích zrn a kapaliny 4 – obrobek 5 – nástroj

Obr. 5.2. Zařízení pro obrábění ultrazvukem - schéma zařízení, [17]

Obr. 5.3. Zařízení pro obrábění ultrazvukem - skutečné provedení stroje [17]

32

•

generátor ultrazvukových kmitů (1), tj. elektronické zařízení, které mění střídavý elektrický proud o frekvenci 50 Hz na proud o frekvenci 18 až 25 kHz. Základní charakteristikou generátoru je výstupní výkon, který bývá v rozmezí 0,2 až 4 kW;

•

systém pro vytvoření mechanických kmitů (2), který mění elektromagnetické kmity na mechanické. Využívá se tzv. magnetostrikce, což je vlastnost feromagnetických materiálů měnit při vložení do magnetického pole své rozměry;

•

systém pro přívod brousicích zrn, který řídí přívod brousicích zrn a kapaliny (3) do pracovní mezery, která je mezi nástrojem a obráběnou plochou. Jako kapalina se používá voda, petrolej, líh nebo strojní olej. Systém musí zaručit dokonalý přívod nových zrn a odvod opotřebených zrn do a z pracovní mezery. Svým kavitačním účinkem zvyšuje kapalina intenzitu úběru materiálu a podle své viskozity tlumí pohyb kmitajících zrn. Používají se brousicí zrna z diamantu, kubického nitridu boru (KNB), karbidu boru, karbidu křemíku (SiC) a kysličníku hlinitého (Al2O3). Koncentrace zrn v kapalině bývá 30 až 40 %. Zrna se při obrábění opotřebovávají, proto je nutné zajistit jejich dokonalou výměnu. [17] [18] [19]

Obr. 5.4 Technologické aplikace obrábění ultrazvukem – řezání (1 – pracovní nástroj, 2 – dělený materiál) [17]

33

Obr. 5.5 Pracovní prostor stroje pro řezání ultrazvukem

5.3 Výhody a nevýhody technologie Mezi výhody této metody patří: •

řezání tvrdých a křehkých kovových, nekovových a kompozitních materiálů (keramika, slinuté karbidy, křemen, atd.)

•

větší úběr materiálu, menší tlaky nástroje na jemné součásti

•

lze obrábět elektricky vodivé i nevodivé materiály

•

žádné metalurgické změny na řezné ploše

•

při řezání je zároveň vybroušena povrchová vrstva (záleží na typu abraziva)

•

úzká řezná spára (tloušťka řezného nástroje je 0,1 až 0,8 mm)

•

automatizace řezného procesu

•

dálková doprava směsi kapaliny a abraziva

Mezi nevýhody metody patří: •

plastické, měkké a houževnaté materiály jsou ultrazvukem neobrobitelné (lepí se na nástroj a snižují jeho řezivost)

•

po řezání musí být výrobek očištěn od směsi kapaliny a abraziva, popřípadě povrchově chemicky ošetřen (např. lakováním nebo barvením), důvodem je možnost rychlého vzniku povrchové koroze u určitých typů materiálů

•

delší vysoušení u nasákavých materiálů

•

řezný nástroj musí být vyroben z korozivzdorného materiálu

34

6. ŘEZÁNÍ PAPRSKEM ELEKTRONŮ Řezání paprskem elektronů řadíme do elektroerozívní metody dělení materiálu, pří které využíváme kinetické energie svazku velmi zrychlených elektronů, usměrněného na povrch materiálu. V současnosti se spíše využívána ke svařování nebo k povrchovým úpravám součástí (např. leštění). U procesů dělení materiálu není tak rozvinutá jako předešlé metody a je nahrazována spíše laserem. Tyto dvě metody jsou si velmi podobné, ale výrazným rozdílem a tudíž i nevýhodou je, že řezání paprskem elektronů musí probíhaje vakuové komoře a tím je omezena především velikost řezaných součástí. [20]

Obr. 5.1 Řezání paprskem elektronů [22]

1 - katodová mřížka, 2 – anoda, 3 – elektromagnetická čočka, 4 – elektrostatické vychylování elektronového paprsku, 5 - vakuová komora, 6 – obrobek, 7 – průzor, 8 elektronový paprsek

35

5.1 Princip technologie, výhody a nevýhody Při dopadu paprsku elektronů, jež jsou urychleny na (50 ÷ 80) % rychlosti světla, na povrch materiálu dochází k tomu, že se jejich kinetická energie mění na energii tepelnou, tím dochází k natavování děleného materiálu a následně jeho odpařováním z místa řezu (viz obrázek 5.2). Princip je velice podobný laseru. Paprsek vniká jen do určité hloubky materiálu, kde se pohyb elektronů zcela zastaví. Koncentrovaná tepelná energie vzniklá pod povrchem obrobku způsobuje erupční odpařování materiálu, což má za následek odvádění částeček z otvoru vysokým tlakem. Vzniklé páry odpařeného materiálu jsou zionizovány, což způsobí nové zaostření paprsku v pracovním místě. K úběru materiálu dochází několikanásobným opakováním tohoto procesu. Celý proces je nutné provádět ve vakuu z důvodu ochrany elektronů před srážkami a reakcemi s molekulami vzduchu (snížení energie paprsku - viz obrázek 5.2). [20] [21] 1 - elektronový paprsek 2 - páry odpařeného kovu

5.2 Princip metody obrábění elektronovým [20]

Řezání paprskem elektronů může probíhat ve dvou pracovních režimech: •

pulzní - nejčastěji používáno při vrtání elektronovým paprskem. Odpařování materiálu probíhá postupnými erupcemi, přičemž se dosahuje přesného opracování materiálu (doba pulzu je od 2 µs do 0,01 s, při frekvenci pulzů 500 až 10000 Hz)

•

plynulý (nepřetržitý) - odpařování materiálu probíhá plynule

36

7. ZÁVĚR Cílem této práce bylo shrnout a popsat jednotlivé metody přesného dělení technických materiálu, které se v současnosti využívají. Z hlediska využitelnosti jsou v praxi nejvíce uplatňované technologie laseru a plazmy. A to z důvodů multifunkčnosti, kdy je lze využít nejen k řezání, ale také například k svařování či dokončovacích prací při obrábění. Uvedené metody jsou uplatňovány hlavně ve velkosériové výrobě z důvodu větších rozměrů přístrojů a hlavně vysokých pořizovacích cen zařízení, ale v dnešní době se využívají i v malosériové výrobě, ale probíhá to především tak, že pokud firma potřebuje k výrobě svých produktů jednu z popisovaných technologií, tak se obrátí na specializované firmy na zvolenou technologii, aby se vyhnuli pořizování drahých zařízení, které by plně nevyužili a hlavně svou maloobjemovou výrobou nezaplatili. Vodní paprsek a ultrazvuk se aplikují v širším spektru při dělení a obrábění materiálů. Jsou vhodné pro malosériovou i velkosériovou výrobu (dle technologického zařízení). Dochází zde k prodražení výroby z důvodů vyšších požadavků na nástroj a také chemické náchylnosti obráběného materiálu. Oproti laseru a plazmě disponuje ultrazvuk a vodní paprsek velikou výhodou, že při řezání či obrábění nedochází k tepelnému ovlivňování materiálu, proto se tyto metody využívají při technologických aplikacích, kde je vyžadováno zachování vlastností materiálu, Nejméně využívanou metodou je řezání paprskem elektronů, zejména při malosériové výrobě nebo dokonce kusové výrobě, občas se využívá ke svařování či pájení. Malé využití vychází z principu technologie, kdy celý proces řezání musí probíhat ve vakuu, a také z vysokých nákladů na energii, potřebnou k provozu stroje, což je z ekonomického hlediska velice náročné Z hlediska vhodnosti použití jednotlivých metod pro různé typy materiálů (např. oceli, kompozity, hliník, aj.) je použití vyjádřeno v následujícím srovnání. Řezání laserem je vhodné pro menší tloušťky materiálů např. konstrukčních a legovaných ocelí, hliníku, kompozitů. Laserem je vhodné dělit i měkké materiály, např. umělé hmoty, bronzy a mnoho dalších. Plazma je aplikována téměř pro stejné materiály jako laser, ale je možno řezat materiály větších tloušťek. Oproti laseru nelze technologií dělit elektricky nevodivé materiály (jen v případě plazmového hořáku se stabilizací). Technologie vodního paprsku nachází uplatnění při řezání velkých tloušťek materiálů. Metoda je vhodná pro široké spektrum materiálů (např. dřevo, kovy, plasty, keramika, atd.). 37

Řezání, popř. obrábění paprskem elektronů se využívá u těžkoobrobitelných materiálů různých tloušťek s vysokou tvrdostí a pevností (žáropevné a austenitické oceli, titanové a wolframové slitiny, atd.). Technologie není příliš vhodná např. pro mosaz, bronz, zinek a slinované kovy. Poslední z uvedených technologií je řezání ultrazvukem, které je používáno pro tvrdé a křehké kovové, nekovové a kompozitní materiály. Pro plastické, měkké a houževnaté materiály je ultrazvuk nepoužitelný.

38

Seznam použitých zdrojů [1]

ŘASA, Jaroslav; KEREČANINOVÁ, Zuzana. Nekonvenční metody obrábění – 4. díl. MM Průmyslové spektrum [online]. 19. března 2008, 3, strana 80, [cit. 2013 03-25]. Dostupný z WWW: .

[2]

Svařování a pálení [online] Obrázkový archív společnosti ESAB, Dostupné z <www.esab.cz/global/en/news/upload/903122_Laser.jpg>

[3]

Leonardo technology s.r.o.: Umění průmyslového značení [online]. © 2005 2010 [cit. 2010-05-14]. I-Learning LASERY a jejich princip. Dostupné z WWW:.

[4]

Laserová zařízení pro CO2, pevnolátkové a označující lasery [online]. 2013 [cit. 2013-01-02]. Dostupný z WWW:

[5]

Linde Gas a.s.: specialista na technické plyny [online]. Copyright © 2008 Linde Gas a.s [cit. 2012-12-5]. Laserové technologie. Dostupné z WWW: .

[6]

Company | Flow International Corporation [online]. © 2006-2010 [cit. 2012-1205]. Company. Dostupné z WWW:

[7]

BOUDA, Luděk. MM Průmyslové spektrum [online]. 9. července 2008 [cit. 2013- 02-14]. Řezání vodním paprskem. Dostupné z WWW:

[8]

Waterjets.org : the most complete waterjet resource on the web [online]. © 2013 [cit. 2013-02-14]. About waterjets. Dostupné z WWW: http://waterjets.org/index.php?option=com_content&task=category§ionid= 4&id=46&Itemid=53

[9]

BOUDA, Luděk. Řezání vodním paprskem. MM Průmyslové spektrum [online]. 2008, roč. 2008, č. 7 [cit. 2009-04-11]. Dostupný z WWW: . ISSN 12122572.

[10]

BOUDA, Luděk. Řezání vodním paprskem. MM Průmyslové spektrum [online]. 2008, roč. 2008, č. 7 [cit. 2013-03-18]. Dostupný z WWW: . ISSN 12122572. 39

[11]

Accustream Waterjet Pump [online]. © 2013 [cit. 2013-02-14] Dostupný z WWW

[12]

Metal centrum [online], © 2013 [cit. 2013-02-18] Dostupný z WWW:

[13]

Obloukové technologie: Řezání plazmou [online]. c2013 [cit. 2012-012-05]. Dostupný z WWW: .

[14]

ŘASA, Jaroslav, KEREČANINOVÁ, Zuzana. Nekonvenční metody obrábění 8. díl: Obrábění paprskem iontů - plazmatem. MM Průmyslové spektrum [online]. 2012, roč. 2008, č. 10 [cit. 2012-12-05]. Dostupný z WWW: . ISSN 1212-2572.

[15]

MGM s.r.o, Dodavatel pálících strojů Omnicut a Arrow pro ČR [online]. © 2013 [cit. 2013-03-14] Dostupný z WWW http://www.accustream.com/promo/as6075-waterjet-pump.html

[16]

HaWe systems, s.r.o. Dodavatel pálících špičkových řezacích technologií pro tvarové zpracování plochých materiálů [online]. © 2013 [cit. 2013-03-14] Dostupný z WWW

[17]

ŘASA, Jaroslav, KEREČANINOVÁ, Zuzana. Nekonvenční metody obrábění 3. díl: Obrábění ultrazvukem. MM Průmyslové spektrum [online]. 2007, roč. 2007, č. 12 [cit. 2009-04-26]. Dostupný z WWW: . ISSN 1212-2572.

[18]

KOCMAN, Karel, PROKOP, Jaroslav. Technologie obrábění. 2. vyd. Brno: AKADEMICKÉ NAKLADATELSTVÍ CERM, 2005. 272 s. ISBN 80-2143068-0.

[19]

Bullen Ultrasonics, Inc. : Capabilities - Ultrasonic Machining [online]. c2003 [cit. 2009-04-27]. Anglický. Dostupný z WWW: .

[20]

ŘASA, Jaroslav, KEREČANINOVÁ, Zuzana. Nekonvenční metody obrábění 6. díl: Obrábění paprskem elektronů. MM Průmyslové spektrum [online]. 2008, roč. 2008, č. 6 [cit. 2009-04-20]. Dostupný z WWW: . ISSN 1212-2572.

[21]

KOCMAN, Karel, PROKOP, Jaroslav. Technologie obrábění. 2. vyd. Brno: AKADEMICKÉ NAKLADATELSTVÍ CERM, 2005. 272 s. ISBN 80-2143068-0. 40