Мир сварки - Резка лазерная /articles/rezka-lazernaya ru Выбор оборудования для лазерной резки /articles/rezka-lazernaya/5685-vybor-oborudovaniya-dlya-lazernoy-rezki.html <div class="field field-name-field-articles-author field-type-text field-label-inline clearfix"><div class="field-label">Авторы:&nbsp;</div> А.Л. Кудрявцева</div> <div class="field field-name-body field-type-text-with-summary field-label-hidden"><p><i>The article presents the aspects of the choice of machine-tools for the laser cutting and lay-out of workpieces. The modules and systems of this type of equipment are considered from the point of view of their functional and operating parameters.</i><br /><br /><br /> В данной статье мы постараемся рассмотреть различные аспекты выбора станков для лазерной резки и раскроя с точки зрения их функциональных и эксплуатационных параметров. Для этого нам необходимо будет обратиться к модулям и системам станка, которые эти параметры определяют.</p> <p>Часто с точки зрения покупателя, задумавшегося о выборе станка для лазерной резки, оборудование различных производителей – при ощутимой разнице в цене – очень похоже друг на друга. И, наоборот, в силу определенных причин (среди которых стоимость играет немаловажную роль) два станка различных производителей могут создавать иллюзию принадлежности к разным классам, однако более внимательное изучение их устройства и параметров показывает, что это не так.</p> <h4>Источник лазерного излучения – виды, спектр применений, особенности работы</h4> <p>На страницах журнала РИТМ неоднократно освещался вопрос взаимодействия излучения различных типов лазеров (различных длин волн) с обрабатываемым материалом.</p> <p>Следует заметить, что когда мы говорим о материалах, которые возможно обработать с помощью двух или трех типов лазеров, основное отличие состоит в соотношении параметров качества/производительности. В некоторой (часто в весьма значительной) степени, эти различия могут быть преодолены за счет системных решений и подбора технологии. Однако необходимо помнить о принципиальной невозможности взаимодействия определенных лазеров с некоторыми материалами (резка меди при помощи СО<sub>2</sub> практически невозможна, тогда как волоконный лазер не сможет обработать оргстекло или фанеру).</p> <table class="tab2"><tr><th>Тип лазера</th> <th>Nd: YAG</th> <th>Волоконный иттербиевый</th> <th>Slab СО<sub>2</sub></th> </tr><tr><th>Длина волны, мкм</th> <th colspan="2">1,06</th> <th>10,6</th> </tr><tr><td align="left">Сталь (черная и нержавеющая)</td> <td colspan="3">+</td> </tr><tr><td align="left">Алюминий</td> <td colspan="3">+</td> </tr><tr><td align="left">Латунь, медь, серебро</td> <td colspan="2">+</td> <td>—</td> </tr><tr><td align="left">Оргстекло, картон, древесина, стекло</td> <td colspan="2">—</td> <td>+</td> </tr></table><p>Следует заметить, что на сегодняшний день обработка металлов с высоким коэффициентом отражения (медь, серебро) с помощью волоконных лазеров возможна. Однако если на производстве стоит задача среди прочих материалов обрабатывать и медь, следует оговорить этот пункт в техническом задании договора на поставку.</p> <p>Следующим принципиальным отличием этих трех типов лазеров, использующихся для резки, является их производительность, максимальная толщина обрабатываемого материала. Говоря о максимальной толщине и скорости, мы имеем в виду сравнение между источниками максимально доступной мощности каждого типа (т. е. применяющиеся на сегодняшний день для оснащения станков лазерной резки).</p> <table class="tab2"><tr><th> </th> <th>Nd: YAG</th> <th>Волоконный иттербиевый</th> <th>Slab СО<sub>2</sub></th> </tr><tr><td align="left">Максимальная толщина, мм</td> <td>4-5</td> <td>20</td> <td>25</td> </tr><tr><td align="left">Максимальная скорость, м/мин</td> <td>1-3</td> <td>15-18</td> <td>15-18</td> </tr></table><table class="tab2"><caption>Резка стали СтЗ волоконным и СО<sub>2</sub> лазером</caption> <tr><th rowspan="2"> </th> <th colspan="2">Скорость, м/мин<br />Волоконный 1,5 кВт</th> <th rowspan="2">Скорость м/мин<br />Slab СO<sub>2</sub> 2,5кВт</th> </tr><tr><th>Воздух</th> <th>O<sub>2</sub></th> </tr><tr><td>4 мм</td> <td>1,8</td> <td>2,6</td> <td>3,2</td> </tr><tr><td>6 мм</td> <td>0,8</td> <td>1,4</td> <td>2,2</td> </tr></table><h4>Простота обслуживания и ресурс работы</h4> <p>На эти характеристики оказывает влияние специфика устройства лазерного источника и оптической схемы.</p> <p>Среди поставляемых на сегодняшний день станков лазерной резки наиболее просты и удобны с точки зрения эксплуатации и обслуживания установки с волоконными лазерами и линейными двигателями. Они не требуют сложной настройки и регулярного обслуживания в части лазерного источника именно по причине отсутствия расходных компонентов (за исключением защитных стекол и сопел), а оптическая схема не требует регулярной настройки и регулировки (только регулярную очистку). Ресурс работы таких лазеров составляет от 50 000 часов.</p> <p>В случае с СO<sub>2</sub> лазерами за счет особенностей устройства оптической системы необходимо проводить ее настройку и юстировку. Это действие не представляет никакой сложности, инструктаж происходит в рамках пуско-наладки и обучения специалистов заказчика. Ресурс работы таких лазеров составляет примерно 20 000 часов, но в отличие от предыдущего, Slab СO<sub>2</sub> возможно восстановить до полной мощности.</p> <p>Для Nd:YAG лазеров требуется периодическая смена запчастей (основной расходный компонент – лампы накачки, ресурс – 250-500 часов). Однако важным аргументом в их пользу является тот факт, что их стоимость (и соответственно стоимость станка) на порядок меньше, чем волоконного иттербиевого или Slab СO<sub>2</sub> лазера при одинаковой максимальной толщине обрабатываемого материала.</p> <h4>Кинематическая система</h4> <p>Немногим более 7 лет назад для лазерного машиностроения был актуален вопрос ограничения производительности и точности обработки станка характеристиками кинематической системы. Активно применявшиеся и хорошо отработанные на тот момент системы на приводах типа ШВП позволяли и позволяют успешно решать вопрос обработки заготовок небольших размеров (например, 400-500 мм), однако их точность и скорость заметно ограничены. Таким образом, получалось, что запас мощности лазера невозможно было использовать именно из-за кинематической системы.</p> <p>Ситуация принципиально изменилась, когда производители лазерного оборудования стали серийно оснащать станки приводами на основе линейных синхронных двигателей, которые реализуют прямой привод без преобразования видов движения.</p> <p>Их использование дает огромный запас по скорости хода, и на сегодняшний день уже не кинематика ограничивает лазер, а наоборот, именно мощность лазера ограничивает реальную производительность.</p> <p>При этом современные привода на ШВП действительно способны достигать достаточно высоких рабочих скоростей, сравнимых с рабочими скоростями приводов на ЛД. Однако скорость холостого хода, которая у приводов на линейных двигателях может равняться 50 м/мин, является недостижимой для ШВП.</p> <p>Кроме того, за счет особенностей устройства линейный двигатель не требует практически никакого обслуживания, и у него отсутствуют расходные компоненты. В силу отсутствия соприкасающихся частей, износ всех компонентов также минимален. В случае же с ШВП, как и везде, где мы имеем дело с преобразованием видов движения, активной работой соприкасающихся частей – встает вопрос об износе, появлении люфтов, падении точности, не говоря уже о существенно более высоком энергопотреблении.</p> <p>Таким образом, ШВП, хотя успешно обеспечивают решение ряда задач, не могут конкурировать с приводами на линейных двигателях, когда речь идет о широкоформатной резке.</p> <p>На сегодняшний день среди российских производителей станки с кинематическими системами на линейных двигателях серийно изготавливают «ЭСТО-Лазеры и аппаратура» (г. Зеленоград) и ВНИТЭП (г. Дубна), причем первые применяют двигатели собственного изготовления. Иностранные производители также чаще всего используют именно такой тип приводов.</p> <h4>Система подготовки и подачи газов в зону обработки</h4> <p>Технологические газы в процессе обработки выполняют две важные функции: защита оптики и удаление продуктов горения. Последнее оказывает непосредственное влияние на качество и скорость обработки.</p> <p>Правильный подбор типа газа, его качества и параметров продувки при различных методах обработки (как резки, так и сварки) оказывает принципиальное воздействие на результат. Увеличение влажности, наличие углеводородных соединений, содержания пыли и т. п. может приводить к повреждению оптики, рассеиванию излучения и общему снижению эффективности работы. По этой причине чрезвычайно важны параметры пневматической системы, а также качество используемых газов.</p> <p>При резке в зависимости от используемого материала, то есть физического процесса резки и особенностей взаимодействия материала и газа, могут использоваться: воздух, кислород, азот, аргон.</p> <p>Большинство задач может быть решено при продувке воздухом давлением до 15 атм. (без масла, не хуже 2 класса загрязненности по ГОСТ 17433-80). Эти условия, как правило, диктуют необходимость включения в комплект поставки компрессора.</p> <p>В случае, когда в соответствии с требованиями по качеству необходимо осуществлять продувку кислородом, чистота газа окажет наиболее существенное влияние. В целом продувка кислородом позволяет поднять скорость резки до 20% в зависимости от толщины материала. Кроме того, продувка кислородом позволяет уменьшить зону термического воздействия (хотя, безусловно, она в любом случае будет мала при применении технологии лазерной резки). Рекомендуемая чистота кислорода, используемого для лазерной резки – 99,95%.</p> <p>Один из эффектов применения азота – поверхность, свободная от оксидов. При этом очевидно – примеси кислорода могут свести «на нет» эту особенность инертного газа.</p> <p>При резке таких материалов, как титан, тантал, магнезий, в случаях, когда последующая обработка деталей не предусмотрена, чаще всего используется аргон, поскольку эти материалы активно взаимодействуют с азотом и кислородом.</p> <h4>Лазерная и экологическая безопасность</h4> <p>При работе с мощными лазерами необходимо также уделить особое внимание устройствам и особенностям конструкции, обеспечивающим безопасность. При наличии защитной камеры с системой блокировок обеспечиваются условия работы оператора по I классу лазерной безопасности (допускается работа без средств защиты глаз}.</p> <p>При отсутствии защитной камеры такие станки относятся к IV классу безопасности. Работа, при включенном лазерном излучателе, разрешается только в защитных очках.</p> <p>При этом некоторые производители всегда включают камеру в стандартный комплект и попросту не поставляют установки без них, другие оставляют возможность заказчику решить – включать в комплект поставки защитную камеру или нет. Ряд производителей, для удешевления станка, поставляет камеру только в качестве дополнительной опции.</p> <p>Что касается экологической безопасности, при работе собственно самого станка для лазерной резки не выделяется и не выбрасывается в воду, атмосферу, вентиляцию или в рабочую зону каких-либо вредных веществ, газов, аэрозолей, дымов и т.д., превышающих допустимые уровни ПДК. Образующиеся при резке черных и цветных металлов дымы и аэрозоли могут удаляться через стандартные системы промышленной вентиляции.</p> <p>Вопросы контроля и удаления вредных веществ, образующихся при резке на машине некоторых видов конкретных материалов могут быть решены как силами Заказчика, так и за счет включения в комплект поставки фильтро-вентиляционной системы.</p> <h4>Особенности конструкции</h4> <p>Все установки лазерной резки, вне зависимости от того, каким типом лазера или кинематической системы они оснащены, достаточно компактны. Различия могут состоять в весе конструкции и, соответственно, требованиях к размещению.</p> <p>Производители по-разному решают этот вопрос; в ряде случаев речь идет о конструкции большого веса, порядка 10 тонн при столе 3×1,5 метра. Здесь устойчивость и жесткость конструкции, необходимая для достижений параметров, обеспечивается именно за счет веса. Однако возможны и другие варианты, как, например, решение, используемое «ЭСТО-Лазеры и аппаратура» – когда вес станка существенно снижается (до 3 тонн), и устойчивость конструкции обеспечивается за счет оригинальных конструкторских решений.</p> <p>Важная характеристика – предусматривает ли конструкция оснащение станка дополнительными опциями, устройствами и системами, возможно ли расширение функций за счет увеличения числа модулей или модернизации (например, замена одного источника на другой, или оснащение вторым, дополнительным).</p> <p>Кроме того, конструкция может предусматривать установку различных дополнительных устройств для увеличения производительности: сменными паллетами за счет экономии времени на погрузке-разгрузке и т. п. Однако это относится далеко не ко всем станкам.</p> <h4>Сервис</h4> <p>Очевидно, что при эксплуатации даже такого надежного оборудования, как современные установки для лазерной резки, рано или поздно может возникнуть вопрос о послегарантийном обслуживании, ремонте, замене каких-то компонентов и т. п.</p> <p>В случае приобретения станка как российского, так и иностранного производства, следует обратить особенное внимание на наличие и развитость сервисной службы производителя. Экономия на покупке за счет выбора станка фирмы-производителя, не слишком активно представленного в России, или производителя, поставляющего оборудование достаточно редко (с неизбежным применением большого числа импортных комплектующих), может негативно сказаться впоследствии. Проблема может возникнуть не столько в выезде квалифицированного специалиста, сколько в поставке нужной запчасти (когда речь идет не о стандартном расходнике, а о модуле станка, который нужно продиагностировать, либо выслать на замену новый).</p> <p>Поэтому при выборе станка необходимо учитывать и гео¬графическую близость поставщика (производителя), и объем его производства – в этом смысле с учетом стоимости станков для лазерной резки показателем может являться поставка станков такого типа числом не менее 10 единиц в год.</p> <p>Кроме указанных параметров станки для лазерной резки могут быть оснащены большим числом устройств, однако принципиальное влияние на возможности и функции станка, удобство и затраты на его эксплуатацию оказывают именно приведенные выше.</p> </div> <div class="field field-name-field-articles-cat field-type-taxonomy-term-reference field-label-inline clearfix"><div class="field-label">Категория:&nbsp;</div> <a href="/articles/rezka-lazernaya" typeof="skos:Concept" property="rdfs:label skos:prefLabel" datatype="">Резка лазерная</a></div> Mon, 27 Jul 2015 20:57:33 +0000 Nikolai 5685 at http://weldworld.ru /articles/rezka-lazernaya/5685-vybor-oborudovaniya-dlya-lazernoy-rezki.html#comments