Existuje mnoho různých způsobů, jak řezat kov pomocí tepelných řezacích procesů. My se zaměříme na tři hlavní procesy, kterými jsou laser, autogen a plazma. Každý z těchto procesů je vhodný pro jiné potřeby řezání.
AUTOGEN využívá chemickou (exotermickou) reakci mezi kyslíkem a železem, ke které dochází u uhlíkové oceli. Tato reakce způsobuje tavení materiálu. Autogen se používá pouze k řezání uhlíkové oceli (železného kovu) a zpravidla se používá pro řezání velmi tlustých desek (větších než 50 mm).
PLAZMA spojuje elektrickou energii s plynem, aby vytvořila vysokoteplotní, ionizovaný plyn, který prořeže jakýkoli elektricky vodivý materiál. Plazma je výborná pro železné i neželezné kovy, které jsou v libovolném stavu (zkorodované, lakované, mřížkované) a mají tloušťku od 5 do 50 mm.
LASER využívá vysoce výkonný laser k zahřátí, roztavení a částečnému odpaření materiálu. Laser je vhodný pro všechny typy kovů, které ale musejí být v dobrém stavu (bez koroze). Laser se zpravidla používá pro velmi tenké desky (tenčí než 6 mm), přestože dokáže řezat tloušťky až 25 mm.
Kvalita řezu
V závislosti na následném zpracovávání řezaných součástí může kvalita řezu hrát větší nebo menší roli. Co se bude dít se součástí po uřezání? Musí být připravena ke svařování? Je třeba zvážit následující aspekty kvality řezu.
Ostrohrannost:
Výsledkem každého procesu je odlišná ostrohrannost řezu. Tento aspekt se měří pohledem na odchylky hran, nebo jak velký je úhel odchýlení od rovné hrany. Laser zpravidla zajistí nejmenší odchylku hran nebo úhel odchýlení; autogen naopak největší. Plazma je někde uprostřed. Mezinárodní normalizační instituce sestavila soubor norem pomáhajících měřit odchylku hran pod názvem ISO-9013.
Řezná spára:
Řezná spára je šířka materiálu, který je odstraněn během procesu. U laseru se šířka řezné spáry pohybuje mezi 0,1524–0,508 mm, v závislosti na tloušťce desky. Nezapomeňte, že když je řezná spára velmi malá, je širší v horní části řezu.
Pro srovnání, řezná spára při použití plazmy může být v rozsahu 1,346–8,636 mm, v závislosti na tloušťce desky. U autogenu je řezná spára největší.
Metalurgické změny na povrchu řezu:
Všechny tři procesy produkují tepelně ovlivněnou zónu na hraně řezu. U laseru je její hloubka nejmenší (0,1016–0,2032 mm), u autogenu největší a plazma je někde uprostřed. U laseru i plazmy úrovně pronikavosti určitým způsobem závisí na použitých plynech.
Otřepy:
U všech tří procesů vzniká určité množství otřepů nebo strusky. Autogen jich produkuje nejvíce, a protože je ze všech tří procesů nejpomalejší, často se obtížně odstraňují. Při tvorbě otřepů dochází k jejich tavení a opakovanému tuhnutí, přičemž se přivařují ke kovu. Nejsnadněji se přichycují k horkým povrchům, což znamená procesy s největší tepelně ovlivněnou zónou, jako je řezání autogenem, kdy vzniká nejvíce otřepů a strusky. Laser i plazma nabízejí do určitých tlouštěk řezání prakticky bez otřepů. U plazmy lze otřepy většinou dobře odstranit. A to především proto, že otřepů vzniká méně, a protože plazma produkuje užší tepelně ovlivněnou zónu s méně horkým povrchem, ke kterému se otřepy tolik nepřichycují.
Tolerance:
Tolerance velmi závisí na přesnosti řezacího stroje. Kromě řezacího stroje existuje i spousta dalších proměnných faktorů (dovednost operátora, tloušťka desky, rychlost, výška hořáku), které ovlivňují toleranci. Hodnoty uvedené níže jsou spíše orientační, skutečné hodnoty se mohou lišit.
Obecně vzato, laser produkuje tolerance v rozmezí cca 0,0762–0,254 mm. Tolerance plazmy jsou v rozmezí 0,254–0,762 mm a autogenu v rozmezí 0,508–1,524 mm.
Produktivita:
Další oblastí, kterou je třeba posoudit, je produktivita. Jedním důležitým faktorem, který ovlivňuje počet vyrobených součástí, je rychlost. Nicméně je třeba zvážit i mnoho dalších faktorů, např.: čas strávený čekáním na předehřátí, zpoždění spojená s děrováním, potřebné druhotné operace a další, mezi které patří automatizované funkce jako CNC řízení a řízení výšky hořáku.
Tabulka
Popis k tabulce:
Uvedené rychlosti platí pro optimální kvalitu u všech tří procesů.
Dalším způsobem srovnání těchto tří procesů je vypočítat, kolik součástí může každý proces vyrobit. Podle rychlostí lze snadno vypočítat počet součástí vyrobených za hodinu.
| Rychlost řezání mm/min. | Minuty | Lineární délka řezu mm/hod. | Počet součástí/hod. (m vydělené velikosti součásti) | |
| Autogen | 508 | x 60 = | 30 480 | 25 |
| Jednoplynná plazma | 1 447 | x 60 = | 86 820 | 72 |
| Plazma HyDefinition | 4 430 | x 60 = | 265 800 | 222 |
| Laser | 1 905 | x 60 = | 114 300 | 95 |
Popis k tabulce: Rychlosti uvedené výrobcem
Jak vidíte v tabulce, plazma HyDefinition produkuje nejvyšší počet součástí za hodinu, a to 222. Laser je druhým nejrychlejším procesem s produkcí 95 součástí; jednoplynná plazma uřeže 72 součástí a autogen je nejméně produktivní s 25 součástmi.
Produktivitu ale ovlivňují i další faktory. Uvedený příklad nebere v úvahu žádná zpoždění způsobená předehříváním nebo děrováním, která jsou běžná u autogenu. Tímto se dále sníží počet součástí vyprodukovaných při autogenním řezání. Laser má rovněž zpoždění způsobené děrováním, to je ale kratší než u autogenu. Proces děrování je ze všech tří procesů nejkratší u plazmy.
Všechny tři procesy používají určitý způsob regulace automatického průtoku plynu. Tímto nedochází k odlišnostem, které jsou běžné u různých operátorů, kteří se snaží seřizovat průtok plynu pro každý proces.
Provozní náklady
Celkové provozní náklady tepelně řezacího stroje ovlivňuje celá řada faktorů:
• Spotřební díly, které představují největší podíl provozních nákladů u plazmových systémů. Velký význam zde má životnost spotřebních dílů, protože pokud je delší, nemusíte kupovat tolik spotřebních dílů, čímž se sníží vaše provozní náklady.
• Elektrická energie, která je zanedbatelná u autogenu, u plazmy představuje malé výdaje a u laseru větší výdaje.
• Plyn, který představuje největší výdaj spojený s laserem vzhledem k vysokým průtokovým rychlostem, zejména při použití dusíku jako pomocného plynu.
• Náhradní díly – ty je třeba zvažovat zejména u laseru. Položky jako jsou čočky a zrcadla se sice nevyměňují často, pokud ale potřeba výměny nastane, může to být velmi nákladná záležitost, a to z hlediska nákupních výdajů i prostojů při jejich výměně. Proto byste do denních provozních nákladů měli zahrnout i tyto výdaje.
Kromě těchto výdajů by se mělo zvážit i množství nezbytných druhotných operací.
Zatímco provozní náklady na autogen se zdají být docela nízké, nezapomeňte na náklady na hodinu. Skutečné náklady, které musíte zvažovat, jsou náklady na součást. Proč je nejlepší použít tento údaj? Pokud něco stojí 20 eur na hodinu, ale vyrobíte pouze 2 součásti, není to tak efektivní jako něco, co stojí 20 eur na hodinu a vyrobíte 100 součástí.
Ziskovost
Chcete-li mít jistotu, zda se vyplatí investovat do některého z těchto systémů, stačí vypočítat, jak ziskový každý systém je, a porovnat tento údaj s celkovou nákupní cenou. Jako příklad uvedeme zisk 1 euro na součást, potom dobře uvidíte, kolik součástí za daný čas je potřeba vyrobit. Více součástí znamená větší zisky, a tím i rychlejší návratnost investice. Vezměme si tři příklady:
Autogen = 25 součástí neboli zisk 25 eur za hodinu. Vynásobíme 8 hodinami a výsledkem je zisk 200 eur za den.
Plazma vyprodukuje 222 součástí neboli zisk 222 eur za hodinu. Vynásobíme 8 hodinami a výsledkem je zisk 1 776 eur za den.
Plazma vyprodukuje 95 součástí neboli zisk 95 eur za hodinu. Vynásobíme 8 hodinami a výsledkem je zisk 760 eur za den.
Za jak dlouho se vrátí investiční náklady?
Investiční náklady vydělte denním ziskem a získáte dobu návratnosti investice. Pro zjednodušení výpočtu předpokládáme, že kvalita řezu je přijatelná u všech tří řezacích procesů, bez potřeby druhotných operací.
AUTOGEN: 250 dnů k návratnosti investice; potom zisk 200 eur na den.
LASER: 395 dnů k návratnosti investice; potom zisk 760 eur na den.
PLAZMA: 56 dnů k návratnosti investice; potom zisk 1776 eur na den.
Flexibilita
Poslední věc, kterou byste měli zvážit, je flexibilita těchto řezacích systémů. Pro někoho může být výhodou schopnost řezání malých i velkých tlouštěk. Pokud je kov zkorodovaný nebo lakovaný, bude to problém pro laser. Naopak autogen i plazma si hladce poradí.
Pokud požadujete značkování, plazma a laser umí řezat i značkovat, často se stejnými spotřebními díly, což dále šetří čas.
Shrnutí
Laser se často používá při řezání tenkých desek (méně než 6 mm) a při potřebě malých tolerancí. Investiční a provozní náklady jsou vysoké.
Autogen se používá hlavně pro řezání tlusté uhlíkové oceli (větší než 50 mm), bez požadavku na kvalitu řezu. Přestože má autogen nejnižší investiční a provozní náklady, náklady na součást jsou vyšší vzhledem k pomalým rychlostem řezání a nižší kvalitě, která často vyžaduje opravné práce.
Plazma představuje dobrou vyváženost s ohledem na investiční náklady, kvalitu řezu, produktivitu a provozní náklady. Vyznačuje se velkým rozmezím šířek, materiálovou flexibilitou a nabízí nejvyšší rychlosti řezání.