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 silných desek (více 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 následujících technologických procesech řezaných součástí může kvalita řezu hrát větší nebo menší roli. Jaký bude následující postup zpracování řezaných součástí? Musí být připraveny například ke svařování? Je třeba zvážit následující aspekty kvality řezu.
Ostrohrannost
Výsledkem každého procesu je odlišná ostrohrannost řezu. Laser zpravidla zajistí nejmenší odchylku hran nebo úhel odchýlení; autogen naopak největší. Plazma je někde uprostřed. Mezinárodní normalizační institut sestavil 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 proto, že 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 proto, že plazma produkuje užší tepelně ovlivněnou zónu s méně horkým povrchem, ke kterému se otřepy tolik nepřichycují.
Tolerance
Tolerance velmi závisí na přesnosti řezacího stroje, proto se spíše informujte u výrobce vašeho stroje. Zde najdete spíše obecné pokyny. 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 0,0762-0,254 mm. Tolerance plazmy jsou v rozmezí 0,254-0,762 mm a autogenu mezi 0,508-1,524 mm.
Produktivita
Další oblastí, kterou je třeba posoudit, je produktivita. Jedním z důležitých faktorů, které ovlivňují 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 veškeré další „zesilovače“ produktivity, mezi které patří automatizované funkce jako CNC řízení a řízení výšky hořáku.
Provozní náklady
Celkové provozní náklady tepelně řezacího stroje ovlivňuje celá řada faktorů:
· spotřební díly, které představují největší podíl provozních nákladů u plazmových systémů
· elektrická energie, která je zanedbatelná u autogenu, u plazmy představuje malé výdaje a u laseru jsou již výdaje vyšš
· plyn 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. Součásti 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
Flexibilita
Poslední věc, kterou byste měli zvážit, je flexibilita těchto řezacích systémů.Výhodou může být 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.
Který proces je nejlepší?
Doufáme, že odpověď „to záleží na okolnostech“ je pro vás již přijatelná, protože to skutečně závisí na specifických potřebách řezání. 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 silné 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 dokončovací práce. Plazma představuje kompromis s ohledem na investiční náklady, kvalitu řezu, produktivitu a provozní náklady. Vyznačuje se velkým rozmezím řezaných tlouštěk, materiálovou flexibilitou a nabízí nejvyšší rychlosti řezání.