EN
Преопределивање на ефикасноста во металната обработка
Ефикасноста во сечењето на метали не е само брзина на сечење. лазерна машина за резање на метал еден процес постигнува вистинска ефикасност кога три метрики ќе се совпаднат: висока производствена моќност (број на произведени делови по смена), високо искористување на материјалот (број на продавли делови по лист) и ниска потреба од понатамошна обработка (делови кои не бараат второстепени операции пред варење или монтажа). Една машина што сече со 40 метри во минута, но остава рашпи на краевите што бараат 10 минути лачење по дел, е помалку ефикасна од машина што сече со 20 метри во минута и произведува делови со рабови спремни за варење.
Машината за резање со влакнест ласер ги променила стандардите за ефикасност откако била воведена во индустријата. Додека системите со CO₂ ласер претворале 10–15% од влезната електрична моќност во енергија за резање, влакнестите извори постигнуваат ефикасност на претворање од 30–40%. Разликата значи дека влакнест ласер со моќност од 3 kW потрошува приближно 8–10 kW електрична моќност, споредено со 20–30 kW за систем со CO₂ со еквивалентен излез. За 4.000 годишни работни часови и цена од 0,10 $/kWh, влакнестата система штеди само за електрична енергија 4.000–8.000 $.
Доставувач на компоненти за бродоградилишта, кој обработува челични плочи со дебелина од 6–12 mm за усилувачи на прегради, го заменил масата за резање со плазма со влакнеста ласерска машина за резање модел 3015. Плазмената машина произведувала делови кои барале полнење на рабовите пред заварување поради наклонот на рабовите и остатоците од топење. Квадратните, слободни од остатоци рабови добиени со влакнест ласер ги елиминирале потребата од полнење целосно, намалувајќи го вкупното време за обработка — резање плюс второстепени операции — за приближно 35%, иако брзината на резање на материјал со дебелина од 12 mm била слична.
Оптимизација на брзината според материјалот и дебелината
Односот пробивање-сечење
Секој лазерна машина за резање на метал операцијата започнува со пробивање — ласерот останува во една точка за да пробие низ материјалот пред да започне патеката на сечење. Времето за пробивање варира од 0,5 секунди за благ челик со дебелина од 1 мм до 8–12 секунди за материјал со дебелина од 16 мм. Пробивањето потрошувачки гас за помош и време на ласерот без производење должина на сечење, па затоа претставува фаза која го намалува општото ефикасност на ласерската обработка.
Дел со 20 точки за пробивање на благ челик со дебелина од 6 мм, каде што секое пробивање трае 1,5 секунди, потрошувачки 30 секунди неактивно време. Ако вкупната патека на сечење изнесува 3 метри со брзина од 2,5 м/мин (72 секунди сечење), времето за пробивање претставува 29% од вкупниот циклус. Намалувањето на бројот на пробивања преку оптимизирано распоредување — каде повеќе делови споделуваат заедничка линија на сечење — директно ја подобрува продуктивноста без менување на параметрите за сечење.
Пробивање со импулси, каде што ласерот испраќа енергија во импулси од милисекунди наместо непрекинато, го намалува времето на пробивање на дебели материјали за 30–50% споредено со непрекинатото пробивање. Импулсниот метод создава по потесна почетна дупка, што овозможува побрзо проникнување на кислородниот струј на резење и порано започнување на егзотермната реакција во циклусот на пробивање.
Брзина на резење според материјалот
Мек челик со кислород како помошен гас при моќност од 3 kW: 1 mm на 10–12 м/мин, 3 mm на 3–4 м/мин, 6 mm на 1,8–2,2 м/мин, 10 mm на 0,9–1,2 м/мин, 16 mm на 0,6–0,8 м/мин. Експоненцијалното намалување на брзината со зголемување на дебелината значи дека производителите кои главно обработуваат дебели плочи треба да размислат за системи со повисока моќност — ласер со моќност од 6 kW реже 16 mm на 1,2–1,6 м/мин, што е приближно двојно побрзо од брзината на ласерот од 3 kW за истата дебелина.
Нерѓослива челик со азот како помошен гас на 3 кВт: 1 мм на 8–10 м/мин, 3 мм на 2,5–3,5 м/мин, 6 мм на 1,2–1,6 м/мин, 8 мм на 0,7–0,9 м/мин. Азотот како помошен гас овозможува поспоро резање отколку кислородот на јаглероден челик, бидејќи нема егзотермна реакција која допринасува енергија — резањето се базира целосно на ласерската моќ за стопување на материјалот, додека азотот само механички го отстранува стопениот материјал.
Нестинг и искористување на материјалот
Алгоритамска оптимизација
Рачниот нестинг — кога операторот распоредува форми на деловите врз листот според видокрако — постигнува искористување на материјалот од 60–70%. Автоматизираниот софтвер за нестинг со алгоритамска оптимизација процесира и проценува илјади различни распореди за неколку секунди и постигнува искористување од 75–85%. Разликата од 15 процентни точки кај фабрика која обработува 200 тони челик месечно по цена од 800 долари по тонa претставува приближно 24.000 долари месечно штедување во трошоците за материјал.
Оптимизацијата ги зема предвид ограничувањата за ориентација на деловите, барањата за насока на зрната, можностите за резење по заедничка линија и управувањето со топлина. Деловите со долги прави рабови имаат предност од резењето по заедничка линија, каде што соседните делови споделуваат линија за резење, што го намалува вкупниот резултантен рез и елиминира скелетниот материјал помеѓу деловите.
Управување со скелет
Остатокот од листот по отстранување на деловите — скелетот — претставува загуба на искористеност на материјалот која не може целосно да се елиминира со никаква оптимизација на распоредувањето. Тежината на скелетот чини 15–25% од оригиналната тежина на листот кај добро оптимизирани распореди. Производителите го враќаат вредноста на скелетот преку рециклирање на метален отпад, но разликата помеѓу куповната и продажната цена — продавање на отпадот на 40–60% од оригиналната цена на материјалот — значи дека секој процент на подобрување на искористеноста директно влијае врз маржината на материјалните трошоци.
Дизајнот на деловите за поефикасно распоредување — избегнување на непотребни избочини, стандардизација на ориентацијата на деловите, групирање на делови со слична дебелина — дава подобрувања кои нема софтверска пост-обработка што може да ги постигне. Прегледот на дизајнот за производство пред распоредувањето е најефикасната активност за постигнување ефикасност во употребата на материјал.
Често поставувани прашања
Колку побрзо е исечувањето со влакнест ласер во споредба со плазмата на тенки метали?
Влакнестите ласери секат благ челик со дебелина од 1–3 мм 3–5 пати побрзо од плазмата, со значително подобра квалитет на ивиците. На материјал со дебелина од 6–12 мм, предноста во брзината се намалува на 1,5–2 пати. На материјал со дебелина над 20 мм, брзината на плазменото исечување често надминува брзината на влакнестите ласери поради поголемата ефикасност на пренос на енергија на плазмениот лак врз дебелите делови.
Што го определува максималната брзина на исечување на машина со влакнест ласер?
Ласерската моќ е првостепена — брзината приближно линеарно расте со моќта сè додека не се достигне границата на топлинската проводливост на материјалот. Типот и притисокот на помошниот гас влијаат врз брзината на испуштање на стопената маса. Состојбата на површината на материјалот влијае врз апсорпцијата на ласерскиот зрак. Ласерските машини за резање со ЧПУ од Раеман имаат библиотеки со параметри кои ги оптимизираат брзините за често користени типови материјали.
Како материјалната искористеност влијае врз вкупната цена на резањето?
Цената на материјалот претставува 60–75% од вкупната цена на делото кај типичната изработка на лимени плочи — трудот, амортизацијата на машината и потрошувачките материјали составуваат остатокот. Подобрување на искористеноста за 10% го намалува потрошувачкиот материјал за приближно 13% во однос на претходната основа, што прави оптимизацијата на поставувањето на деловите на лимената плоча најефикасен начин за подобрување на рентабилноста.
Кои се цените на потрошувачките материјали за резање на метали со фибер ласер?
Помошен гас (кислород/азот) претставува најголемиот потрошувачки материјал со 3–8 на час, во зависност од дебелината и типот на гас. Заштитните леќи струваат 20–50 и се заменуваат секои 200–500 часа. Соплата, кои струваат 10–30, траат 500–1.000 часа. Вкупната цена на потрошувачките материјали просечно изнесува 5–12 по работен час.
Како сложеноста на деловите влијае врз ефикасноста на ласерското сечење?
Секое дополнително пробивање додава време кога не се врши сечење. Комплексните делови со многу внатрешни карактеристики (дупки, процепи) зафаќаат пропорционално повеќе време за пробивање отколку едноставните делови што се сечат само по периметарот. Нестингот на комплексни делови заедно со поедноставни на ист лист ги балансира соодносот помеѓу времето за пробивање и времето за сечење низ целиот производствен циклус.
Која е точката на вратен инвестиционен капитал при ажурирање на ласерската моќност?
Ажурирањето од 3 kW на 6 kW обично го двојно зголемува брзината на сечење за материјали со дебелина поголема од 8 мм. За фабрикантите што обработуваат повеќе од 30% материјал со дебелина поголема од 6 мм, со најмалку 2.000 годишни работни часови, подобрувањето на капацитетот обично го враќа трошокот за ажурирање на моќноста во рок од 18–24 месеци.