Opublikowano: 24 maja 2013

Nowoczesne źródła generowania wiązki laserowej umożliwiają szybkie cięcie laserowe, w zależności od grubości materiału i mocy wyjściowej lasera. Szczególnie lasery, których ośrodkiem czynnym są ciała stałe - jak lasery włóknowe lub dyskowe - w porównaniu z laserami CO2, zapewniają znacznie wyższe szybkości cięcia przy takiej samej mocy wyjściowej lasera. Głównymi powodami tego są: mniejsze ogniskowanie wiązki laserowej i lepsza absorpcja promieniowania laserowego na powierzchni obrabianych metali. Korzyści te umożliwiają redukcję mocy lasera albo zwiększenie wydajności obrabiarki laserowej.

Frederik Klenke, Jan Hauptmann

Na rysunku 1 przedstawiono typowe zależności prędkości cięcia od grubości materiału obrabianego elementu i mocy wyjściowej lasera. Już przy małej mocy wyjściowej lasera typowe prędkości cięcia są znacznie wyższe wobec mniejszych grubości materiału. W obrabiarkach laserowych średnia prędkość obróbki, a zatem również i czas obróbki, w znacznym stopniu zależy od złożoności obrabianego elementu i własności dynamicznych napędu obrabiarki.


Rys. 1  Prędkość obróbki w zależności od grubości materiału i mocy wyjściowej lasera

Rysunek 2 przedstawia przykładowy kontur z wielokierunkowym cięciem na całej długości ścieżki. Na rysunku 3 pokazany jest przebieg prędkości w zależności od ścieżki dla konwencjonalnej obrabiarki o przyśpieszeniu maksymalnym amax = 17 m/s2 i zrywie jmax = 600  m/s3. W trakcie pracy napędy są często wielokrotnie, naprzemiennie eksploatowane w trybie przyśpieszenia lub hamowania. Z tego względu prędkość maksymalna najczęściej jest niższa, niż prędkość graniczna (prędkość projektowana 52 m/min). Średnia prędkość stanowi jedynie 17% granicznej prędkośći technologicznej. W przypadku układu cięcia o znacznie zwiększonych własnościach dynamicznych (amax = 30 m/s2, jmax = 3000 m/s3), jak to przedstawiono na rysunku 4, średnią predkość obróbki można zwiększyć o 66%. Dzięki czemu czas obróbki zostanie skrócony o 40%. 

Rozwiązania dla wysokodynamicznych wycinarek laserowych
W celu przekształcenia wydajności cięcia nowoczesnych źródeł laserowych na tnący kontur, obrabiarkę można wyposażyć w narzędzie - HDFC6060 (High Dynamic Form Cutter – rys. 5). Zostało ono opracowane dla wysokowydajnego i dokładnego cięcia w przestrzeni roboczej o wymiarach x/y 60 x 60 mm2. Charakterystykę urządzenia podano w tabeli 1. Wysokie własności dynamiczne są uzyskiwane dzięki wdrożeniu innowacyjnego mechanizmu o kinematyce równoległej x/y, a redukcję przenoszonych mas umożliwia zastosowanie projektu o lekkiej konstrukcji i liniowych napędów. Pod względem dokładności mechanizm o kinetyce równoległej zapewnia takie same właściwości w trakcie przenoszenia mas, jak i takie same właściwości dynamiczne w kierunku x i y.

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 5 (68) maj 2013

Opublikowano: 24 maja 2013

Współcześnie stosowane w technice materiały konstrukcyjne, posiadają coraz lepsze właściwości, takie jak np. wytrzymałość mechaniczna, twardość, odporność na ścieranie, odporność na korozję, żaroodporność i żarowytrzymałość. Te ich zalety umożliwiają wytwarzanie wysokiej jakości części maszyn i innych wyrobów, ale jednocześnie powodują, że materiały te  zwykle bardzo trudno poddają się obróbce wiórowej.

Kazimierz Czechowski, Jerzy Stós, Iwona Wronska

Do materiałów trudnych do obróbki wiórowej należą m.in. stale stopowe i narzędziowe ulepszone cieplnie, stale nierdzewne austenityczne i austenityczno-ferrytyczne (typu duplex), żeliwa zabielone, sferoidalne hartowane izotermiczne i stopowe, superstopy żaroodporne na bazie niklu i kobaltu, tytan i jego stopy, kompozyty aluminiowe z cząstkami węglika krzemu, a także węgliki spiekane. Zagadnienia obróbki wiórowej materiałów trudnoobrabialnych, przedstawione w cyklu artykułów [1-3], obejmującym skrawanie na sucho stali i żeliw w stanie twardym, kontynuujemy w tym artykule w zakresie trudnej obróbki wiórowej materiałów żaroodpornych i żarowytrzymałych; przy czym omawiana obróbka stali, żeliw i nadstopów o tych właściwościach zwykle wymaga stosowania chłodziwa, nierzadko intensywnie podawanego. 

W normie PN-EN 10095:2002 zamieszczono składy chemiczne i właściwości stali i stopów niklu żaroodpornych, a z kolei w normie PN-EN 10302:2009 podano ww. dane dla stali oraz stopów niklu i kobaltu żarowytrzymałych. Należy dodać, że nie ma jednoznacznych kryteriów podziału stopów na żaroodporne i żarowytrzymałe (na co w literaturze. [4] zwrócił uwagę L.A. Dobrzański), co powoduje, że stopy o podobnym składzie chemicznym zaliczane są do jednej lub drugiej grupy. 

Rys. 1  Orientacyjny rozkład temperatury w ostrzu skrawającym, wiórze i przedmiocie obrabianym podczas toczenia stali z głębokością skrawania ap = 0,32 mm  [4] 

Żaroodporność (zwana też dawniej żarotrwałością) jest to odporność materiału na utleniające i korodujące działanie czynników chemicznych, przede wszystkim gazów, w wysokich temperaturach (powyżej 500 °C); w atmosferach utleniających określana może być szybkością narastania na powierzchni metalu cienkiej warstwy tlenków (Cr2O3, Al2O3, SiO2) chroniącej metal przed dalszym utlenianiem (hamującej dyfuzję). Chrom jest podstawowym pierwiastkiem zwiększającym żaroodporność. Dodatek ok. 5% Cr zapewnia żaroodporność w temperaturze do ok. 650 °C; zwiększenie stężenia chromu do ok. 30% powoduje wzrost żaroodporności do ok. 1100 °C. Żaroodporne stale, staliwa, żeliwa i stopy niklu stosowane są w budowie m.in. kotłów grzewczych, pieców przemysłowych i aparatury chemicznej. Z kolei żarowytrzymałość to cecha materiałów oznaczająca ich odporność na odkształcenia pod długotrwałym obciążeniem mechanicznym w temperaturach wyższych niż 500 ºC; żarowytrzymałe stale i stopy niklu lub kobaltu charakteryzują się przede wszystkim wysoką wytrzymałością na pełzanie w wysokich temperaturach. Dodatki stopowe takie jak: Mo, W, V, Cr i Ni podnoszą żarowytrzymałość. Żarowytrzymałe stale i stopy niklu lub kobaltu stosowane są w budowie m.in. turbin gazowych i silników odrzutowych [5].

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 5 (68) maj 2013

 

Opublikowano: 24 maja 2013

W celu stworzenia produktu na najwyższym poziomie, o najlepszych możliwych do osiągnięcia parametrach, niezbędna jest ścisła współpraca między zespołami projektowymi, właściwa komunikacja oraz odpowiednie zarządzanie procesami projektowania.

Artur Patała

Proces projektowania i produkcji urządzeń badawczych w firmie PREVAC z Rogowa jest bardzo skomplikowany i znacząco różni się od produkcji seryjnej. Produkty firmy nie są „produktami z półki”, każdy z nich jest unikatowym rozwiązaniem, które ma spełniać równie unikatową wizję badawczą naukowców. Taka wizja, oraz jej realizacja we współpracy z wiedzą technologiczną specjalistów, skutkuje powstaniem wyjątkowego, dopasowanego ściśle do  potrzeb klienta, produktu. W przypadku wysoce zaawansowanego projektu, w wyniku którego powstaje wielokomorowy system próżniowy, można wyróżnić trzy podstawowe etapy – konstrukcję mechaniczną, konstrukcję elektroniczną oraz szeroko rozumiane sterowanie i oprogramowanie.  

Wielokomorowe systemy naukowo badawcze przeznaczone do zastosowań laboratoryjnych, realizujące wiele technik badawczych powierzchni i właściwości ciał stałych

Z chwilą pojawienia się zapytania ofertowego, bądź podjęcia decyzji o przystąpieniu do przetargu, tworzone są tzw. rysunki ofertowe, które przedstawiają propozycję realizacji zlecenia spełniającego ściśle sprecyzowane przez klienta parametry. Jest to ważny etap, gdyż następuje tu konfrontacja oczekiwań klienta i możliwości technologicznych firmy. 

Nowe rozwiązania ciągną za sobą ryzyko niepowodzenia, dlatego wymagają licznych testów, kontroli jakości itp. a przystąpienie do realizacji zlecenia wymaga szczegółowej wiedzy z dziedzin takich jak fizyka, chemia, elektronika, automatyka, mechanika itp.

Bardzo często rola zespołu konstrukcyjnego nie kończy się na stworzeniu aparatury. Jej zadaniem jest również przygotowanie projektu pomieszczenia, w którym docelowo urządzenie będzie pracowało. Należy wtedy przewidzieć m.in. rozkład mediów, czy rozmiary i kształt laboratorium. Nierzadko również znaczenie mają inne czynniki np. poziom wstrząsów podłogi, czy dopuszczalne obciążenie na metr kwadratowy. Złożone systemy próżniowe ważą kilka ton i mają spore rozmiary, co stawia przed zespołem konstrukcyjnym konieczność rozwiązania zagadnień logistycznych.

Ten, jak i każdy następny etap prac jest ściśle usystematyzowany i zorganizowany w ramach procedur i instrukcji, które wyznaczają kolejność działań, determinują numerację i terminologię, precyzują miejsce i sposób archiwizowania danych.

Aparatury budowane w firmie PREVAC są narzędziami, dzięki którym można w szerokim zakresie ciśnienia i temperatury modyfikować oraz badać różne materiały. Przez szeroki zakres ciśnienia i temperatury rozumie się temperaturę od bliskiej zeru absolutnemu, do powyżej +2000 °C oraz ciśnienie rzędu od 10-11 mbar do 20 bar. Badane materiały umieszcza się najczęściej w aparaturze montując je na nośnikach próbek.

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 5 (68) maj 2013

 

Opublikowano: 24 maja 2013

Traker laserowy wraz z głowicą stanowią układ, od którego, jako całości, zależy efektywność śledzenia oraz – co ważniejsze – dokładność pomiaru. W niniejszym opracowaniu opiszemy działanie trakera laserowego i przedstawimy najważniejsze rodzaje głowic pomiarowych.

Ken Steffey

Sposób dokonywania pomiarów przez traker
Rozważając ogólną jakość pracy trakera, należy uwzględnić najważniejsze elementy pomiaru dokonywanego za jego pomocą. Trakery określają odległość od głowicy pomiarowej i kąt względem niej, w celu obliczenia współrzędnej w przestrzeni trójwymiarowej. Te dwie składowe noszą nazwę odpowiednio: pomiaru radialnego i poprzecznego.

Rys. 1  Retroreflektor mocowany sferycznie

 

Odległość radialną od głowicy można mierzyć za pomocą dwóch różnych technik. Starsza z nich to interferometr, a nowsza to układ do pomiaru odległości bezwzględnej (ADM). W układach interferometrycznych źródło czerwonego światła laserowego jest rozdzielane na składowe: referencyjną i pomiarową; wiązka referencyjna jest zatrzymywana wewnątrz trakera, natomiast wiązka pomiarowa, wysłana z trakera, odbija się od głowicy pomiarowej i powraca do trakera. Wiązka powrotna powinna być mocna i wolna od ewentualnych zniekształceń, mogących powstać na drodze do i od głowicy pomiarowej, tak aby zapewnić dokładny i wyraźny wzór interferencyjny. Takie same wymagania, w stosunku do głowicy pomiarowej, ma układ ADM: wiązka powrotna powinna charakteryzować się brakiem zniekształceń, dużym natężeniem oraz brakiem ech i fałszywych odbić, tak, aby umożliwić przekształcenie pomiaru przesunięć fazowych, sygnałów modulujących wiązkę świetlną, na odległość radialną.

Pomiarów poprzecznych dokonuje się przy użyciu przetworników położenia kątowego i detektora PSD, który przechwytuje światło lasera, odbite przez retroreflektor. Wiązka lasera opuszcza traker, dociera do retroreflektora, a następnie tą samą ścieżką powraca do trakera.

Geometrię wszystkich głowic przeznaczonych do trakerów projektuje się tak, aby powrotna wiązka lasera była równoległa do wiązki padającej, ale przesunięta względem niej. Energia odbitego światła zarejestrowanego przez detektor PSD informuje traker o przesunięciu względem położenia znamionowego. Wartość przesunięcia wykorzystywana jest do dwóch celów: kierowania wiązki lasera na środek retroreflektora oraz korygowania odczytów przetworników położenia kątowego o prędkość głowicy SMR. Konstrukcja detektora PSD wymaga, aby wiązka miała zaokrąglony, gaussowski kształt, tak aby środek energii odpowiadał środkowi głowicy pomiarowej. Jeśli głowica zniekształci wiązkę, może to wprowadzić detektor PSD w błąd i uniemożliwić przekazanie dokładnej wartości przesunięcia do systemu pomiarowego.

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 5 (68) maj 2013