Dlaczego rury kwadratowe stwarzają inne wyzwania niż blachy płaskie

Wielu producentów, którzy przechodzą od cięcia blach płaskich do obróbki rur, nie docenia, jak bardzo różnią się wymagania związane z programowaniem i przygotowaniem maszyny. Maszyna do cięcia laserowego rur przetwarza profile okrągłe, kwadratowe i prostokątne, ale rury kwadratowe i prostokątne stwarzają specyficzny zestaw wyzwań: przejścia geometrii narożników, zmienność płaskości powierzchni na ściankach płaskich oraz konieczność utrzymania przez głowicę cięcia stałej odległości ogniskowej podczas poruszania się wokół narożnika o kącie 90 stopni.

Fizyka zachodząca w narożniku warto zrozumieć. Gdy głowica laserowa przechodzi z płaskiej powierzchni na promień zaokrąglenia narożnika, głębokość punktu ogniskowego zmienia się względem powierzchni materiału. Większość nowoczesnych systemów laserowych do cięcia rur kompensuje tę zmianę automatycznie za pomocą pojemnościowego czujnika wysokości, jednak opóźnienie reakcji podczas szybkich zmian kierunku może nadal wpływać na jakość cięcia, jeśli nie dostosuje się prędkości posuwu w punktach zbliżenia do narożników.

Uchwyty, konfiguracja uchwytu posuwowego oraz przygotowanie materiału

Zanim zostanie wykonane pierwsze cięcie, sposób obsługi materiału w dużym stopniu decyduje o dalszym przebiegu procesu. Profil rurowy kwadratowy często przybywa z niewielkim skręceniem wzdłuż długości, szczególnie w przypadku cienkościennych profili. Rura, która wchodzi do maszyny nawet ze skręceniem o 2 stopnie, będzie odchylać się od osi podczas obrotu uchwytu przy wykonywaniu cięć profilowych, co spowoduje błąd kątowy w elementach, które powinny być prostopadłe do osi rury.

Sprawdzanie skręcenia przed załadowaniem i odrzucanie materiału przekraczającego dopuszczalne odchylenia jest szybsze niż próba kompensacji w procesie późniejszego obróbki. Większość dostawców laserów do cięcia rur określa maksymalną wartość skręcenia na metr dla materiału, który maszyna może obsługiwać w sposób niezawodny.

Ciśnienie chwytu przedniej i tylnej imadła ma również większe znaczenie przy rurach kwadratowych niż okrągłych. Rura okrągła samoczynnie centruje się pod wpływem symetrycznego ciśnienia chwytu. W przypadku rury kwadratowej powierzchnie szczęk imadła muszą być dokładnie zsynchronizowane z płaskimi bokami profilu. Niewłaściwe ustawienie szczęk powoduje mikroobrót podczas cyklu podawania, co przejawia się jako dryf pozycyjny kolejnych elementów.

Podejście programistyczne do cięć przecinających się oraz połączeń koszulowych

Rury kwadratowe są szeroko stosowane w budowie konstrukcji stalowych, co oznacza, że znaczna część prac cięciowych dotyczy połączeń koszulowych, cięć siodłowych oraz nacinania końcówek w celu zapewnienia odpowiedniego dopasowania pod spawanie. Programowanie takich cięć na laserze do cięcia rur opiera się na innej logice niż rozmieszczanie elementów na arkuszu blachy.

Oprogramowanie do cięcia wymaga dokładnych danych przekroju poprzecznego rury, w tym promienia zaokrąglenia narożników. Większość zimnowalcowanych rur kwadratowych ma promień zaokrąglenia narożników wynoszący około 1,5–3 grubości ścianki. Jeśli program traktuje narożnik jako idealny kąt prosty, rzeczywiste cięcie będzie odchodzić od zaprogramowanej ścieżki przy każdym przejściu przez narożnik, a dopasowanie połączenia koszulowego (miter) pokaże szczelinę, nawet jeśli wymiary wyglądają poprawnie na rysunku.

Wybór gazu oraz ustawienia ciśnienia dla różnych grubości ścianek

Wybór gazu wspomagającego w cięciu laserowym rur ma wpływ zarówno na jakość krawędzi cięcia, jak i na zachowanie się żużlu na wewnętrznej stronie rury. W przypadku rur ze stali węglowej cięcie przy użyciu tlenu pozwala na szybsze cięcie przy niższej mocy, ale pozostawia warstwę tlenków na powierzchni cięcia. Cięcie azotem daje czystsze, wolne od tlenków krawędzie, ale wymaga wyższego ciśnienia i większej mocy.

W przypadku cienkościennych rur kwadratowych (o grubości ścianki poniżej 3 mm) azot pod ciśnieniem 12–16 bar zwykle zapewnia najczystszy efekt cięcia. Dla grubszych ścianek o grubości powyżej 6 mm cięcie przy wspomaganiu tlenem staje się bardziej praktyczne pod względem kosztów i wydajności, zwłaszcza gdy jakość krawędzi będzie zakryta przez obróbkę spoiny.

Projekt wykonywania elementów u dostawcy komponentów konstrukcyjnych w prowincji Jiangsu napotkał powtarzający się problem z utworzeniem szlamu na kwadratowych rurach ze stali węglowej o grubości ścianki 4 mm. Zmiana gazu cięciowego z tlenu pod ciśnieniem 6 bar na azot pod ciśnieniem 14 bar całkowicie wyeliminowała problem szlamu wewnętrznego, choć prędkość cięcia zmniejszyła się o około 15%. Kompromis ten był akceptowalny, ponieważ elementy miały być stosowane w widocznej aplikacji architektonicznej, gdzie niedopuszczalne były ślady szlifowania.

Położenie punktu skupienia i gęstość mocy dla kwadratowych rur o grubych ściankach

W przypadku kwadratowych rur o grubości ścianki przekraczającej 5 mm położenie punktu skupienia względem powierzchni materiału ma silniejszy wpływ na jakość krawędzi niż w przypadku cienkich blach. Ustawienie punktu skupienia na górnej powierzchni maksymalizuje gęstość mocy w miejscu wejścia wiązki, ale powoduje szerszą szczelinę cięcia na powierzchni wyjściowej. Ustawienie punktu skupienia w środku grubości ścianki zapewnia bardziej jednolitą geometrię szczeliny cięcia na całej jej głębokości.

Większość systemów do cięcia rur laserem włókninowym pozwala na regulację przesunięcia punktu ogniskowania w zestawie parametrów CNC. Przeprowadzenie prób jakości cięcia przy przesunięciach punktu ogniskowania wynoszących 0, -1 mm i -2 mm na określonym materiale i przy określonej jego grubości trwa około 20 minut, ale pozwala ustalić optymalny zestaw parametrów, który będzie się sprawdzał w całych serii produkcyjnych.

Obsługa po cięciu i usuwanie wykańczających zgrzebów

Krawędzie cięcia rur kwadratowych uzyskane metodą laserową są zazwyczaj czystsze niż krawędzie uzyskane przez cięcie mechaniczne piłą, jednak powstawanie zgrzebów w narożach wewnętrznych profilu jest znanym problemem, szczególnie w narożach, w których tor wiązki laserowej zmienia kierunek. Zgrzeby w narożach wewnętrznych rur kwadratowych trudniej usunąć za pomocą standardowych narzędzi do usuwania zgrzebów.

Narzędzie do usuwania zgrzebów z końców zaprojektowane specjalnie do profili kwadratowych i prostokątnych radzi sobie z tym problemem skuteczniej niż zestawy do usuwania zgrzebów przeznaczone dla profili okrągłych. W przypadku produkcji masowej dostępne są od kilku dostawców narzędzi dodatkowe urządzenia do usuwania zgrzebów zintegrowane z systemami automatycznego ładowania wiązek rur w laserach do cięcia rur.

Maszyny do cięcia laserowego rur RAYMAX są konfigurowane tak, aby obsługiwać pełny zakres rozmiarów profili kwadratowych i prostokątnych, z systemami chwytania i wykrywania wysokości zaprojektowanymi w celu utrzymania dokładności cięcia podczas przejść między różnymi geometriami, co czyni obróbkę rur kwadratowych bardziej wymagającą niż cięcie arkuszy płaskich.