Gia công
Nâng cấp máy cắt Laser kim loại
Từ thay thế bộ tùy chọn đến đổi mới toàn bộ hệ thống
Để cải thiện hiệu suất laser và tăng công suất trong các xưởng, các công ty chế tạo kim loại thường xem xét mua thiết bị cắt laser mới, đây là một khoản đầu tư lớn.
Nhiều máy laser hiện tại đang trong trạng thái hoạt động tuyệt nhưng bị hạn chế bởi các bộ tùy chọn thêm và các thiết bị lỗi thời khác. Nâng cấp bộ tùy chọn là một phương pháp để cải thiện thời gian bắn thủng, tốc độ cắt, công suất cắt và giảm chi phí bảo trì. Một lựa chọn khác là cải tiến máy cắt laser hoàn toàn, có thể trang bị cho máy công nghệ tiên tiến. Cả hai lựa chọn thay thế có thể đạt được mà không cần chi phí cao để thay thế toàn bộ hệ thống.
Laser của bạn không cần phải chấp nhận tình trạng lỗi thời. Bộ tùy chọn mới và các cải tiến thiết bị khác có thể tăng khả năng hoạt động của máy.
Bộ tùy chọn làm mát bằng chất khuếch tán
Trong một Bộ tùy chọn làm mát bằng chất khuếch tán điển hình (xem Hình 1), hỗn hợp khí laser không thay đổi. Nước làm mát được lưu thông qua các điện cực tấm, do đó tách nhiệt trực tiếp từ buồng tùy chọn. Các tia laser được tạo ra trong khe hở 1,5mm của buồng công hưởng giữa các điện cực tấm, nơi tần số vô tuyến được sử dụng để kích thích khí.
Các sự phản chiếu parabol không đối xứng ở mỗi đầu của điện cực tấm tăng cường chùm tia laser bằng cách phản xạ nó qua lại trên bề mặt của các điện cực. Các tia laser đi ra khỏi buồng tùy chọn ở nơi phản chiếu parabol ngắn hơn để đi qua thấu kính kim cương định hình chùm tia quang học. Vì các điện cực tấm và phản chiếu parabol được giữ trong buồn ngăn nên việc bảo dưỡng định kỳ và sửa chữa dài hạn được giảm thiểu. Bộ phận thay thế chính duy nhất là ống RF, có tuổi thọ hơn 15.000 giờ.
Thiết kế làm mát bằng chất khuếch tán tạo ra chế độ TEM00, có thể được mô tả như nguồn Gaussian tinh khiết phân bố đường cong (xem Hình 2). Kết quả là, nó đạt được mật độ năng lượng cao và chất lượng chùm tia gần như hoàn hảo.
Nâng cấp tiêu chuẩn
Để nâng cấp lên bộ tùy chọn làm mát bằng chất khuếch tán ít kinh phí thì phải đáp ứng được một số tiêu chuẩn. Lợi ích của công nghệ không thể đạt được nếu máy hoặc ứng dụng bị giới hạn hiệu suất, do đó ảnh hưởng đến các cân nhắc tài chính.
Xem xét máy. Hệ thống laser hiện tại là một trong những yếu tố quan trọng nhất, bởi vì hiệu suất của bộ tùy chọn có liên quan trực tiếp đến thiết kế,lắp đặt và tình trạng. Máy nên có bộ khung kiên cố, bộ dẫn động và bàn cắt có khả năng đáp ứng nhu cầu sản xuất lâu dài.
Thiết kế tia chuyển động sử dụng cho bàn cắt kép được khuyến nghị nâng cấp bộ tùy chọn vì khả năng truyển đổi vật liệu nhanh. Máy kết hợp laser /máy khoan cũng đảm bảo xem xét nâng cấp vì chức năng kép và chi phí thay thế cao. Các máy kết hợp các tính năng tốn kém như hệ thống xử lý vật liệu,đường cắt quay và thiết lập phức tạp nếu được nâng cấp sẽ đỡ tốn kém hơn là thay thế.
Ngược lại việc thay thế máy cắt laser thì rẻ, dễ thay thế là những lựa chon nâng cấp giá thấp.
Xem xét ứng dụng. Máy và bộ tùy chọn làm mát bằng chất khuếch tán cần tuân theo các giới hạn xử lý vật liệu. Nói cách khác, tốc độ bộ truyền động cơ khí và tốc độ cắt vật liệu tối đa cần phải tương ứng để tận dụng nâng cấp bộ tùy chọn làm mát bằng chất khuếch tán.
Hình 1 Thiết kế bộ tùy chọn tấm làm mát khuếch tán điển hình bao gồm (1) chùm tia laser, (2) thiết bị tạo hình chùm tia, (3) bộ phản chiếu đầu ra, (4 và 6) nước làm mát, (5) kích thích RF, (7) bộ phản chiếu đằng sau, (8) phóng điện kích thích RF và (9) điện cực dẫn sóng.
Ví dụ: nếu một ứng dụng gồm máy cắt gió đá có khối lượng sản xuất lớn ,sử dụng để cắt thép 25mm, sau đó nâng cấp một máy đai ốc bi có công suất 4000W thì việc trang bị bộ tùy chọn làm mát bằng chất khuếch tán được khuyến khích. Tuy nhiên, đối với ứng dụng cắt nitơ sử dụng để cắt thép không gỉ, các đai ốc bi sẽ hạn chế tốc độ cắt xuống dưới 400 IPM, bộ tùy chọn chỉ có thể hỗ trợ tốc độ cắt hơn 600 IPM. Trong trường hợp này, một bản nâng cấp sẽ không được khuyến khích.
Một động cơ tuyến tính được trang bị bộ tùy chọn cũ khoảng 2.000 W bị hạn chế trong việc cắt thép nhẹ bằng nitơ. Nâng cấp bộ tùy chọn làm mát bằng chất khuếch tán 2.500 hoặc 4.000 W sẽ tăng tốc độ cắt 100 đến 200 phần trăm.
Cân nhắc tài chính. Hệ số thu nhập trên đầu tư và thời gian hoàn vốn quyết định việc sử dụng vốn cơ bản. Nếu thời gian hoàn vốn ít hơn hai năm, hầu hết các công ty sẽ được hưởng lợi từ lợi tức đầu tư tốt. Phạm vi bảo hành của hầu hết các chương trình nâng cấp đảm bảo sẽ không có phí tổn ngầm. Nếu các tiêu chí máy móc và ứng dụng được đáp ứng, thì việc nâng cấp sẽ tạo ra sản lượng được cải thiện, độ tin cậy và chi phí vận hành thấp hơn.
Theo nguyên tắc thông thường, nếu máy cắt laser hoạt động 4.000 giờ trở lên trên một năm thì thời gian hoàn vốn sẽ ít hơn hai năm.
Đổi mới một máy hoàn chỉnh
Trước đây, khi bộ phận bị hỏng hóc thì được bảo hiểm thay thế. Lúc này máy cắt và hàn laser được trang bị thêm bộ tùy chọn. Loại trang bị thêm này là một bộ tùy chọn cơ bản và không bao gồm các bộ phận khác.
Bây giờ một chương trình nâng cấp laser bao hàm việc phục hồi triệt để máy cắt laser. Hầu hết các chi tiết được thay thế, ngoại trừ khung máy, bàn cắt và bộ truyền động, để kế hoạch nâng cấp cải tạo máy thành công nghệ tiên tiến
Một bản nâng cấp điển hình có thể bao gồm các bộ phận sau:
- Bộ tùy chọn 4.000-W
- Máy làm lạnh
- Bộ lọc khí / Thiết bị sấy
- Bảo vệ phản chiếu, ống chuẩn trực và bộ xác định biên dạng chùm tia
- Đầu cắt không tiếp điểm
- Thiết bị điện tử theo dõi tốc độ đầu cắt
- Máy tính điều khiển
- Nâng cấp phần mềm và tham số
Tất nhiên, các dự án nâng cấp đầy đủ không được khuyến nghị cho tất cả các máy và ứng dụng cắt laser vì ROI(tỷ suất hoàn vốn) và thời gian hoàn vốn có thể quá mức đối với một số hoạt động. Tính khả thi bị hạn chế khi thiết bị cần sửa chữa và sửa chữa rộng rãi, khi các ứng dụng yêu cầu các tùy chọn đặc biệt không thể trang bị thêm cho các máy hiện có và khi các điều khiển và phần mềm không tương thích.
Tất nhiên, các dự án nâng cấp đầy đủ không được khuyến nghị cho tất cả các máy và ứng dụng cắt laser vì ROI và thời gian hoàn vốn có thể quá mức đối với các nâng cấp này. Khả năng thực hiện điều đó bị giới hạn khi thiết bị cần sửa chữa và phục hồi lại các ứng dụng yêu cầu các tùy chọn đặc biệt không thể trang bị thêm cho các máy hiện có và các điều khiển và phần mềm không tương thích.
Các công ty đang xem xét kế hoạch nâng cấp có thể làm theo năm bước cụ thể sau:
- Xác định rằng thiết bị có kết cấu tốt và khả năng hoạt động đáng tin cậy trong nhiều năm.
- Ước lượng ứng dụng xử lý vật liệu và hiểu rằng việc nâng cấp máy có thể vượt quá mức hiệu suất của máy mới.
- Xem xét các công nghệ để lựa chọn giải pháp hiệu quả nhất cho nhu cầu sản xuất.
- Chuẩn bị và điều phối lịch trình làm việc để đảm bảo nâng cấp thành công.
- Đo lường hiệu suất và hiệu quả kế hoạch.
Nghiên cứu tình huống: Công ty ống chuyên dụng
Công ty ống chuyên dụng là một công ty sản xuất ống chất lượng cao. Bắt đầu với tư cách là nhà sản xuất phanh và ống dẫn nhiên liệu cho Hurr, nó đã phát triển bằng cách cung cấp sản phẩm cho những hãng tàu, xe đầu kéo và các công ty xe tải. Cuối cùng, xâm nhập vào các ngành công nghiệp khác bao gồm y tế, chế biến thực phẩm và hàng không vũ trụ.
Hình 2 Chất lượng chùm tia tốt cho ra hiệu suất tốt
Tại các nhà máy ở Troutdale, Ore., Và Statesville, N.C., công ty gia công đóng dấu hình vuông và tròn trên thép không gỉ và các vật liệu khác trong nhiều kích thước. Trung tâm gia công CNC, máy uốn ống tự động và thiết bị chuyên dụng giúp công ty đạt được sản xuất ống khối lượng lớn. Trong khi thiết bị chế tạo gồm máy cắt laser, thiết bị tạo ra mặt bích, giá đỡ và các bộ phận liên quan.
Đầu năm 2008, công ty đã biết rằng máy laser năm 1996 có công suất 2800 W cần phải cập nhật điều khiển và sửa chữa bộ tùy chọn. Công ty đã đưa ra 2 quyết định là mua một hệ thống cắt laser mới hoặc tân trang lại bộ tùy chọn laser. Quyết định này rất rắc rối vì phải xem xét tình trạng máy, khả năng xử lý vật liệu và mỏ cắt quoay vòng rất mắc tiền.
Trước khi quyết định giữa hai tùy chọn đó, nhà điều hành của công ty đã tìm hiểu một giải pháp thay thế thứ ba là nâng cấp laser,lựa chọn ống chuyên dụng , bộ tùy chọn làm mát khuếch tán công suất 2500 W ( xem Hình 3). Mặc dù thực tế là bộ tùy chọn có công suất cao hơn (2.800-W), giờ đây máy có thể xử lý tới 16mm thép, nhôm và thép không gỉ.
Tốc độ cắt nhanh hơn và thời gian đâm xuyên dẫn đến cải thiện năng suất hơn 20 phần trăm. Tăng tốc độ cắt sơ bộ trên thép nhẹ sử dụng khí hỗ trợ oxy được liệt kê trong (hình 4). Viêc cắt thép không gỉ và nhôm sử dụng khí hỗ trợ nitơ tạo ra kết quả ấn tượng. Ngoài ra cũng tạo điều kiên cải thiện đường cắt trên thép không gỉ, nhôm và các hợp kim khác.
Kế hoạch nâng cấp có thời gian hoàn vốn khoảng 1,6 năm, theo ước tính của công ty.
Khái niệm nâng cấp laser đã trải qua một sự phát triển từ thay thế bộ tùy chọn đơn giản đến đổi mới máy toàn diện. Sự phổ biến của các kế hoạch nâng cấp laser dự kiến sẽ tăng lên khi số lượng hàng tồn kho càng lớn mà máy cắt cũ lại không đáp ứng được yêu cầu.