RussianИсторически повышение мощности лазера рассматривалось как наиболее простой и мощный метод повышения эффективности процессов обработки. Тем не менее, с появлением лазерных резаков мощностью 60 000 Вт в отрасли разгорелась дискуссия о том, достигли ли мы верхнего предела мощности лазера. Ву Рангда, президент Penta Laser, утверждает, что этого уровня мощности достаточно, чтобы полностью заменить технологии плазменной и газовой резки. Он предполагает, что выход за пределы этого порога не даст существенного выигрыша в снижении эффективности или возможностей, а, скорее, приведет к увеличению затрат и энергопотребления для пользователей.
Однако стремление к повышению эффективности в промышленном секторе не прекращается. Если мы действительно достигли вершины того, что может предложить мощность лазера, какие возможности нам еще предстоит изучить в стремлении к повышению эффективности обработки? Давайте углубимся в альтернативные стратегии, которые могут оптимизировать производительность, не полагаясь на увеличение мощности лазера.
Удвоение ускорения: инновационная интеграция балок из углеродного волокна
Задача повышения производительности станков без капитального ремонта основной технологии не заставила автора долго спать по ночам. Его недавний визит в Feiyue Laser дал искру вдохновения, особенно благодаря их инновационному подходу к конструкции основания станка.
Feiyue Laser, ведущее высокотехнологичное предприятие, добилось значительных успехов в применении и развитии прецизионных лазерных технологий. Их опыт охватывает различные применения лазеров, включая резку, сварку и маркировку, и имеет большой опыт успеха. Лю, генеральный директор Feiyue Laser, рассказал, что в прошлом году они инициировали революционный шаг, интегрировав балки из углеродного волокна в свое оборудование. Эти балки представляют собой привлекательное сочетание высокой прочности, устойчивости к деформации и легкой конструкции, что не только повышает эффективность обработки, но и способствует снижению затрат при практическом применении.
Балка является ключевым элементом портальных станков, ее статические и динамические свойства определяют общую производительность машины. Это, в свою очередь, существенно влияет на эффективность, точность и стабильность обработки станка. Традиционно в станках использовались металлические балки, преимущественно изготовленные из стали и алюминиевых сплавов.
Стальные литые балки ценятся за свою стабильность и точность, однако их значительный вес обычно ограничивает их использование приложениями, не требующими высокоскоростных операций. Для достижения высоких скоростей и ускорений этим машинам требуются мощные двигатели со значительным крутящим моментом, что может стать ограничивающим фактором, когда динамические характеристики достигают своего пика. Чтобы противодействовать этому, промышленность начала изучать балки из алюминиевых сплавов для снижения веса. Однако, несмотря на свою более легкую природу, алюминиевые балки по-прежнему налагают ограничения на улучшение скорости и ускорения. Низкий модуль материала делает его более мягким и более склонным к деформации, а его высокий коэффициент теплового расширения может отрицательно повлиять на точность станка. В результате для поддержания точности часто требуется повторная калибровка балок из алюминиевых сплавов каждые 3–6 месяцев.
Балка из углеродного волокна значительно легче: ее вес составляет всего от 1/5 до 1/4 веса стали и от 1/3 до 1/2 веса алюминиевого сплава. Такое существенное снижение веса меняет правила игры, позволяя нам значительно повысить скорость и ускорение наших станков. Лю из отдела исследований и разработок Feiyue Laser рассказал, что с момента внедрения балки из углеродного волокна они смогли добиться впечатляющих успехов.
Команда не только удвоила ускорение своих прецизионных режущих станков с предыдущего диапазона от 0,8G до 1G до впечатляющего 2G, но также добилась значительного скачка в точности. Точность была значительно повышена до микронного уровня, что является свидетельством преобразующего воздействия технологии углеродного волокна на их оборудование. Это нововведение касается не только скорости; речь идет о точности и эффективности, устанавливающих новый стандарт в отрасли.
Балки из углеродного волокна: экономичная инновация в области повышения эффективности станков
Лю подчеркнул не только преимущества в скорости использования балок из углеродного волокна в Feiyue Laser, но и их потенциал экономии средств. Благодаря естественной легкости углеродного волокна эти балки имеют минимальную инерцию движения, что значительно снижает требования к стойкам и системам двигателя, а также снижает общий вес основания машины. Традиционно достижение высоких скоростей и высоких ускорений с помощью балок из стали или алюминиевых сплавов требовало использования мощных двигателей с высоким крутящим моментом. Однако с балками из углеродного волокна Feiyue Laser удалось сохранить тот же уровень производительности, одновременно эффективно снизив затраты, связанные с основанием машины, стойкой и двигателем. Даже со стандартными двигателями они теперь могут достигать ускорения 1G со значительным улучшением точности.
В промышленном секторе неустанное стремление к более высоким скоростям и ускорениям часто обходится в ущерб точности, и наоборот. Одновременное улучшение обоих типов обычно требует значительных инвестиций в более надежные двигатели и стойки, что не всегда может быть оправдано той выгодой, которую они приносят пользователю. Лю отметил, что малые и микропредприятия не могут позволить себе столь рискованные инвестиции, которые могут быть не приняты их клиентами. Однако балки из углеродного волокна увеличили вероятность успешного улучшения ускорения за небольшую часть стоимости традиционных металлических балок, что побудило Feiyue Laser полностью отказаться от металлических балок в пользу углеродного волокна.
Для конечных пользователей использование балок из углеродного волокна означает существенную экономию средств. Благодаря удвоению количества станков с 1G до 2G пользователи теперь могут получить производительность двух станков, инвестируя в один, что значительно повышает ценность их оборудования. Кроме того, более легкие балки уменьшают износ направляющих и стоек, несущих основную нагрузку движения, продлевая срок службы этих компонентов и оборудования в целом.
Важно отметить, что процесс изготовления металлических балок включает в себя горячую обработку, которая может создавать остаточные напряжения, которые со временем приводят к изгибу и деформации, влияя на точность машины. Даже при многократной термической обработке старения эти напряжения не могут быть полностью устранены. Балки из алюминиевого сплава, будучи более мягкими, склонны к деформации и требуют частой повторной калибровки для обеспечения точности, что увеличивает затраты на послепродажное обслуживание и приводит к потенциальным простоям из-за технического обслуживания.
Напротив, углеродное волокно, будучи неорганическим и хрупким материалом, не подвергается пластической деформации. Его минимальное удлинение при разрыве и устойчивость к ползучести и усталости означают, что он может поддерживать высокую точность без необходимости частой повторной калибровки. Более легкий вес балок из углеродного волокна также снижает нагрузку на двигатель, сводя к минимуму выделение тепла и связанный с этим риск перегорания двигателя. Это не только помогает предприятиям сэкономить на послепродажных расходах, но и избавляет пользователей от неудобств, связанных с частыми остановками на техническое обслуживание.
Балки из углеродного волокна: идеальное решение для мощных станков лазерной резки?
Поскольку Feiyue Laser в первую очередь производит прецизионное лазерное оборудование, которое изначально может не соответствовать потребностям мощных станков для лазерной резки, как упоминалось ранее, автор искал более подходящий ответ на исходный вопрос. Познакомившись с Лю, генеральным директором Feiyue Laser, автор связался с компанией Beijing Hithunder Composite Materials Technology Co., Ltd., единственным производителем балок из углеродного волокна в Китае.
Г-н Ли, президент Hithunder, пояснил, что его компания оказала поддержку отечественному производителю сверхмощных станков для лазерной резки с номинальной мощностью более 10 000 Вт и получила значительное количество заказов. Хотя эти машины отдают приоритет скорости и ускорению, особенно когда мощность достигает максимума, требования к точности к ним могут быть не такими строгими, как к прецизионному оборудованию.
Автор признает, что после увеличения мощности лазера часто возникает ограничение скорости при резке сложных или небольших рисунков. Только более длинные прямые линии или дуги могут по-настоящему воспользоваться преимуществами скорости, обусловленной высокой мощностью. С развитием промышленного дизайна объекты, обрабатываемые станками, становятся все более изогнутыми, изысканными и сложными, а это означает, что сама по себе высокая мощность не может полностью повысить эффективность обработки. Ключ заключается в ускорении и скорости оси движения, особенно в ускорении луча.
В настоящее время стальные балки слишком тяжелы, а их приводным двигателям не хватает мощности и крутящего момента, что приводит к вибрациям, которые ограничивают улучшение производительности. Хотя алюминиевые балки легче, их мягкость и недостаточная жесткость приводят к вибрациям при ускорении, что также ограничивает повышение производительности. Балки из углеродного волокна, с другой стороны, легкие и обеспечивают превосходную жесткость по сравнению с алюминием, приближаясь к жесткости стали. Кроме того, сам материал обладает отличными демпфирующими свойствами при распространении вибраций, что способствует снижению вибраций, вызванных движением. Таким образом, балки из углеродного волокна могут значительно улучшить динамические характеристики мощных режущих станков.
Г-н Ли также рассказал об устойчивости балки из углеродного волокна к случайным повреждениям. В портальных балках обычно используются двусторонние приводы синхронизации с числовым программным управлением, которые могут потерять синхронизацию в случае отказа системы управления или внешних столкновений, что может привести к застреванию или сильному скручиванию и деформации балки. Металлические материалы, склонные к пластической деформации, могут подвергаться остаточной деформации, требующей замены балки. Однако углеродное волокно не подвергается пластической деформации и может вернуться к исходной форме после значительной деформации при условии отсутствия внутренних повреждений. Эта характеристика делает углеродное волокно превосходящим металлические материалы и пригодным для использования в эластичных компонентах, таких как пружинные пластины вибростолов, где оно сохраняет стабильную эластичность без разрушения.
Компания Hithunder примет участие в выставке Laser Expo в Шэньчжэньском международном выставочном центре (Новый зал Баоань) с 27 по 29 июня, где они проведут углубленный обмен мнениями с коллегами по отрасли на стенде C112 в зале 9.
