Комбинирани машини за щанцоване и лазерно рязане

• Все повече предприятия инвестират в усъвършенствани машини с разширена функционалност, чрез които да оптимизират технологичните си операции
  
  
• Интересна възможност са комбинираните машини за щанцоване и лазерно рязане
  
  
• Т. нар. комбо системи предлагат редица икономически и практически ползи, но внедряването им често е свързано и с известни предизвикателства

За да останат конкурентоспособни, съвременните цехове за металообработка е необходимо да отговарят на все по-стриктни изисквания за качество, ефективност и производителност, както и да съумяват достатъчно гъвкаво и при все по-кратки срокове да изпълняват не само стандартни, но и специализирани поръчки. В този контекст множество предприятия инвестират в усъвършенствани машини с разширена функционалност, чрез които да оптимизират технологичните си операции. 

Интересна възможност са комбинираните машини за щанцоване и лазерно рязане, които се превръщат в атрактивна опция за все повече производители на метални изделия. Те предлагат редица икономически и практически ползи, но внедряването им често е свързано и с известни предизвикателства.

Предпоставки за съчетаване на методите

След въвеждането на бързото лазерно рязане в практиката щанцоването постепенно се превръща от масово прилаган метод в по-нишова техника, оптимална за конкретни приложения, като изрязване на множество отвори наведнъж, изработка на решетки, формоване на жалузи и др. Именно възможностите за формоване и високата разходна ефективност при дадени операции осигуряват на щанцовите преси превъзходство пред иначе по-тихите, по-универсални и по-съвременни като технология лазерни машини.

Комбинираните системи за лазерно рязане и щанцоване са на пазара вече повече от три десетилетия, но едва през последните години започват да набират по-голяма популярност. Огромното разнообразие от модели и варианти в различни ценови класове в двете категории на практика позволява да бъдат закупени две отделни машини на по-ниска стойност от тази на модерна комбинирана система с ЦПУ. Една “комбо” конфигурация (както понякога биват наричани) обаче осигурява множество безспорни ползи – възможност да бъдат елиминирани цели спомагателни процеси/етапи, значително съкращаване на производствения цикъл на изделията, по-пълноценно оползотворяване на материалите и ресурсите, пренасочване на част от персонала към други задачи, както и реализиране на по-високо ниво на автоматизация, отколкото би било възможно при две отделни станции. Две машини, разбира се, биха заемали и значително повече място от една. За по-малки цехове, които е необходимо да изберат между комбо машина или конвенционална система за рязане/щанцоване, по-големите габарити на комбинацията често представляват предизвикателство.

Щанцовите машини продължават да са широко използвани при обработката на листов метал в голям брой дългогодишни производства, за които технологията е позната и икономически обоснована спрямо продуктовата програма, а по-високи резултати обикновено се търсят чрез модернизация на морално остарялата система с такава от по-ново поколение. Ето защо сегментът на щанцовите преси продължава да се развива динамично, с множество иновации и технологични подобрения в каталозите на водещите производители.

Базовата компановка на една щанцова машина като цяло е доста по-евтина от тази при лазерите и въпреки че тук е необходима и инструментална екипировка, тя обикновено също не изисква значителни инвестиции. В допълнение, не са нужни специални консумативи и технически газове, каквито трябват при лазерните системи. При детайли с голям брой отвори една преса може да достигне много по-висока производителност в сравнение със сценарий, в който тези отвори се изрязват от лазер един по един.

Много изделия в съвременната индустрия обаче са с комплексен дизайн, който би могъл да бъде изработен най-ефективно и рентабилно чрез комбиниране на щанцовия метод с лазерно рязане. Пример е производството на метални корпуси за компютърна и електротехника, което включва различни операции по пробиване, изрязване, щамповане, избиване, рифеловане, гофриране, релефоване и др. По-близко качество на ръбовете до това на завършено изделие категорично може да бъде постигнато чрез лазер вместо чрез разрязване посредством пробиване на последователни припокриващи се отвори с щанца. Ролята на лазера при комбо конфигурациите в някои производства се състои основно в прецизното изработване на вътрешни и външни контури, докато при други включва и по-специфични операции, като маркиране, гравиране и др. Щанцоването, от друга страна, също може да бъде прилагано ефективно за последните две задачи, например при по-голям брой маркировки, които трябва да бъдат направени с един удар.

Предимства на комбинираните решения

При изработката на големи корпуси или конструкции тип кутия, както и панели за врати или други изделия с правоъгълен профил, много цехове предпочитат добре познати конфигурации за огъване и рязане, като щанцови или абкант преси. Работата с материали с по-голяма дебелина, наличието на по-сложни външни контури или необходимостта от изработката на по-малки, но различни по дизайн детайли в рамките на една поръчка обаче често правят тези машини неефективни.
Щанцоването се счита за рентабилно при дебелини на листовия материал до 2 – 3 mm. Формоването и изрязването на по-дебели листове обикновено води до по-бързо изтъпяване на инструментите, а разходите за регулярното им презаточване значително удължават периода за възвръщане на инвестицията. Лазерното рязане, от друга страна, не включва износване на инструменталната екипировка и не среща подобни ограничения при дебелините на заготовките. Ето защо за предприятията с по-широк продуктов асортимент една комбинирана машина с ЦПУ би могла да съчетае предимствата на двете технологии и да гарантира максимално ниски разходи за единица продукция.

Друг сценарий, в който комбо конфигурациите са препоръчително решение, е прототипирането, например при разработката на нови продукти или компоненти със сложни геометрии. Закупуването на цели комплекти специализирани инструменти за изработване на тестов дизайн, който впоследствие би могъл изобщо да не влезе в производство, не е “по джоба” на много компании, особено в сегмента на МСП. В този смисъл гъвкавостта, която осигурява лазерът, особено при активна развойна дейност, определено си струва малко по-голяма първоначална инвестиция за комбинирана машина. Комбо системите са отличен вариант и за цехове, на които им се е налагало да отказват по-комплексни, но носещи значителни приходи поръчки поради ограничената функционалност на наличното им оборудване.

Експертите посочват още едно ключово предимство на комбинираните машини – елиминираната необходимост да се изработват контури чрез щанцоване благодарение на възможностите за бързо и прецизно контуриране посредством лазер значително намалява поддръжката на системата по отношение на време, разходи и честота.
Инвестицията в комбо конфигурация от последно поколение (на цената на малко повече заето пространство в цеха) е обоснована и при компании, които желаят да подменят остарялата си машина за лазерно рязане с CO2 източник. Скорошният технологичен напредък при фиброоптичните лазери бързо ги превръща във водещ избор в сегмента, а сред основните им предимства са широката гама от подходящи за обработка материали, включително конструкционна и неръждаема стомана, титан, алуминий и мед, универсалната приложимост, по-компактната конструкция и по-високата енергийна и разходна ефективност. За разлика от по-старата генерация комбинирани машини – за щанцоване и рязане с CO2 лазер, за комбо системите с фибролазер не са характерни проблеми с точността във връзка с нежелани вибрации, тъй като при тях няма оптични компоненти извън режещата глава.

Най-новите комбинирани серии с ЦПУ на пазара са базирани на високоефективни електрически сервоуправления, които гарантират отлична гъвкавост при използването на инструментална екипировка с револверна глава. Те се характеризират и с висока степен на автоматизация, включително посредством комбинирането на различни специализирани поансони и матрици с възможности за автоматично индексиране в активната револверна глава. Така отпада необходимостта инструментите често да се сменят ръчно при промяна на производствената програма. В комбинация с мощта на фибролазера една модерна комбо машина би могла значително да намали оперативните разходи на предприятието и да повиши производителността му, като същевременно оптимизира енергийната и ресурсната ефективност. Наличието на иновативни функции, като мониторинг, диагностика и прогнозна поддръжка, позволява с точност да се предвиди кога кой модул или компонент на системата от какво обслужване се нуждае, за да не се губи излишно време в продължителни инспекции или времеемка поддръжка по график.

Възможности и предизвикателства

За много производители на машини се оказва невъзможно да интегрират всяко възможно предимство на двете технологии – щанцоване и лазерно рязане, в една конфигурация, която едновременно да е максимално ефективна и масово купувана. Ето защо повечето големи компании в бранша обособяват отделни класове и/или ориентирани към дадено приложение серии, за да прецизират по-лесно основните си таргет групи от потребители. При различните варианти се наблюдават известни компромиси с дадена функция или характеристика за сметка на друга. Подобен е случаят със скоростта на лазера или широчината на рязане, когато работната маса се движи по осите X и Y, а лазерната глава е фиксирана или пък лазерът се мести само по оста Y. Така комбинираните машини, окомплектовани и за щанцоване, трудно могат да достигнат бързодействието на изцяло лазерните системи. Този компромис обаче лесно би могъл да бъде компенсиран при производствени програми, в които дадени спомагателни процеси подлежат на елиминиране.

Други ограничения при комбо конфигурациите са свързани с размера на работната маса и следователно с оползотворяването на листовия материал или с количеството материал, което може да бъде обработено от лазера при едно закрепване. Работната зона на щанцовата система традиционно е с по-голяма площ от тази на лазерната, което за много цехове не би било от значение. За компании, които изработват едрогабаритни детайли от листов материал обаче, подобна особеност на комбинираните машини е важно да бъде взета предвид преди покупка. 100-процентово използване на листа, въпреки фиксираната лазерна режеща глава, все пак е възможно – чрез автоматизирана система за закрепване.

Редица фирми срещат предизвикателства при внедряването на комбо конфигурации и във връзка с програмирането. В много случаи опитните в тази сфера служители допреди са програмирали изцяло лазерни системи и се нуждаят от известен период на обучение и адаптация към особеностите при съчетаване на двата метода в една машина. При екипите с предишен опит в щанцоването пък подобни съображения нерядко липсват, тъй като е възможно комбинираната система да се припокрива по компановка и капацитет с доскоро използваната щанцова преса.

Сред предимствата на комбо конфигурациите от по-ново поколение са т. нар. клъстерни инструменти, които позволяват изработването на голям брой различни отвори, перфорации или други атрибути на детайла с един удар. Друго преимущество във връзка с отпадането на дадени спомагателни процеси (изискващи отделни по-прости инструменти) е, че повече на брой специализирани инструменти могат да останат постоянно захванати в револверната глава, което съкращава необходимото време за финализиране на изделието.

Аспект, който традиционно е слабост на машините за лазерно рязане, е ефективното сортиране на заготовки. Щанцовите преси вършат тази задача с лекота с помощта на смукателни маси и приспособления с падащо дъно/врата с необходимия размер. Така системата лесно разграничава отделните детайли въз основа на габаритите им. За по-прецизни изделия, при които всякакви рискове от надраскване чрез подобно автоматизирано сортиране трябва да бъдат избегнати, в комбинираните машини се предпочитат автоматични вакуумни системи за деликатно захващане и подреждане/позициониране.

Интегрирането на автоматизация и в смяната (подаването, зареждането и закрепването) на листовете материал може да допринесе за допълнителни икономии на време. Времето за смяна на металния лист обаче е характеристика на комбинираните машини, която често се недоглежда от предприятията. В зависимост от вида на лазерната система този параметър може да варира в широки граници, като при даден модел да е с цяла минута повече от този при друг. Макар на пръв поглед това да не изглежда като сериозен минус, допълнителното време се натрупва в хода на експлоатацията на машината и може да достигне до една пропусната допълнителна смяна на седмица, предупреждават специалистите.