Brušenje ili lasersko skidanje materijala: kada odlučuje dimenziona tačnost?

Kod preciznih funkcionalnih površina, međutim, pitanje se menja. Tada nije važno samo to da li je uklonjen sloj koji smeta. Važno je i koliko se pritom utiče na osnovni materijal, na ivicu ili na postojeću strukturu površine.

Lasersko skidanje materijala ovde može biti alternativa – ali ne za svaku površinu i ne automatski isplativije.

Zašto je brušenje u pogonu tako privlačno

Brušenje spada u najustaljenije postupke mehaničke obrade.

Potrebni uređaji su široko rasprostranjeni. Zaposleni poznaju način rada. Potrošni materijal je dostupan, a mnogi zadaci mogu da se započnu odmah, bez složenog razvoja procesa.

Ta jednostavnost ima veliku ekonomsku vrednost.

Nije svakom korodiranom držaču potreban visokorazvijen laserski sistem.

Kada zaposleni ugaonom brusilicom za nekoliko minuta dovede robusnu površinu u traženo stanje, to je merilo koje treba ozbiljno shvatiti.

DGUV Information 209-002 „Schleifen“ (brušenje) u skladu s tim obrađuje veliki broj ustaljenih alata za brušenje i tipičnih načina rada.

Smislena tehnička procena zato ne treba da pokušava da brušenje načelno prikaže kao zastareo postupak.

Pitanje zapravo glasi:

Gde mehanički kontakt stvara nedostatke koji su važni za konkretan deo?

Šta mehaničko skidanje materijala čini sa površinom

Brusno sredstvo mehanički skida materijal.

Pritom se fizički ne pravi razlika između „neželjenog premaza“ i „vrednog osnovnog materijala“.

Sve dok brusno zrno ima kontakt i dok deluje dovoljna sila, materijal može da se skida.

U praksi rukovaocu za kontrolu procesa služe:

• granulacija
• alat
• kontaktni pritisak
• ugao
• kretanje
• Vreme obrade

Iskusan zaposleni time može da radi veoma precizno.

Ipak, postupak u osnovi ostaje mehanički.

Čim sloj koji smeta nestane, dalje kretanje može da utiče i na podlogu.

Kod robusnih površina to je možda potpuno nevažno.

Kod nalegajuće površine ili tanke ivice to može postati presudno.

Lasersko skidanje materijala, nasuprot tome, nema direktan mehanički kontakt alata.

Tehničke osnove za to opisane su u članku Kako funkcioniše laserska ablacija pri čišćenju metala?.

Kada dimenziona tačnost postaje važna

Nema svaki deo uske tolerancije.

Čelični nosač možda bez problema podnosi promenu površine od nekoliko desetih delova milimetra.

Kod drugih komponenti stvari stoje drugačije.

Dimenziona tačnost može biti važna na primer kod:

• nalegajućih površina
• zaptivnih površina
• preciznih kontura alata
• tankozidnih delova
• definisanih ivica
• zona popravke
• geometrijski kritičnih komponenti

Ovde ne treba proveravati samo koliko brzo se uklanja premaz.

Treba proceniti i sledeće:

Koliko se osnovnog materijala pritom menja?

Postupak koji radi pet minuta brže ipak može biti ekonomski lošiji ako posle toga funkcionalna površina mora da se dorađuje.

Upravo zato dorada spada u svako poređenje postupaka.

Ivice i tanki delovi

Ivice kod ručne mehaničke obrade predstavljaju posebnu situaciju.

Kada se alat za brušenje vodi preko ivice, lokalni kontaktni pritisak može da se promeni.

U zavisnosti od alata i načina rada, prvobitno oštra geometrija može da se zaobli.

Kod mnogih zadataka to ne igra nikakvu ulogu.

Kod restauriranih delova, naleganja ili vidljivih dizajnerskih ivica to, međutim, može biti neželjeno.

Slično važi za tanke limove.

Ovde pored skidanja materijala ulogu mogu igrati i toplota i mehaničko dejstvo.

Ni laserski procesi nisu automatski bez uticaja.

Kod neodgovarajućih parametara laserska energija može da promeni podlogu.

Razlika zato nije između:

Brušenje menja – laser ne menja nikada.

Nego između dva različita načina da se energija odnosno mehaničko dejstvo unese u površinu.

Za osetljive primene treba porediti stvarno dostižno krajnje stanje.

Habanje alata kao promenljiva u procesu

Brusno sredstvo se menja tokom upotrebe.

Zrna postaju tuplja, ploče se habaju, a delotvorna geometrija može da se promeni.

Time se i ponašanje pri obradi može menjati tokom procesa.

Kod ručnih radova iskusan rukovalac to često automatski izravnava.

Kod standardizovanih procesa, međutim, treba uzeti u obzir stanje alata.

Kod potrošnog materijala dodatno nastaju:

• troškovi nabavke
• potreba za skladištenjem
• vremena zamene
• odlaganje otpada

To ne znači da ti troškovi moraju biti posebno visoki.

Oni jednostavno spadaju u kalkulaciju procesa.

Kod lasera ne postoji brusno telo koje se tokom skidanja materijala mehanički troši.

Umesto toga se moraju uzeti u obzir optičke zaštitne komponente i filteri.

I ovde, dakle, „potrošnja protiv nikakve potrošnje“ nije pravo poređenje.

Razlikuju se vrste potrošnje.

Brazde i željena hrapavost

Mehanički uticaj može biti izričito poželjan.

Kada površinu treba ohrapaviti za naredni proces nanošenja premaza ili lepljenja, brušenje može istovremeno da očisti površinu i da stvori potrebnu topografiju.

To je prednost.

Površina koja je što manje promenjena nije cilj kod svakog narednog procesa.

Fraunhofer IFAM zato kod pripreme površina radi i sa abrazivnim i sa laserskim postupcima.

Željeno krajnje stanje odlučuje o pravoj tehnologiji.

Zanimljivo je i to što različiti mehanički postupci uprkos sličnim vrednostima hrapavosti mogu da stvore različite strukture površine.

Ispitivanja na austenitnim čelicima pokazuju, na primer, razlike između brušenih površina i površina peskarenih staklenim perlama.

Iz toga sledi:

Pojedinačan pokazatelj hrapavosti ne opisuje nužno celokupno stanje površine.

Za tehničke procese spajanja zato treba definisati koja su svojstva površine zaista potrebna.

Lokalna područja umesto celih površina

I brušenje može da se primeni lokalno.

Zaposleni može ciljano da obradi malo mesto.

Kod veoma preciznih, geometrijski ograničenih područja, međutim, raste utrošak rada.

Ako, na primer, treba osloboditi usku kontaktnu zonu iz premaza, susedni materijal se po potrebi mora zaštititi ili se mora raditi posebno oprezno.

Fraunhofer IFAM kod laserskog uklanjanja premaza ističe oštro ograničenu lokalnu obradu.

U tome kod određenih delova može ležati prednost.

Tipični primeri bili bi:

• električni kontakti
• tačke uzemljenja
• definisane površine za lepljenje
• lokalne zone popravke
• uske zone spajanja

Što je područje manje i preciznije, to jače sposobnost lokalno ograničene obrade može postati ekonomski važna.

Brzina obrade

Za velike jednostavne površine brušenje može biti izuzetno isplativo.

Efikasan alat i iskusan rukovalac postižu visoke učinke skidanja materijala.

Zato laser mora da pruži konkretnu dodatnu korist da bi investicija bila opravdana.

Pri merenju brzine, međutim, treba porediti isto krajnje stanje.

Ako brušenje brže skida materijal, ali je posle toga potrebna dodatna fina obrada, to vreme mora da se uračuna.

Ako laseru treba više sporih prelaza, i to u celosti spada u obračun.

Merodavno je:

Vreme do odobrenog radnog komada.

Ne samo brzina prvog radnog koraka.

Pristupačnost i geometrija

Alatu za brušenje potreban je mehanički pristup.

Ploča, četka ili brusna traka mora da može da dopre do površine.

Veoma uski žlebovi ili složena unutrašnja područja mogu biti problematična.

Laseru je pak potrebna optička pristupačnost.

Ni on ne može da obrađuje skrivena podsecanja kroz materijal.

Time obe tehnologije imaju geometrijska ograničenja.

Razlika je u vrsti pristupa koji je potreban.

Zato kod konkretnog radnog komada treba proveriti:

Da li se alat može mehanički prisloniti?

Da li se laser može optički usmeriti na površinu?

Koja metoda dopire do više stvarno potrebnih područja?

Automatizacija

Brušenje može da se automatizuje.

Procesi brušenja uz pomoć robota ustaljeni su u industrijskoj proizvodnji.

Međutim, habanje alata, sila pritiska i tolerancije radnog komada moraju pri tome da budu pod odgovarajućom kontrolom.

I laserski procesi mogu da se automatizuju.

Ovde se kretanje snopa i obradna glava vode preko skenera, osnih sistema ili robota.

Kod optičkog procesa nema mehaničke sile kontakta između alata i radnog komada.

To može da pojednostavi planiranje putanje za određene zadatke.

Obrnuto, kod lasera mora da se pronađe stabilan procesni prozor za unos energije.

I ovde nijedna tehnologija nema automatski jednostavniji proces automatizacije.

Zahtevi su samo različiti.

Prašina, odsisavanje i zaštita na radu

Pri brušenju mogu biti relevantne prašina, čestice, varnice, buka i opasnosti od rotirajućih alata.

DGUV Information 209-002 opisuje tipične opasnosti od nezgoda i opasnosti po zdravlje, kao i odgovarajuće zaštitne mere pri radovima brušenja.

Pri skidanju materijala laserom takođe nastaju čestice i procesne emisije.

Dodatno, kod otvorenih sistema velike snage mora da se uzme u obzir i samo lasersko zračenje.

DGUV FBHM-139 se bavi mašinama za lasersko čišćenje klase 4 i neophodnim zaštitnim merama.

Zato bezbednost ne sme paušalno da se pripisuje kao prednost jedne strane.

Oba postupka zahtevaju ispravno planirano radno mesto.

Vrste opasnosti se razlikuju.

Kako se poređenje sprovodi na radnom komadu

Za pouzdanu odluku pogodna je podeljena referentna površina.

Uporediv radni komad, odnosno dva identična područja, dovode se pomoću oba postupka u isto ciljno stanje.

Zatim se ocenjuju najmanje sledeće veličine:

• Vreme obrade
• stanja površine
• Promena mere
• Hrapavost, ako je relevantna
• dorada
• potrošni materijal
• vreme pripreme
• Utrošak rada pri rukovanju

Kod kritičnih funkcionalnih površina mogu biti potrebna dodatna merenja.

Puki pogled na stanje pre i posle tu možda nije dovoljan.

Kada brušenje ostaje jasno svrsishodno

Brušenje je posebno privlačno kada:

• postoji robusna površina,
• dozvoljeno je mehaničko skidanje materijala,
• poželjno je hrapavljenje,
• dovoljan je jednostavan alat,
• radovi se obavljaju samo povremeno,
• troškovi investicije treba da ostanu minimalni.

U takvim slučajevima mehanički proces može da bude najisplativije rešenje.

Nema razloga da se on zameni samo zbog novije tehnologije.

Kada treba proveriti skidanje materijala laserom

Proces zasnovan na laseru postaje posebno zanimljiv kada:

• osnovni materijal treba tretirati što kontrolisanije,
• precizno se oslobađaju delimične površine,
• nije poželjna mehanička sila kontakta,
• automatizuju se ponavljajuća lokalna područja,
• relevantne su ivice, odnosno funkcionalne površine,
• abrazivna sredstva u okolini bila bi problematična.

Da li iz toga zaista nastaje ekonomska prednost, mora da se izmeri na konkretnom procesu.

Zaključak: dimenziona tačnost može biti važnija od maksimalnog učinka skidanja materijala

Brušenje ili lasersko skidanje materijala: kada odlučuje dimenziona tačnost?

Čim površina ima tehničku funkciju.

Brušenje za brojne robusne zadatke ostaje brza, jednostavna i ekonomski snažna metoda.

Mehanički kontakt istovremeno, međutim, može da utiče na strukturu površine, a pri odgovarajućem skidanju materijala i na geometriju.

Skidanje materijala laserom nudi drugačiji pristup, bez mehaničkog kontakta alata.

Iz toga, međutim, ne nastaje automatski bolji rezultat.

Odluka treba da odgovori na sledeća pitanja:

1. Sme li da se skida osnovni materijal?
2. Da li je hrapavljenje poželjno?
3. Koliko su osetljive ivice i funkcionalne površine?
4. Kolika je površina koja se obrađuje?
5. Kakva naknadna obrada nastaje?
6. Koji postupak brže dostiže ciljno stanje?

Tek tada može da se proceni da li je za konkretan zadatak isplativije brušenje ili proces zasnovan na laseru.

Izvori

• DGUV Information 209-002 „Schleifen“ — Tipične opasnosti i zaštitne mere pri radovima brušenja.
• Fraunhofer IFAM – Surface decoating by laser — Lokalno i selektivno skidanje premaza.
• Fraunhofer IFAM – Oberflächentechnik — Poređenje i razvoj mehaničkih, abrazivnih i laserskih postupaka predobrade.

Povezani sadržaji