Kerf pločio terminas apibūdina, kiek medžiagos yra pašalinama per apdirbimo procesus, o tai daro įtaką tiek medžiagos panaudojimo efektyvumui, tiek gaminamų detalių dydžiui. Vertinant tikslumo pjūvio įrangą, paprastai matoma, kad kerf plotis gana daug skiriasi priklausomai nuo naudojamos technologijos. Pažengę lazeriniai sistemos gali pasiekti labai siaurus pjūvius, apie 0,1 mm, tuo tarpu vandens srautai paprastai palieka platesnes ertmes, siekiančias apie 1,0 mm. Naujai paskelbti tyrimai rodo, kad sumažinus kerf plotį, atliekamos medžiagos kiekis sumažėja apie 18 procentų, kai dirbama su lakštiniais metalais, kaip nurodė Kechagias ir jo kolegos 2023 metų tyrimo metu. Gamintojams, kurie siekia sumažinti gamybos kaštus, neprarandant kokybės, suprasti ir optimizuoti kerf matmenis tampa visiškai būtina.
Šiuolaikinės mašinos pasiekia ±0,02 mm pjūvio nuoseklumą sinchronizuotomis komponentėmis:
Moksliniai tyrimai iš Medžiagų mechatronikos žurnalo parodo, kaip optimizuotos mašinų konstrukcijos padaro 15–20 % didesnį pjūvio pločio nuoseklumą lyginant su įprastomis sistemomis.
Medžiagos savybės nulemia optimalius pjūvio techninius parametrus:
| Medžiaga | Rekomenduojamas pjūvio plotis | Pagrindinė sąvoka |
|---|---|---|
| Nerūdantis plienas | 0,15–0,25 mm | Šilumos laidumo valdymas |
| Angliavandenis | 0,3–0,5 mm | Sluoksnio atskyrimo prevencija |
| Akrilika | 0,08–0,12 mm | Lydymosi kontrolė |
Naujausių Der et al. (2023) tyrimų rezultatai parodė, kad vario lydiniams reikia 22 % platesnių pjūvių nei aliuminio lydinams, kad būtų kompensuotos šilumos išsisklaidymo savybės.
Kuo siauresnis pjūvio plotis, tuo daugiau medžiagos sutaupoma gaminant. Pagal prieš metus paskelbtus tyrimus, sumažinus pjūvio plotį vos 0,15 mm, medžiagos panaudojimo efektyvumas gali padidėti nuo 8 iki 12 procentų, dirbant su lakštinėmis metalo plokštėmis. Šiandieninės pažengusios lazerinės technologijos leidžia pjūvio plotį plieno lydiniuose palaikyti apie 0,1 mm, todėl gamintojai gali išdėstyti detales vieną šalia kitos ant lakštų tankiau, taupydami apie septynis dolerius ir keturiasdešimt centų už kiekvieną kvadratinį metrą žaliavų daugelyje atvejų. Tradicinės terminio pjovimo technikos, tokios kaip plazmos degikliai, palieka daugiau atliekų lyginant su švarutėliais lazeriais, nes sukuria kur kas platesnius pjūvius. Skirtumas yra gana reikšmingas: plazmos pjovimas palieka pjūvius nuo 0,8 mm iki 1,6 mm pločio, tuo tarpu švarutėliai lazeriai išlaiko kur kas tikslų matmenų ribas nuo 0,1 mm iki 0,3 mm.
Pramonės tyrimai parodė, kiek įtakos gali turėti pjūvio pločio optimizavimas dirbant su aliuminiu. Paimkime atsitiktį, kai 2 mm storis 6061-T6 lakštas buvo apdorotas naudojant 0,2 mm lazerio pjūvius vietoj standartinių 0,4 mm. Rezultatai? Medžiagos išeiga išaugo nuo maždaug 86,3% iki įspūdingų 92,4%. Įmonėms, gaminančioms vidutiniais kiekiais, šis nedidelis pokytis kasmet sutaupo apie 18 600 JAV dolerių. Tačiau yra viena problema, verta dėmesio. Kai pjūviai tampa pernelyg siauri, mažesni nei 0,15 mm, įvyksta kažkas įdomaus. Mašinos turi žymiai sulėtinti darbą, kad būtų išlaikyta aukšta krašto kokybė, o tai padidina ciklo trukmę beveik 18%. Taigi, nors siauresni pjūviai leidžia sutaupyti medžiagos, pernelyg sumažinus pjūvio plotį, sumažėja gamybos efektyvumas.
| Medžiagos tipas | 0,3 mm pjūvio išeiga | 0,2 mm pjūvio išeiga | Patobulinimas | Pjūvio kokybės vertinimas* |
|---|---|---|---|---|
| Neekstraktinis plienas 304 | 87.1% | 93.6% | +6.5% | 9.2/10 |
| Aliuminis 5052 | 85.9% | 91.7% | +5.8% | 8.8/10 |
| Polikarbonatas | 79.4% | 88.3% | +8.9% | 7.5/10 |
*Pagrįsta paviršiaus šiurkštumo ir krašto statmenumo matavimais
Operatoriai turi optimizuoti penkis pagrindinius parametrus, kad maksimaliai padidinti efektyvumą nekenkiant pjaunamumui:
Aviacijos gamintojai sėkmingai įgyvendino parametrinio modeliavimo metodus, kad būtų pasverti šie veiksniai, pasiekiant 94 % medžiagos išeigą ir atitinkant AS9100 kokybės standartus. Ši strategija sumažina bandomąsias eigas 40 % lyginant su tradiciniais nustatymo metodais.
Šių dienų tikslaus pjaustymo įranga naudoja tiek lazerinę, tiek vandens srauto technologijas, kurių kiekviena turi savo unikalius pjūvio savybes. Lazeriniai pjaustikliai gali atlikti labai siaurus pjūvius, apie 0,1 mm pločio, kai dirbama su plonomis metalo plokštėmis, nors reikia gana daugiau energijos, kai susiduriama su atspindinčiomis paviršiais. Vandens srautas pasirenka visai kitokį metodą. Paprastai jis sukuria platesnius pjūvius, matuojamus nuo 0,2 iki 0,4 mm, tačiau ši technologija puikiai veikia su įvairiausiomis medžiagomis – nuo kietų akmenų iki kompozitinių plokščių – beveik nesukeldama šiluminio poveikio. Šis kompromisas yra vertingas, priklausomai nuo to, ką tiksliai reikia pjaustyti, ir kiek svarbu yra papildoma tikslumo dalis galutiniam produktui.
| Parametras | Lazerinis pjovimas | Vandens strūvio girta |
|---|---|---|
| Vidutinis pjūvio plotis | 0,1–0,3 mm | 0,2–0,4 mm |
| Medžiagos lankstumas | Metalai, plastikai | Metalai, akmenys, kompozitai |
| Šiluminis poveikis | Aukštas | Nėra |
2023 metų Gamybos instituto tyrimas parodė, kad vandens srauto sistemos sumažina medžiagos atliekų kiekį 18%lyginant su lazerinėmis sistemomis, pjaustant įvairių medžiagų partijas.
Kompiuterinio skaitmeninio valdymo (CNC) integracija leidžia pasiekti ±0,02 mm pjūvio plotį per realaus laiko koregavimą. Šiuolaikinės sistemos naudoja dirbtinio intelekto pagrįstus maršrutų optimizavimo algoritmus, kurie kompensuoja įrankių nublizgimą ir medžiagos netolygumus, pasiekiant 98,7 % pjūvio nuoseklumą avialangės aliuminio komponentuose (Advanced Manufacturing Journal, 2024 m.)
Naujausios naujovės apima:
Šios inovacijos kartu padidina medžiagos išeigą 22%aukštos tikslumo pramonės šakose, tokiose kaip mikroelektronikos gamyba.
Pjūvio plotis nurodo kiek medžiagos pašalinama arba nupjaunama apdirbimo procese, nulemdama medžiagos panaudojimo efektyvumą ir baigto produkto dydį.
Pjūvio pločio mažinimas sutaupo medžiagą ir padidina efektyvumą. Siauresni pjūviai leidžia tiksliau pjaustyti ir mažiau švaistyti medžiagos, dažnai sumažinant išlaidas.
Tikslumas yra būtinas užtikrinti nuolatinę produkto kokybę, sumažinti medžiagos atliekas ir optimizuoti gamybos išlaidas.
Technologijos, tokios kaip lazerio pjūvis, vandens srovės pjūvis, CNC integracija bei antgalio ir pjūklų dizaino tobulinimas padeda valdyti pjūvio plotį ir optimizuoti medžiagos naudojimą.
