Sama grubość blachy to tylko punkt wyjścia do rozmowy o doborze maszyn. W praktyce projektanci elementów, np. do kotłów i zbiorników ciśnieniowych, konstrukcji wsporczych, kadłubów statków czy mostów stalowych najpierw obliczają, jakim obciążeniom i siłom będą one poddawane, jaka powinna być ich nośność, sztywność oraz dopuszczalne odkształcenia, i dopiero na tej podstawie dobierają konkretny gatunek stali lub stopu. Grubość materiału jest więc w dużej mierze wypadkową tych obliczeń, a nie odwrotnie. W branży funkcjonuje umowny podział: blachy cienkie – do ok. 3 mm, średnie – w przedziale 3–10 mm, oraz grube – od 10–12 mm wzwyż, choć w energetyce, przemyśle stoczniowym czy budowie ciężkich maszyn nierzadko mowa jest o grubościach rzędu 50, a nawet 100 mm.

Powiązane firmy

Co istotne, o doborze maszyny decyduje nie tylko grubość, lecz również gatunek materiału. Blachy o podwyższonej wytrzymałości, takie jak np. stale konstrukcyjne S355 czy S690, wymagają zupełnie innych parametrów cięcia i gięcia niż stal miękka o tej samej grubości. Wynika to z wyższej granicy plastyczności i innego zachowania materiału podczas odkształcenia.

źródło: opracowanie własne na podstawie informacji pozyskanych od producentów/dystrybutorów

Inna skala sił, inne wymagania wobec maszyn

Skalę sił, z jakimi mierzą się maszyny do obróbki grubej blachy, dobrze ilustruje przykład gięcia.

– Gięcie grubej blachy to zupełnie coś innego niż gięcie blach cienkich, do 10 mm. Trzeba mieć do tego odpowiednio przygotowany park maszynowy, a przede wszystkim właściwe narzędzia. Miejscowe naciski w strefie gięcia często przekraczają 500–1500 ton na metr bieżący – mówi Paweł Podziemek, CEO w firmie Arston. 

Jak tłumaczy, przy grubościach powyżej 50 mm, zwłaszcza w gatunkach twardych lub specjalnych, zawodzi nawet klasyczna matematyka stosowana do wyliczania rozwinięcia blachy – w praktyce trzeba wykonać próby i indywidualnie dobrać współczynniki rozwinięć. Firma Arston dysponuje prasami o nacisku maksymalnym do 3000 ton, co pozwala giąć blachy nawet 100-milimetrowej grubości. – Podczas takiego gięcia, stojąc przy maszynie, naprawdę czuje się i słyszy, jak korpus maszyny i fundament przejmują na siebie te obciążenia – dodaje Paweł Podziemek.

Nieco inny problem dostrzega Paweł Świtała, założyciel i doradca techniczny w DIG Świtała. Jego zdaniem paradoksalnie największym wyzwaniem przy obróbce grubych blach nie jest samo gięcie, lecz zapewnienie odpowiedniej sztywności konstrukcyjnej maszyny i pełnej kontroli nad jej ugięciami pod obciążeniem. Bez tego trudno osiągnąć wysoką precyzję procesu. Dlatego w prasach krawędziowych GADE stosuje się m.in. stół typu sandwich, cztery prowadnice suwaka oraz układy pomiarowe monitorujące deformację stołu, suwaka i słupów prasy. Pozwala to na bieżąco kontrolować rzeczywiste zachowanie konstrukcji podczas gięcia. W przypadku cięcia grubych blach – głównie tlenowego i plazmowego, a coraz częściej także laserowego – równie istotne jest skuteczne odprowadzanie ciepła z mostu tnącego i ograniczenie ryzyka jego deformacji.

Cięcie termiczne: laser depcze po piętach plazmie i tlenowi

Wybór technologii cięcia grubej blachy zależy przede wszystkim od jej grubości, wymaganej dokładności i przeznaczenia gotowego elementu. Do dyspozycji są zasadniczo trzy metody termiczne – laser, plazma i cięcie gazowe (tlenowe) – które różnią się jakością krawędzi, prędkością pracy i kosztem jednostkowym, a wybór między nimi rzadko bywa oczywisty.

Warto przy tym pamiętać o realnych granicach każdej z powyższych technologii cięcia. Uogólniając nieco, można przyjąć, że cięcie plazmą najlepiej się sprawdza w procesach cięcia arkuszy blach o grubości od mniej więcej 1 mm do ok. 40 mm. Wykorzystanie plazmy do takich grubości zapewnia najlepszą wydajność procesu, a przy tym odpowiedni poziom dokładności wymiarowej i akceptowalną jakość krawędzi wycinanego detalu. Jeśli mamy do czynienia z jeszcze grubszymi blachami (o grubości ponad 200 mm), wówczas obecnie najbardziej optymalną metodą będzie cięcie gazowe (tlenowe). Nie oznacza to naturalnie, że inne technologie nie poradzą sobie z takimi grubościami, jednak efektywność procesu cięcia będzie na dużo niższym poziomie. I to właśnie ekonomika, a nie brak alternatyw, najczęściej decyduje dziś o wyborze cięcia gazowego w zakładach pracujących z bardzo grubymi blachami.

Przez lata lasery światłowodowe (fiber) kojarzone były głównie z cienką i średnią blachą. To się jednak zmienia. – Patrząc historycznie, w początkowej fazie rozwoju, lasery fiber miały wiele zalet głównie w obróbce blach cienkich. Dynamiczny rozwój tej technologii w ostatnich latach rozszerzył jednak jej zastosowanie również na grube blachy – mówi Rafał Lisowski, Area Sales Manager w Trumpf Polska. Jak wyjaśnia, to zasługa światłowodów dwurdzeniowych, nowych metod cięcia, odpowiednio dobranych mieszanek gazowych i zaawansowanych geometrycznie dysz. – Dzięki temu klienci obrabiający grube blachy coraz częściej inwestują w wycinarki laserowe fiber. W porównaniu z innymi metodami obróbka laserowa grubych blach jest szybka i precyzyjna. Choć dla ekstremalnych grubości i specjalnych aplikacji inne metody wciąż mają swoje zalety, zakres stosowania wycinarek fiber systematycznie się poszerza.

Podobny trend, choć z pewnym zastrzeżeniem, potwierdza Paweł Stefaniak, współwłaściciel Solution Trade. – Wzrost popularności laserów fiber jest widoczny, choć przy grubych blachach sytuacja wygląda nieco inaczej niż przy materiałach cienkich. Technologia fiber coraz częściej jest wybierana ze względu na szybkość, elastyczność i możliwość automatyzacji procesu. Przy naprawdę dużych grubościach wciąż jednak bardzo dobrze sprawdzają się plazma czy cięcie tlenowe, zwłaszcza gdy kluczowy jest koszt jednostkowy. Nie ma jednej uniwersalnej technologii – wybór zawsze zależy od konkretnej produkcji i jej parametrów – wyjaśnia Stefaniak.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Produkcja mechaniczna

Jak zapewnić precyzję w obróbce wielkogabarytowej

Wały o długości kilkunastu metrów, korpusy turbin ważące dziesiątki ton, ogromne tuleje i konstrukcje dla przemysłu stoczniowego czy lotniczego – to codzienność zakładów zajmujących się obróbką wielkogabarytową. Im większy detal, tym więcej czynników może zaburzyć jego dokładność, a błędy, które przy standardowych elementach byłyby pomijalne, w skali XXL potrafią przesądzić o tym, czy gotowa część w ogóle nadaje się do dalszego montażu.

Produkcja mechaniczna

Inżynieria wielkich gabarytów

Budowa dedykowanych centrów obróbczych 5HMC oraz głęboka modernizacja istniejącego parku maszynowego dla lidera w branży produktów węglowych i grafitowych.

Gilotyna wciąż w grze – ale nie każda do wszystkiego

Choć pod względem zaawansowania technologicznego nożyce gilotynowe przegrywają z maszynami do cięcia plazmą czy laserem fiber, to jednak wciąż są one wykorzystywane przez przedsiębiorstwa produkcyjne. Dzięki deklarowanym dopuszczalnym grubościom cięcia stosunkowo łatwo wybrać właściwe urządzenie do konkretnych potrzeb. Trzeba jednak mieć świadomość, że nożyce, które mogą sobie dobrze radzić z blachami o grubości nawet powyżej 20 mm, mogą nie sprostać cięciu cienkich blach. Dlatego też producenci tego typu urządzeń podają nie tylko maksymalne, ale również minimalne grubości blach.

O efektywności, ale i precyzji cięcia za pomocą nożyc gilotynowych decydują bowiem w dużej mierze ich konstrukcje czy zastosowane rozwiązania. Ważne są np. kąt cięcia i minimalna szczelina między ostrzami.

Trzeba też pamiętać, że sama grubość blachy nigdy nie powinna być jedynym kryterium wyboru maszyny. Niezwykle istotne są także wytrzymałość i gatunek materiału, bo blacha ze stali o podwyższonych parametrach wytrzymałościowych będzie się gorzej cięła, nawet jeśli będzie się mieścić w deklarowanym zakresie grubości. Z tego powodu przed zakupem gilotyny warto skonsultować z dostawcą nie tylko planowany zakres grubości, ale i typowe gatunki stali, jakie będą trafiały do produkcji – w tym coraz częściej stale nierdzewne i stopy aluminium, które zachowują się przy cięciu inaczej niż stal węglowa.

Prasy krawędziowe: siła to nie wszystko

W przypadku procesu gięcia grubych blach niezbędne są specjalistyczne maszyny, które charakteryzują się bardzo dużą siłą nacisku (od kilkuset do nawet 2–3 tysięcy ton). Co jednak istotne, duża siła nacisku nie musi oznaczać jednoczesnego spadku precyzji obróbki. Dostępne na rynku prasy krawędziowe zapewniają odpowiedni poziom precyzji, jaki jest niezbędny przy gięciu dużych elementów wykorzystywanych w różnego rodzaju zastosowaniach dla branży energetycznej czy dla przemysłu ciężkiego.

Naturalnie siła nacisku nie może być jedynym parametrem, jaki będziemy brali pod uwagę przy wyborze maszyny do gięcia blachy. Podobnie jak w innych procesach obróbki grubych blach, przy gięciu trzeba uwzględnić nie tylko grubość i długość detali. Ważny jest również rodzaj giętego materiału, jego wytrzymałość na rozciąganie, a nawet zakładany promień gięcia. Ważne w kontekście gięcia naprawdę dużych, a więc i ciężkich arkuszy blach, są również parametry wytrzymałościowe maszyny do gięcia, odpowiednie systemy mocujące i wreszcie narzędzia (stemple i matryce) wykorzystywane w procesie gięcia.

Zły dobór narzędzi względem rodzaju giętego materiału, nieprzestrzeganie dopuszczalnych sił nacisku czy też nieodpowiednia geometria będą skutkować szybszym zużywaniem się narzędzi. Dla przedsiębiorstwa oznacza to nie tylko koszty związane z ich wymianą, ale również realne straty wynikające z nieprzewidzianych przerw w produkcji.

Automatyzacja przy obróbce grubych blach

Automatyzacja obróbki grubych blach przebiega innym tempem w gięciu i w cięciu, co potwierdza Paweł Świtała. Przy gięciu grubych blach automatyzacja ma szczególne znaczenie przede wszystkim ze względu na bezpieczeństwo operatora. Duża masa detali często wymaga zastosowania suwnicy, co zwiększa ryzyko wypadku podczas pracy. Rozwój chwytaków magnetycznych pozwala jednak zautomatyzować manipulowanie detalem i w wielu przypadkach całkowicie wyeliminować suwnicę z procesu gięcia. Inaczej wygląda sytuacja przy cięciu grubych blach, gdzie pełna automatyzacja często nie ma jeszcze uzasadnienia ekonomicznego. Praktycznym rozwiązaniem bywają tu stoły o podwójnej długości, które umożliwiają przygotowanie materiału na jednej części stołu w czasie, gdy na drugiej trwa cięcie.

Na kwestię precyzji obróbki długich i grubych elementów zwraca z kolei uwagę Paweł Podziemek z Arston: – Precyzja gięcia blach o długości przekraczającej 12 m to nie tylko nowoczesne maszyny i technologia. Bardzo ważne jest również doświadczenie operatorów. W naszej firmie dużą wagę przykładamy do jakości stosowanych narzędzi, aby na całej długości 16 m osiągnąć idealne kąty i wymiary geometryczne – podkreśla Podziemek. Jak zaznacza, każdy arkusz i każdy wytop przy takich długościach może być zupełnie innym problemem, bo blachy między sobą mogą się nieznacznie różnić grubością lub twardością.  – Aby zachować wysoką precyzję na całej długości, uważnie kontrolujemy każdy detal i ustalamy parametry w zależności od miejsca w nestingu – w praktyce ma znaczenie, czy dany element był wycięty z brzegu, czy ze środka arkusza.

Dobór dostawcy i pułapki inwestycyjne

Nawet najlepsza maszyna nie zrekompensuje błędów popełnionych na etapie jej doboru. – W praktyce najczęściej błędy wynikają z niedopasowania maszyny i narzędzi do realnych warunków produkcji. Często patrzymy na moc czy możliwości maszyny, a pomijamy materiał, zakres grubości, wielkość serii i sposób wykorzystania urządzenia – zwraca uwagę Paweł Stefaniak z Solution Trade. – Przy doborze narzędzi jest podobnie: niewłaściwy wybór szybko przekłada się na gorszą jakość detalu, większe zużycie i częstsze przestoje, a do tego dochodzi jeszcze dostępność serwisu i części zamiennych. Dobrze dobrana maszyna to nie tylko parametry z katalogu, ale przede wszystkim rozwiązanie dopasowane do konkretnej produkcji.

Decyzje inwestycyjne w tym segmencie zapadają dziś w wyjątkowo niepewnym otoczeniu. – Inwestowanie w ostatnich latach stało się o wiele trudniejsze. Zawirowania geopolityczne, w tym wojny konwencjonalne i handlowe, sprawiły, że sytuacja na rynku jest bardzo dynamiczna. Inflacja oraz rosnące koszty pracy i energii nie ułatwiają życia przedsiębiorcom – mówi Rafał Lisowski. Dodatkowym utrudnieniem, jego zdaniem, jest chaos na rynku wycinarek laserowych fiber, związany z pojawieniem się zbyt wielu firm oferujących urządzenia oparte na tej technologii, co prowadzi wręcz do swoistego paradoksu wyboru. – W tak niestabilnych czasach klienci skupiają się na swoim core businessie. Z punktu widzenia inwestycji maszynowych stawiają na stabilnych partnerów, którzy dostarczają zarówno sprzęt, jak i usługi serwisowe na najwyższym poziomie – zaznacza przedstawiciel Trumpf Polska.

Warto też pamiętać, że dobór technologii cięcia czy gięcia to dopiero początek – równie istotna jest logistyka pracy z ciężkim materiałem. System podawania, podtrzymywania i odkładania arkuszy, a także sprawna organizacja odpadu poprodukcyjnego, mają bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo i wydajność całego procesu. Dlatego coraz więcej producentów oferuje kompleksowe centra do cięcia lub gięcia blach, łączące samo urządzenie z systemem podawania materiału od frontu maszyny oraz stołami podtrzymującymi, które stabilizują arkusz podczas obróbki. Rozwiązanie to zyskuje na popularności zwłaszcza w zakładach pracujących z elementami wielkogabarytowymi, gdzie ręczne manipulowanie arkuszem ważącym kilkaset kilogramów byłoby zarówno nieefektywne, jak i po prostu niebezpieczne.

Podsumowanie

Obróbka grubych blach to proces, w którym decyzje podejmowane na etapie doboru maszyny – zarówno do cięcia, jak i do gięcia – rzutują na jakość, koszty i bezpieczeństwo produkcji przez lata. O sukcesie inwestycji decyduje nie tylko moc czy nacisk deklarowany w katalogu, ale przede wszystkim dopasowanie maszyny do konkretnego materiału, skali produkcji i realnych warunków pracy w zakładzie. Rosnące znaczenie automatyzacji – widoczne choćby w rozwoju systemów automatycznej wymiany narzędzi – pokazuje, że nawet tak „ciężkie” procesy jak obróbka grubej blachy nie są odporne na cyfryzację i robotyzację. Ostatecznie jednak o precyzji i powtarzalności produkcji decyduje połączenie trzech elementów: sztywnej i dobrze skonstruowanej maszyny, właściwie dobranych narzędzi oraz doświadczenia operatorów, którego żadna automatyzacja jeszcze w pełni nie zastąpiła.