Точность резки металла плазмой

Обновлено: 13.05.2024

При оснащении производства оборудованием для раскроя листового металла одним из первых возникает вопрос, какой тип резки использовать: лазерный или плазменный?

Проведем сравнительный анализ этих типов резки, с целью получения возможности принятия правильного решения по оснащению производства соответствующей установкой.

Рассмотрим следующие основные характеристики:

Производительность

Рассматривая производительность, следует отметить, что при резке деталей из тонколистового метала (до 2..3 мм) с большим количеством отверстий, пазов и др. наиболее эффективен мощный высокоскоростной лазер. Однако на толщинах более 6 мм плазма выигрывает по скорости резки, а при толщине листа 20 мм и выше – вне конкуренции.

Основное правило – при одинаковой потребляемой мощности установок плазменная резка производительней лазерной в 2..3 раза – при изготовлении простых деталей. При этом большие партии однотипных сложных деталей из тонкого металла все же целесообразней изготавливать на лазере, т.к. вырезанные детали могут быть применимы к следующим технологическим операциям без дополнительной обработки (удаление окалины).

Качество реза

Требования к качеству реза определяются спецификой конкретного производства. Например, для приварного фланца рабочей поверхностью служит плоскость фланца. Соответственно, шероховатость, конусность и пережог кромки не оказывают существенного влияния на конечное качество изделия. Напротив, для звездочки цепного привода чистота поверхности, отсутствие термических деформаций и точность профиля зубьев являются первостепенными задачами, и часто лазерная резка обеспечивает решение этих задач.

В таблице приведены основные отличия в качестве реза между лазерной и плазменной резкой:

При плазменной резке величину конусности кромки и количество окалины можно уменьшить или убрать совсем путем подбора оптимальных параметров, таких, как скорость и направление реза, высота плазмотрона над поверхностью металла, сила тока источника плазмы.

Сильное влияние на качество реза оказывает состояние расходных элементов (сопло, электрод, защитный экран, и др.). Шероховатость поверхности также зависит от скорости резки и рабочего тока источника. Чем ниже скорость и выше ток, тем меньше шероховатость, но тем больше окалина и перегрев кромки. Оплавление на углах и врезках может быть уменьшено путем правильного расположения врезок и методом прохождения углов «петлями».

Необходимо отметить что точность позиционирования резака и динамические характеристики координатной системы установок имеют важнейшее значение для качественного результата.

При грамотном подходе к эксплуатации хорошей установки плазменной резки можно добиться отличного качества реза: на переднем плане деталь, вырезанная лазерной установкой, на заднем – установкой плазменной резки.

Ограничения

* - но не менее 2..3 мм, т.к. диаметр пучка плазмы 1..2.5 мм;

S – толщина материала.

Сравнение процессов

На примере двух деталей с одинаковым контуром, вырезанных лазером и плазмой, рассмотрим в сравнении отдельные участки реза. (Низкоуглеродистая сталь толщиной 5 мм).

Сравниваемые детали изготовлены с применением установки лазерной резки известного европейского производителя и станка плазменной резки GIGAMECH 6PC с системой воздушно-плазменной резки Hypertherm Powermax65. Качество резки с применением установок других производителей могут отличаться от рассматриваемых.

Резка прямых и криволинейных контуров с радиусами более толщины металла происходит практически с одинаковым качеством. Видна небольшая разница в шероховатости поверхности реза.

Внутренние углы контура детали, вырезанной на плазме, скруглены, в связи с тем, что диаметр плазменного пучка более чем на порядок превышает диаметр лазерного луча (1..2.5 мм против 0.2..0.3 мм).

При плазменной резке ограничено расстояние между контурами резки на детали. При близко расположенных контурах происходит перегрев и пережигание тонких стенок. При конструировании это расстояние закладывают 2.5..4 мм, при возможных 0.5 мм - у лазера.

При лазерной резке отверстия либо без конусности, либо могут иметь небольшую конусность, обусловленную неоптимальной настройкой фокусирующей системы.

При плазменной резке отверстия и криволинейные контура имеют искажения геометрии. В частности, на отверстиях это конусность, направленная на уменьшение диаметра к нижней кромке отверстия. Обусловлено это явление тем, что плазменный пучок при изменении направления резки отклоняется в сторону, противоположную направлению движения.

Также, чем ближе диаметр отверстия к толщине металла, тем более явно может проявляться искажение геометрии отверстия и криволинейных контуров при резке. Эти искажения можно минимизировать правильной настройкой параметров резки.

Стоимость установки

Часто на принятие окончательного решения об оснащении производства лазером или плазмой влияет цена установки и стоимость эксплуатации.

Для правильного понимания вопроса о стоимости лазерной и плазменной установок примем, что предполагается резка металла одной толщины с одной скоростью. При этом на толщинах до 4..6 мм лазерная установка дороже плазменной примерно в 4..6 раз; при толщине 6..20 мм разница в цене отличается уже в 10 и более раз.

При резке металла толщиной более 20 мм применение лазерной резки становится доступным только крупным производствам с уникальными специфическими задачами.

К координатной системе для лазерной установки предъявляются повышенные требования по динамическим и точностным характеристикам, соответственно, необходимо применение комплектующих более высокой точности. Вследствие этого стоимость лазерной координатной системы выше в 3..4 раза.

Стоимость эксплуатации

Стоимость эксплуатации установок складывается из стоимости

энергетических затрат и затрат на рабочие газы;
стоимости расходных комплектующих;
стоимости сервисного обслуживания и ремонта.

Энергетические затраты

Основными потребителями электроэнергии в лазерной и плазменной установках являются лазер (источник тока для плазмы), координатная система со стойкой управления, вытяжная система, чиллер (для охлаждения рабочего тела лазера или мощного плазмотрона).

Энергопотребление лазерных и плазменных установок может быть близко по значению или различно, что зависит от ряда факторов. Например, при резке металла одной толщины (до 5..8 мм) с одной скоростью лазером и плазмой энергопотребление установок (включая оборудование, необходимое для работы установок – компрессор, чиллер, и др.) практически одинаково.

По иному обстоит дело при высокопроизводительной лазерной резке на высокой скорости. При той же толщине металла уже понадобится лазерная установка мощностью в 3..4 раза превышающей мощность плазменного станка. При резке металла толщиной более 8 мм потребная мощность лазера возрастает в несколько раз по сравнению с плазменными установками.

Энергопотребление установок при резке тонколистового металла находится либо на одном уровне, либо с небольшим перевесом в сторону плазмы. Резка толстого металла требует уже более высоких энергозатрат от лазера. В первом приближении лазерные и плазменные установки можно отнести к одному классу энергопотребления.

Обе системы резки включают в себя источник сжатого воздуха (кислорода, азота). Лазерная резка требует более высокой степени очистки рабочего газа, чем при плазменной резке, что, в свою очередь, требует присутствия высококачественных фильтрующих элементов, сепараторов, и др. в системе подготовки газа.

Расходные элементы и комплектующие

Основными расходными комплектующими для плазменной резки являются сопло и электрод, подвергающиеся непосредственному износу в процессе работы. При интенсивной резке, в зависимости от толщины металла, комплекта сопло-электрод может хватать на 600-800 прожигов или на 5-8 часовую рабочую смену. Защитные экраны, завихрители и др. элементы плазмотрона выходят из строя, как правило, в результате неправильных алгоритмов прожига и резки или аварийных ситуаций. Замена данных комплектующих производится с помощью обычной процедуры «открутил-закрутил» в течении нескольких минут.

Понятие «расходные» комплектующие для лазера весьма условно, т.к. детали лазерного источника и режущей головки (линзы, отражающие зеркала, сопла) выходят из строя реже, чем у плазмотрона, но их поломка и замена вытекают в дорогостоящий сложный ремонт. Например, «банальная» очистка линзы должна производиться под микроскопом в стерильных условиях и специальными инструментами. Стоимость линзы в 10..30 раз выше стоимости комплекта «сопло-электрод» для плазмы, а, например, лампа накачки для мощного СО₂ лазера может стоить как качественный комплектный источник плазмы.

Сервисное обслуживание и ремонт

При правильной эксплуатации источник плазмы и плазмотрон не требует каких либо сложных операций по регулировке и сервисному обслуживанию. Данные операции сводятся к продувке внутренних полостей источника тока и плазмотрона. Элементы плазмотрона легко заменяются силами эксплуатанта. При замене же каких-либо оптических деталей лазерной головки требуется сложная регулировка квалифицированным персоналом.

От чистоты поверхности металла напрямую зависит срок службы лазерной головки, напротив, при плазменной резке на поверхности допускается как ржавчина, так и масляный налет.

Стоимость эксплуатации одного и того же оборудования на различных производствах может отличаться в несколько раз. На это влияет толщина основного обрабатываемого металла, время непрерывной работы, качество и своевременность технического обслуживания, правильная подготовка рабочих газов.

Выводы

Обобщая вышесказанное, можно выделить несколько основных моментов, которые можно рекомендовать при выборе между лазерной или плазменной резкой.

На малых толщинах металла (до 5..6 мм) лазер малой мощности и плазма начальных уровней обладают примерно одинаковой производительностью и качеством резки (не принимая во внимание ограничения по минимальному диаметру отверстий и прорезке внутренних углов на плазме). Увеличение мощности лазера и, соответственно, увеличение скорости резки (производительности) влечет за собой большое увеличение стоимости лазерной установки.
При толщине металла более 6 мм производительность плазменного раскроя резко возрастает при меньших энергозатратах. При этом несколько ухудшается качество отверстий диаметрами, близкими к толщине металла.
Лазерная установка будет незаменима при резке очень маленьких и точных деталей, при резке неметаллических материалов (фанеры, пластиков).
При больших партиях деталей из тонколистовой стали с большим количеством малых отверстий, а особенно, когда эти отверстия (малые пазы) в конечном итоге ничем не закрываются и находятся на лицевой поверхности изделия, целесообразно применять лазерную резку (см. фото)

Точность плазменной резки

Оборудование для плазменной резки металла сегодня повсеместно применяется во многих отраслях хозяйства. Подобные технологии используются на крупных заводах, на мелкосерийном производстве и в небольших частных мастерских, а иногда и в быту. Струя плазмы быстро и точно раскраивает металл любой толщины. Оборудование для такой резки достаточно недорого и освоить его не так уж сложно. Из этой статьи вы узнаете, что такое точность плазменной резки металла.

Технология плазменной резки

Суть такой резки – воздействие на металл струей плазмы, которая образуется в процессе ионизации и нагрева газа до +10 000 °С и выше. Такой газ в своем составе содержит как заряженные, так и нейтральные частицы, но при этом он квазинейтральный. Свободные радикалы в нем делают плазму проводником электрического тока.

Изучение электропроводности высокоскоростных потоков газов в условиях высокой температуры послужило толчком для разработки и создания плазменных аппаратов для резки металла.

Существуют два метода воздействия на металл:

При использовании первого способа электрическая дуга зажигается между катодным узлом внутри резака и металлическим изделием, выступающим в роли анода. Катод находится внутри корпуса с соплом. Струя газа под давлением проходит мимо электрода, нагревается до высоких температур и становится ионизированной. Большая скорость потока газа получается при выходе из сопла. Возникшая электрическая дуга расплавляет металлическое изделие. Нагретый газ выходит из зоны нагрева.

Вторым способом раскраивают не только металл, но и материалы с низкой электропроводностью и диэлектрики. При косвенном резе источник электроискры размещается внутри резака, и на обрабатываемую поверхность воздействует исключительно струя плазмы. Стоимость оборудования с косвенной резкой выше, чем у аппаратов прямой плазменно-дуговой резки.

Общее техническое название резаков обоих типов – плазматрон, то есть генератор плазмы.

Технология плазменной резки имеет ряд преимуществ перед другими способами раскроя и обработки металла:

качественная резка изделий из металла, после которой не требуется шлифовки места разреза;
малые толщины до 50 мм режутся в 25 раз быстрее, чем посредством газопламенной резки;
плазморезы годятся для художественных работ и сложной фигурной резки;
обрабатываются не только металлы, но и прочие материалы;
деталь греют локально в месте разреза, за счет чего избегают тепловых и механических деформаций;
простота в использовании – не нужны баллоны газа под давлением, взрывоопасные и горючие вещества.

Оборудование для резки металла плазмой бывает промышленное и бытовое. На большом производстве для быстрой резки металла пользуются как ручными аппаратами, так и специальными стационарными автоматизированными плазменными станками с ЧПУ. Для бытовых целей используют небольшие переносные аппараты, питающиеся от электрической сети 220 или 380 V.

В аппаратах для бытового использования источником плазмы является сварочный генератор (инвертор) или трансформатор. Оборудование с инвертором меньшего размера и более удобно в использовании. Устройства с трансформатором отличаются высокой надежностью и долговечностью. Рабочее тело – подготовленный атмосферный воздух. Ручной аппарат обладает мощностью для распила металла толщиной не более 15–20 мм. У некоторых моделей есть функция бесконтактного зажигания дуги. В комплекте также плазмотрон и устройство подготовки воздуха.

На рисунке ниже дан графический пример для отображения понятия о точности плазменной резки металла. Пунктирная линия показывает край изделия согласно чертежу, который нужно получить после резки. Сплошная линия – кромка детали, которая получена фактически после обработки плазморезом.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Отчетливо видны отклонения от изначальных параметров и контура:

АЛ, Дв, ДС, AD – отклонения габаритов от изначальных номиналов;
Д/’лД/д, fc, А/0 – отклонения от изначальной формы краев.

В этом конкретном случае – это отклонение от прямолинейности, так называемая непрямолинейность. Таким образом, в это отклонение АЛ от номинала А входит изменение размера из-за перекоса кромки D.

Помимо указанных отклонений, присутствуют:

искажения от изначального взаимного расположения кромок из-за перекоса этих кромок относительно других или базовой;
отклонения всей поверхности изделия от плоскости;
неперпендикулярность плоскости разреза к поверхности изделия;
неплоская поверхности разреза;
отклонения от изначальных номинальных размеров и формы фасок под сварку;
отклонения от изначальных номинальных размеров и формы вырезов.

Приемлемый размер отклонений в точности регламентируется ГОСТом 14792–80 «Детали и заготовки, вырезаемые кислородной и плазменно-дуговой резкой. Точность, качество поверхности реза». Указанный норматив касается изделий, которые обрабатывают механизированной кислородной и плазменной резкой.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Изделия, согласно этому ГОСТу, выполнены:

Из листовой стали следующих типов: низколегированной, низкоуглеродистой, высоколегированной, коррозионно-стойкой, жаростойкой и жаропрочной.
Из листового алюминия и его сплавов.

Допустимы толщины в пределах от 5 до 100 мм при кислородной резке и от 5 до 60 мм при плазменной. ГОСТ допускает три класса точности для изделий одинаковых размеров.

Согласно исследованиям, использование портальных станков с цифровым программным управлением позволяет добиться первого и второго классов точности реза плазменной резки, если обеспечивается точность работы машин согласно их заводским установкам.

Второй и третий класс точности плазменной резки достигается станками с фотоэлектронным управлением, если согласно установочным чертежам требуется точность не менее ± 1,0 мм.

Переносные и ручные агрегаты для раскроя изделий обеспечивают третий класс точности выполняемых резов.

В нижеприведенной таблице указаны нормы допустимых отклонений в точности от номинальных значений при резке согласно ГОСТу 14792–80. Допустимые отклонения учитываются как половина допуска на размер.

Толщина листа, мм

Предельное отклонение при номинальных размерах детали или заготовки, мм

Плазменная и кислородная

В следующей таблице приведены нормы допускаемых отклонений на неперпендикулярность краев в зависимости от толщины металла, который режут плазмой. Чтобы добиться допусков, указанных в таблице, следует работать согласно технологическим заводским установкам и в отработанных режимах:

Нормы при толщине разрезаемого металла, мм

В третьей таблице даны допустимые нормы для шероховатости поверхности реза. Допустимы некоторые неровности, не укладывающиеся в указанные нормы шероховатости:

В последней таблице указаны нормы на ширину зоны термического влияния. Нормативы установлены для разреза плазмой сплавов алюминия. Они увеличиваются в два раза, если работают с углеродистой сталью, и уменьшаются в два раза, если речь идет об аустенитной стали:

Нормы для алюминиевых сплавов, при толщине в мм

ГОСТ или ISO для норм точности плазменной резки

Последние 10 лет на предприятиях российской промышленности широко используют технологию плазменной резки для заготовки материалов. В настоящее время лучшим считается оборудование для промышленной резки импортного производства, именно оно обеспечивает требуемую точность плазменной резки. Лидеры в этой области – компании из США Hypertherm и Victor, а также германская фирма Kjellberg. Однако производителями иностранного оборудования качество выполнения плазменной резки оценивается по ISO 9013:2002, а не по ГОСТ 14792-80.

Российский ГОСТ выпущен в 1980 году, а международный ISO – в 2002 году. Более поздний документ учитывает специфику современного оборудования и технологий, в отличие от более раннего ГОСТа. Каким же стандартом руководствоваться в своей работе конкретному российскому предприятию, решает не государство, как это было раньше, а руководство или отраслевые регламенты.

ГОСТ 14792–80 вводит следующие основные параметры:

Точность разрезаемых деталей и заготовок.
Критерии качества поверхности реза.
Отклонение плоскости реза от перпендикулярности.
Шероховатость плоскости реза.
Зона термического воздействия.

В ISO 9013:2002 приведено подробное описание процесса термической резки и методов замера для разных типов реза и толщин.

Средняя высота профиля

Толщина обрабатываемой детали

Допуск на машинную обработку

Допуск на прямолинейность

Допуск на параллелизм

Наклон линии сопротивления резанию

Допуск на перпендикулярность

Верхнее предельное отклонение

Допуск на перпендикулярность или угловатость

Нижнее предельное отклонение

Высота элемента профиля

Угол скоса среза

Одиночная длина выборки

Угол (установочный) насадки

Плавление верхнего края

В ISO 9013:2002 шире перечень критериев для определения точности и качества заготовок и их взаимного влияния друг на друга.

В международном стандарте ISO более критично и детально оценивается точность геометрии, а значит, и качество реза. Также в этом документе описана достаточно гибкая методика расчета и определения мест замеров. В отличие от ГОСТа, где перпендикулярность реза оценивается по трем критериям, в ISO присутствует таблица с пятью классами точности, и по каждому из них можно определить конечное значение по вполне конкретной толщине исходного материала.

На рисунке представлен вариант оценки германской компанией Kjellberg качества и точности реза при использовании разных технологий.

Здесь вполне наглядно можно сопоставить необходимое качество изделий с технологическими особенностями оборудования, чего не позволит сделать ГОСТ 14792-80.

И все-таки, чем же лучше руководствоваться: отечественным ГОСТом или международным ISO? Очевидно, что последний – более современный стандарт системы менеджмента качества, но нет смысла руководствоваться только им. Также очевидно, что отдельно взятое российское предприятие не сможет единолично обеспечить качество согласно ISO по всей цепочке до конечного потребителя, если прочие компании отрасли руководствуются другими стандартами и критериями качества продукции и услуг. Если на производстве используется отечественное оборудование, то работа согласно ГОСТов вполне оправдана.

Однако если предприятие ориентировано на экспорт или руководство компании ставит амбициозные задачи по организации бизнеса согласно международным стандартам, которые прописывают требования к точности плазменной резки, то руководством к действию послужат стандарты ISO.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Плазменная резка металла на станках с ЧПУ

Плазменная резка металлов относится к самым популярным на сегодняшний день способам раскроя. Обработка производится на специальных плазморезах, оснащенных автоматизированной системой управления. В нашем материале собрана информация о том, как осуществляется плазменная резка металла на станках с ЧПУ.

Виды плазменной резки металла с ЧПУ

Плазменной резкой производители называют обработку листов металла с помощью оборудования, где в качестве резца используется плазма.

Что такое плазма? Это ионизированный газ, несущий в себе положительные и отрицательные заряды, имеющий температуру несколько тысяч градусов на выходе из сопла. Он обладает квазинейтральными свойствами – это значит, что бесконечно малый объем газа не имеет заряда, он уравновешен и равняется нулю.

Плазменная резка металлов может выполняться несколькими способами.

К плазменно-дуговому методу относятся:

воздушно-плазменная технология обработки металлических изделий;
газоплазменный вид резки;
лазерно-плазменный способ.

Первый и второй приемы резки работают одинаково – здесь используют электродугу и раскаленный ионизированный поток газа. Отличается только рабочая среда: одна технология применяет струю воздуха, другое оборудование режет с помощью газа или водяного пара.

Для резки металлических изделий, имеющих толщину до 20 см, применяют комбинированные плазмотроны. Современные промышленные комплексы могут объединять технологии термической обработки струей газа и оборудование для плазменной резки. Также сегодня станки в большинстве случаев оснащаются системой ЧПУ (числовое программное управление). Можно выполнить резку металлических листов по траекториям любой сложности (прямые, криволинейные и т. д.).

На небольших предприятиях или для выполнения отдельных видов плазменной резки применяют ручное переносное оборудование, использующее классический плазменно-дуговой способ. В этих бытовых агрегатах, предназначенных для резки черного металла, применяется струя воздуха. Модели с ЧПУ, в которых могут использоваться разные газы, относятся к более высокому классу и, соответственно, их стоимость значительно выше.

Лазерно-плазменный способ резки металлов.

Применяемое в данном случае оборудование позволяет выполнять разные способы резки: лазерную используют для раскроя листов меньше 6 мм, листы металла большей толщины разрезают с помощью плазменно-дугового метода.

Оборудование с ЧПУ для плазменной и лазерной резки металла отличается более высокой производительностью. На нем предусмотрено множество вариантов раскроя, даже есть возможность реза отверстий.

Станки с ЧПУ, совмещающие лазерный и плазменный способы резки металла, в итоге более выгодны производителю. Во-первых, налицо экономия производственных площадей. Во-вторых, плазменно-дуговую резку применяют при обработке заготовок большого размера, а лазерную используют, когда требуется высокоточная обработка мелких изделий.

В лазерной и плазменной резке используются разные источники высокотемпературного нагрева. Первая осуществляется с помощью сфокусированного светового луча, который проходит точно по контуру детали. Нагревается небольшой участок металла, поэтому отходов при распиле меньше, а качественные показатели выше, чем при плазменной резке.

Это приводит к тому, что плазменный способ применяется реже в тех ситуациях, когда предъявляются высокие требования к точности размеров и качеству края изделий.

На предприятиях авиационной, космической, медицинской и других промышленных отраслей сегодня отдают предпочтение титану и сплавам из него. Его очевидные преимущества – это малая плотность и прочность. Однако инженерам приходится учитывать химическую активность и тугоплавкость этого металла.

Принимая во внимание набор свойств титана, механическая и термическая обработки для него не подходят. Газовое оборудование тоже применять нельзя – титан расплавится. Остаются только лазерный или плазменный способы резки.

На станке плазменной резки металла с ЧПУ с дополнительной функцией лазерной обработки можно изготовить детали сложной геометрической формы, к примеру, вырезать в ней несколько сопряженных вместе отверстий.

Плюсы и минусы плазменной резки металла

Проведем анализ преимуществ и недостатков плазменной резки металлов на станках с ЧПУ по сравнению с лазерным методом и другими способами обработки:

Плазменную резку можно применять при обработке большинства металлов, в том числе цветных, тугоплавких и прочих, «капризных» по своим характеристикам.
Скоростной режим резки плазмой более высокий, чем при работе газовым оборудованием.
Эта технология позволяет производить детали сложных геометрических форм, выполнять узорную и фигурную резку изделий, реализовывать самые креативные идеи и работать не только с металлом, но и с другими видами материалов.
Станок плазменной резки металла с ЧПУ можно настроить на работу с различными материалами, причем это не отразится на качестве работы.
Качество обработки кромок деталей намного лучше, чем при механических способах резки металла.
Числовое программное управление (ЧПУ) позволяет проводить обработку больших листов, так как резак может работать под разными углами.
При современных проблемах с загрязнением окружающей среды плазменную резку можно назвать наиболее экологичной технологией производства.
Затраты времени на обработку детали ниже, так как отсутствует стадия нагрева металла.
Технологический процесс не предусматривает использование взрывоопасных газовых баллонов, поэтому у плазменной резки выше уровень безопасности, чем при других вариантах обработки.

Любой метод металлообработки имеет свои минусы, поэтому в статье мы честно разберем все особенности плазменной технологии.

Что можно считать недостатками плазменного способа резки:

Стоимость установок плазменной резки металла с ЧПУ довольно высока, это касается даже самых простых ручных агрегатов.
Имеется предельная толщина для обработки металлов с помощью плазменного резака – это 10 см.
Станки с ЧПУ, даже самые современные, имеют высокий уровень шума, так как воздушная струя выходит из сопла под большим давлением.
Для работы на оборудовании с ЧПУ и его обслуживания нужно нанимать профессиональных сотрудников, прошедших специальную подготовку.

Станок с ЧПУ для плазменной резки металла

Развитие технологий обработки металла получило новый толчок с появлением плазменной резки. А разработка плазморезов с ЧПУ стала техническим воплощением идеи.

Оборудование с числовым программным управлением применяется на многих производствах. С помощью станков с ЧПУ производят резку элементов конструкций в строительстве, выпускают партии деталей для автомобилей, самолетов, любой техники. Установки для плазменной резки значительно повышают качество выпуска металлических дверей, стеллажей, сейфов, вентиляционных устройств и т. д.

На рынке представлены модели станков для плазменной резки металла с ЧПУ, у которых разные размеры, схемы управления и конструктивные особенности, имеются дополнительные функции, также они отличаются применяемой рабочей средой.

Но они обязательно оснащены следующими элементами:

плазмотроном, осуществляющим подачу газа или воздуха;
поворотным механизмом, облегчающим установку листов металла на рабочем столе;
устройством для перемещения резака и системой магнитов для крепления заготовки;
датчиком, контролирующим расстояние между горелкой и листом металла;
конструкцией, состоящей из профильного рельса и двух зубчатых реек по сторонам от него;
автоматизированной системой с ЧПУ.

Конструкция плазмореза не отличается сложностью. В чем принцип его работы? На горелку подается воздух или газ под большим давлением, в определенной точке он касается электрода, происходит ионизация и нагрев примерно до +30 000 °С. Ионизированный воздух становится проводником тока.

Это состояние воздушной смеси или газа называется плазмой. Раскаленная струя направляется в точку воздействия и расплавляет металл, а отходы удаляются благодаря высокому давлению. Чтобы аппарат работал в автоматическом режиме, оператор настраивает программу в системе ЧПУ. Дальше плазмотрон выполняет свои задачи, работник только следит за ходом процесса.

Какими преимуществами обладает оборудование с ЧПУ для плазменной резки металла:

Заданная программа обеспечивает высокую точность резки и изготовление деталей сложной геометрической формы.
Технология не требует высоких затрат энергии и вложения дополнительных финансов, отличается автономностью. По мере использования плазмотрона расходы уменьшаются, а уровень рентабельности становится выше.
Аппараты плазменной резки с ЧПУ отличаются высокой производительностью. Скорость работы плазмотрона намного выше, чем у газового оборудования, с ним может соперничать только лазерная установка. Благодаря этому преимуществу плазменные установки часто используют для массового производства деталей.
Эксплуатация и техническое обслуживание не вызывают трудностей.
Агрегат предназначен для резки металлических листов с разными свойствами, низколегированной и углеродистой стали, чугунных заготовок, имеющих толщину в пределах 0,5–150 мм, при этом обеспечивается высокое качество края и не требуется дополнительно обтачивать и шлифовать торцы.
При работе станка с ЧПУ нет выделений газов, не используется открытый огонь, что говорит о безопасности.
Система автоматически определяет толщину металла.

Есть определенные ограничения, которые нужно учитывать инженерам производственного отдела. Плазменная резка не подходит для работы с высоколегированной сталью толще 100 мм, а также для обработки титановых листов.

Как и любое другое оборудование, станок с ЧПУ должен проходить регулярные технические осмотры и обслуживание, тогда он прослужит длительное время.

Точность плазменной резки металла посредством оборудования с ЧПУ

В технической документации при проверке точности реза можно увидеть, что есть небольшие отклонения фактического контура детали (обозначается сплошной линией) от номинального контура (обозначен пунктирной), заданного чертежом для программы станка с ЧПУ. Из чертежа понятно, что фактические размеры и формы могут не совпадать с заданными: АЛ, Дв, ДС, AD − отклонения в размерах по факту от задания в чертежах; Д/’лД/д, fc, А/0– отклонения от заданной формы кромок. Конкретно в этом случае можно говорить об отклонении от прямых линий или непрямолинейности. Также имеет место перекос кромки D, которое привело к изменению размера АЛ от заданной линии А.

Также отмечается, что, во-первых, произошел перекос кромок по отношению друг к другу; во-вторых, фактическое взаимное расположение кромок не соответствует заданным значениям; в-третьих, поверхность детали отклонена от плоскости, резец прошел под углом к поверхностям изделия; в-четвертых, поверхность реза отклоняется от плоскости. Кроме этого, имеется отклонение в размерах и форме фасок под сварку, в размерах и форме вырезов.

Допуски и отклонения регламентируются ГОСТ 14792–80 «Детали и заготовки, вырезаемые кислородной и плазменно-дуговой резкой. Точность, качество поверхности реза». Документ определяет стандарты на производство деталей, вырезаемых с помощью механической и плазменной резки из следующих видов металла: низкоуглеродистой стали, низколегированной стали, высоколегированной коррозионностойкой, жаростойкой, сюда же входит алюминий и его сплавы. Для кислородного метода подходят толщины от 5 до 100 мм, плазменную резку можно применять для листов толщиной от 5 до 60 мм. ГОСТ предусматривает разделение деталей одного размера по трем классам точности.

Лабораторные проверки требований к деталям первого и второго класса показали, что такую точность можно получить, используя портальные машины с ЧПУ, если соблюдать все условия, указанные в паспортах станков. Оборудование с фотоэлектронным ЧПУ может обеспечить выпуск деталей второго и третьего класса точности, если копирчертежи выполнены с точностью не меньше +/-1 мм. Третий класс точности допустим при плазменной резке переносными агрегатами.

Таблица содержит данные норм по допускам от номинала, приведенные в ГОСТ 14792-80. Допуск отклонений от прямых линий установлен как половина допускаемого значения на размер.

Лазерная или плазменная резка — что лучше?

Давайте для начала рассмотрим принцип работы плазменного и лазерного оборудования.

Если простыми словами, то плавление металла при плазменной резке происходит за счет дуги. То есть, под воздействием воздуха.

В случае с лазерной резкой плазменной резкой плавление металла происходит за счёт сфокусированного лазерного луча.

Возможности плазменной и лазерной резки

В первом случае ширина реза не постоянна. Она изменяется в зависимости от толщины металла, от 0,8 до 2,5 мм. А при работе на лазерном станке она всегда практически одинакова и равняется от 0,2 до 0,3 мм.

Насколько плазменная резка будет точной, зависит от износа расходных материалов. Этот параметр составляет до 0,1 мм. При лазерном способе точность очень высокая и находится в диапазоне от 0,05 до 0,08 мм.

Важным параметром является конусность, она бывает от 1 до 5 градусов в зависимости от толщины вырезаемых отверстий. При лазере конусность минимальная. Она составляет менее 1 градуса.

Соответственно, отверстия на лазере получаются более геометрически правильными и подходят под точные соединения.

Для того, чтобы вырезать геометрически правильные отверстия на плазме нам необходимо, чтобы диаметр отверстия был в два раза толще листа.

А при лазерной резке возможность вырезания отверстий, как минимум, в два раза тоньше самого листа.

Также необходимо отметить и высокую скорость реза, которая даёт возможность прожигать толстые металлы.

А на лазере скорость значительно выше, чем на плазме. Но при увеличении толщины она сильно падает. Кроме того, время пробивки толстого металла увеличивается.

Стоит отметить про образование окалины при плазменной резке. Её избежать, к сожалению, невозможно, и деталь нужно будет ещё обработать.

А вот при лазерной резке её практически нет. То есть, детали, которые вырезаются на лазере, не нуждаются в дополнительной обработке.

Плазма имеет грязный рез, то есть при резке плазмы образуется много грата, и рез нуждается в пост-обработке. То есть, в любом случае нужно либо шлифовать, либо гальтовать, либо очищать материал другими способами.

В случае с лазерным станком при правильных настройках не требует никакой пост-обработки. Изделие сразу готово, как к сварке, так и к покраске, а в дальнейшем к продаже. Рез получается чистым.

У лазера очень тонкий рез, а у плазмы он может достигать 5 мм засчёт того, что температурное воздействие велико, что даёт дополнительное плавление.

Лазерный станок по металлу потребляет намного меньше электричества, чем плазма. Особенно это заметно на больших объемах.

Какие нужны расходники?

Для аппарата плазменной резки

На плазме необходимо менять сопла, электроды, защитные экраны, кожухи. А на лазере только линзы и сопло.

Для лазерного станка

Но при работе на лазерном станке раз в две недели необходимо менять линзу и сопло. Линза стоит 700 рублей, сопло — 900 рублей.

Максимальная ежемесячная оплата расходников для лазерного станка будет составлять 3 200 рублей.

Итак, давайте подведём итоги.

Плюсы и минусы плазмы и лазера

Плазма

Большой диапазон разрезаемых толщин от 0,5 до 50 мм на пробивку;
Высокая скорость реза при больших толщинах;
Низкая начальная цена оборудования
Отработанная технология резки под углом, как сейчас привыкли называть, резка со скосом.

Нецелесообразность обработки металлов тоньше 1 мм;
Конусность кромок до 5 градусов (некачественный край);
Присутствие окалины на отверстиях при поворотах, поэтому нужна дополнительная обработка изделий;
Ограничение на диаметр отверстия до 4 мм;
Высокая стоимость расходных материалов;
Низкая точность по сравнению с лазерным станком;
Требует постобработки;
Низкая скорость резки по сравнению с лазером на тонких материалах;
Невозможность выполнять многие разновидности резки, доступные лазерному станку.

Лазер

Перпендикулярность кромки;
Малая ширина реза;
Отсутствие окалины - получаете 100% готовое изделие;
Диаметр отверстия меньше толщины листа. Можно вырезать мелкие детали вплоть до 1 мм;
Низкое термическое воздействие на кромку;
Дешевые расходники;
Обработка тонкого металла от 0,2 мм;
Наивысшая возможная скорость резки;
Материалы не требуют постобработки и готовы к сварке, покраске или упаковке, а затем к продаже.

Можно резать металл только до 20 мм;
Высокая начальная цена оборудования.

Для чего нужна плазма, а для чего — лазер?

Лазер подходит там, где нужна точность, чистота реза и кромки и скорость. А плазма режет медленно, относительно лазера, и с грязным резом, поэтому сложные технические детали вырезать невозможно. А на лазерном станке по металлу возможно вырезать, например, небольшие шильды и таблички, тонкие решётки и сложные элементы дизайна, а также роторные колёса.

Плазма нужна для изготовления простых изделий. В форме прямоугольника, овала или квадрата, потому что их можно потом обработать. Но вырезать звёздочку с отверстиями внутри будет сложно. К тому же, на шлифовку уйдёт много времени. А оборудование для пост-обработки будет стоить в разы дороже, чем металлорезчик.

Плазма применяется там, где есть большие толщины и при простой резке, например, рельсов, элементов металлокаркаса или сварных конструкций и т.п..

Почему лазерная резка эффективнее?

Плазменная резка обрабатывает детали толщиной от 25 мм и выше, а оборудование стоит дешевле, чем металлорез. Но, несмотря на это, в сравнении с лазером, плазменная резка проигрывает.

Во-первых, потому что она более затратная термически.
Во-вторых, скорость обработки детали на лазере выше минимум в полтора раз по сравнению с плазмой. Лазерный станок за то же время обработает большее количество деталей.
Благодаря лазерной резке, мы можем обрабатывать больше деталей на одном листе. Это означает, что расстояние между деталями при лазерной обработке намного меньше, чем расстояние при той же плазменной резке. В частности, для лазерной резки при толщине 25 мм расстояние между деталями может составлять от 7 до 10 мм.

При плазменной резке это расстояние значительно увеличивается и соответственно выход готовых изделий металла, он уменьшается. Другими словами, мы за один и тот же промежуток времени обрабатываем большее количество деталей. Мы экономим металл, а отсюда мы выигрываем в экономике.

Пару слов о качестве резки. Современные лазерные станки обеспечивают высочайшее качество обработки кромки. Здесь нет грата, здесь нет завала кромок, окалин, здесь нет прочих явлений, которые могут возникать при плазменной резке.

При сопоставимом количестве деталей и утолщении листа мы получим стоимость детали на 20 — 30 % больше.. Почему так? Количество деталей, обработанных на этом листе увеличивается в лазерной резке. Расстояние между деталями сокращается, соответственно, мы экономим материал. Не требуется дополнительная обработка металла.

Стоимость лазерного станка окупается достаточно быстро так как:

экономим на расходниках
экономим на материале (меньше остатков)
экономим на пост обработке металла
экономим на времени за рабочий день можно выполнить больший объем работы

А теперь давайте сравним функциональность лазерных и плазменных станков

Зависит от степени износа расходных материалов.

При непрерывном режиме диаметр равен толщине материала. Для импульсного режима минимальный диаметр отверстия может составлять одну треть толщины материала.

Минимальный диаметр отверстий составляет 1,5 от толщины материала, но не менее 4мм.

Высокое качество углов

Происходит небольшое скругление угла, из нижней части среза удаляется больше материала, чем из верхней.

Обычно имеется (сильная)

Присутствуют на острых наружных кромках деталей.

Больше, чем при лазерной резке в разы.

Производительность резки металла

Очень высокая скорость при малых толщинах. Заметно снижается с увеличением толщины металла, продолжительный прожиг больших толщин.

Быстрый прожиг, очень сильно уступает в скорости лазерному станку, в десятки раз медленнее лазера.

Как быстро окупается лазерный станок?

На лазерном станке делаются сложные высокомаржинальные изделия, которые приносят хорошую прибыль;
При большой скорости увеличивается выработка;
Не нужны дополнительные устройство и время на постобработку изделия.

Поэтому лазер, несмотря на то, что превосходит плазморез в пять раз по цене, окупается гораздо быстрее. Например, если его стоимость 3 миллиона, в у плазмы 1 миллион, то плазма окупится за два месяца. При этом металлорез тоже может окупиться за два месяца, но он сделает больше выработки, чем плазма. И в следующие два месяца он принесёт гораздо больше прибыли. К примеру, плазма принесёт 1 миллион рублей, а металлорез - 3 мл рублей.

И кроме того, функционал лазерного станка шире, чем у плазмареза. Он может резать и сложные, и простые объекты, раскладывать материал, также обладает многими функциями, о которых компания “Лазеркат” рассказывает на пусконаладке. Если раскрыть весь потенциал металлореза, он окупится ещё быстрее, отчасти благодаря более дешевым расходникам.

Например, один наш клиент из Узбекистана, купивший нас станок для лазерной резки металла, заказал обучение и замену лазерной головы. После этого клиент спросил, почему у него при резке расходуется от 12 и более баллонов азота в день. Он вырезал круги и квадраты без режима Flycut, только по контуру. Использование данного режима позволяет резать в 10 раз быстрее, тем самым экономить ресурс излучателя, увеличивать количество производимой продукции и что самое важное - расходовать меньше газа. То есть, посредством экономии на расходниках мы имеем более быструю окупаемость.

Благодаря совокупности этих факторов металлорез эффективнее плазмореза в десятки раз.

Он не может конкурировать с плазмой только в единственном случае, когда нужна резка очень толстых материалов от 25 мм. Такие материалы используются, например, для производства рельс.

Когда металлорезчик режет, например, металл толщиной 20 мм, всё равно возникает определённая шероховатость, требующая доработки. Она ниже, но она лучше, чем у плазмы. Но тем не менее шероховатость нуждается в дополнительной обработке. В такой ситуации логика приобретения лазерного станка пропадает.

Читайте также: