В настоящее время резка металла приобретает все большее значение. Это происходит в первую очередь за счет увеличения объемов производства с которыми не справляется обычная ручная резка, а также в связи со значительным развитием кибернетики и автоматики, благодаря чему изготовление станков с ЧПУ для фигурной вырезки деталей и заготовок не представляет технической сложности и окупаемость данного оборудования лежит в пределах 0,5—1 года. Изготовление станков с ЧПУ в существенной мере облегчило труд резчика, повысило производительность труда и точность изготовления детали (заготовки), благодаря чему возросла роль резки металла в заготовительном производстве.
Одной из наиболее трудоемких операций, в настоящее время, остается подготовка кромок под сварку. Разработки в этой области на территории бывшего СССР до сих пор не увенчались успехом. Зарубежные аналогичные приспособления не получили широкого распространения в нашей стране в первую очередь из-за их высокой стоимости.
1. Область применения
1.1 Плазменная резка
Плазменная резка металла — высокоэффективный, производительный и перспективный способ обработки металлопроката.
Процесс плазменной резки основан на локальном расплавлении металла и выдуванием жидкого металла потоком плазмообразующего газа. Расплавление металла осуществляется совместным воздействием электрической дуги, горящей между плазмотроном и обрабатываемой деталью и потоком плазменного газа.
Плазменная резка позволяет обрабатывать прокат черных и цветных металлов и сплавов толщиной до 60 мм, тем не менее резать листы толще 30 мм экономически выгоднее газовой резкой. Она находит все более широкое применение при обработке нержавеющих сталей и цветных сплавов на основе меди, алюминия, титана.
В производстве металлоконструкций плазменная резка позволяют точные детали, не нуждающиеся в дальнейшей обработке. Применение плазменной резки позволяет отказаться от последующей обработки кромок для сварки.
1.2 Лазерная резка
Лазерная резка — высокоэффективный способ обработки тонколистового проката, тонкостенных труб, стандартного и специального профильного проката.
Процесс лазерной резки основан на локальном испарении металла при нагреве его лучом лазера. Легкость распространения лазерного луча позволяет производить обработку вне зависимости от пространственного расположения обрабатываемой поверхности.
Лазерная резка нашла широкое применение в заготовительном производстве на резке тонких листов. Vermeer Manufacturing Co., Pella, Iowa использует две установки лазерной резки, которые разрезают 2025 тонн металла в день для обеспечения заготовками девяти сборочных линий дорожной техники.
Резка металла и ее основные виды
... относятся дуговая, воздушно-дуговая, сжатой дугой (плазменная), лазерная и термогазоструйная. резка термическая металл кислородная Способность металла подвергаться кислородной резке называется разрезаемостью. Разрезаемость углеродистых сталей с ... реза. Таблица 3. Режимы ручной газовой резки с применением в качестве горючего газа ацетилена. Толщина металла, мм Номер внутреннего мундштука Давление на ...
Лазерная резка обеспечивает качественный, чистый безгратовый рез. Она обладает большей точностью по сравнению с плазменной резкой (0,076мм при лазерной резке против 0,38 мм при плазменной).
Кроме того, перпендикулярность кромок при лазерной резке лучше, чем при плазменной.
Существенным недостатком лазерной резки является низкий КПД самого лазера, что не позволяет обрабатывать листы толще 12 мм.
1.3 Резка водяной струей
Резка водяной струей — экологически чистый, высокоэффективный и перспективный способ обработки тонколистового материала.
Процесс резки водяной струей основан на механическом разрушении обрабатываемого материала под воздействием водяной струи высокого давления. Часто для увеличения мощности резки в струю добавляют абразивные материалы.
Резка водяной струей позволяет разрезать любые материалы. Решающим фактором при определении возможности обработки является толщина разрезаемого материала.
металл плазменный лазерный резка
2. Режимы обработки
2.1 Плазменная резка
Основными параметрами, регулируемыми при плазменной резке, являются: состав плазмообразующего газа, зазор между соплом и листом (факельный зазор), сила тока плазменной дуги и скорость резки. Причем, последний фактор напрямую зависит от двух предыдущих.
2.1.1 Плазмообразующий газ
Для ручной плазменной резки наилучшим плазмообразующим газом является воздух, он доступен и прост. Воздух показывает хорошие результаты на листах толщиной 25,4 мм. Отрицательной характеристикой применения воздуха является незначительное обесцвечивание и нитрирование кромки реза.
Для автоматической плазменной резки обычно используют двойной газ. Наиболее эффективная комбинация для резки листов толщиной ~25,4 мм — азот в качестве основного газа и водяной туман в качестве дополнительного. Но на тонких листах водяные пары могут охлаждать рез слишком быстро, не обеспечивая достаточный нагрев, в результате чего кромка реза получается грубой, а на нижней поверхности образуется шлак. Для устранения этого дефекта необходимо увеличить силу тока и (или) уменьшить скорость резки.
При резке листов толщиной более 25,4 мм многие производители удачно используют в качестве основного газа аргон или водород, а в качестве дополнительного — азот или двуокись углерода. Смесь водород-азот позволяет минимизировать нитрирующий эффект. Применение углекислого газа пока более дорого, чем использование азота, однако он позволяет получать более чистые резы и уменьшает вредные испарения, возникающие в процессе резки.
Важное значение при плазменной резке играет не только выбор плазмообразующего газа (газов), но и определение оптимального давления, обеспечивающего высокое качество реза и продолжительность службы электрода и сопла. При повышенном давлении возникают проблемы в начале процесса резки и уменьшается срок службы электрода. При пониженном давлении плазмотрон охлаждается недостаточно, что может привести к раздвоению дуги и разрушению сопла.
|
Газ |
Обрабатываемый материал |
Преимущества |
Недостатки |
|
|
Воздух |
Углеродистые стали Нержавеющие стали |
Чистый быстрый рез на углеродистых сталях. Приемлемость. Удобство. |
Быстрое выгорание электрода Нитрирование поверхности реза Окисление нержавеющих сталей, алюминия |
|
|
N2 |
Нержавеющие стали Алюминий Углеродистые стали |
Отлично разрезает: нержавеющие стали, алюминий. Высокий ресурс электрода. |
Нитрирование поверхности реза |
|
|
Ar-H2 |
Нержавеющие стали Алюминий |
Отличное качество реза и скорость на материалах толще 12,7 мм Малое задымление |
Дорогой Не применим на углеродистых сталях |
|
|
O2 |
Углеродистые стали |
Чистый рез Отсутствует нитрирование поверхности реза Самый быстрый способ резки углеродистых сталей |
Короткий срок службы электрода Окисление нержавеющих сталей, алюминия |
|
2.1.2 Ток дуги
Ток дуги напрямую определяет толщину разрезаемого металла и срок службы электрода и сопла.
Для каждого комплекта электрод-сопло существует свой номинальный ток. При резке металла рекомендуется устанавливать ток дуги не более чем 95%, от номинального значения. При повышении тока дуги следует увеличить диаметр выходного отверстия сопла.
2.1.3 Факельный зазор
Факельный зазор влияет на перпендикулярность кромок реза, плотность плазменной дуги и устойчивость дуги. Чем больше факельный зазор, тем больше угол наклона кромки реза. Оптимальный зазор — 1,5…10мм.
Поддержание постоянной величины факельного зазора обеспечивает получение качественного реза без дефектов на кромках. Уменьшение оптимальной величины зазора приводит к преждевременному сгоранию сопла и электрода. Особенно значительно это проявляется при контакте сопла с разрезаемым листом. Для устранения этой ситуации многие машины оборудуют стабилизаторами высоты, автоматически поддерживающими оптимальный факельный зазор.
2.1.4 Скорость резки
Скорость резки оказывает существенное влияние на качество реза, в первую очередь на наличие шлака на нижней поверхности и на легкость его удаления.
При пониженной скорости резки плазмообразующий газ будет расходоваться нерационально, на нижней стороне листа образуется “низкоскоростной” шлак, который легко удаляется.
При повышенной скорости резки дуга начинает осциллировать, в результате чего линия реза получается волнистой. На нижней стороне листа образуется так называемый, “высокоскоростной” шлак, отделение которого затруднено
Скорость резки должна быть такой, чтобы угол отставания прорезания нижней кромки от верхней не превышал 5.
2.1.5 Ширина реза и угол наклона кромок
Решающее влияние на точность и качество резки оказывает ширина реза и угол наклона кромок. Размеры реза и форма кромок определяется многими параметрами, такими как: ток и напряжение дуги, расход плазмообразующего газа и скорость движения плазмотрона.
Размер выходного отверстия сопла и ток дуги напрямую влияют на ширину реза. Увеличение любого из этих параметров повлечет увеличение ширины реза. Оценить величину ширины реза, можно увеличив размер выходного отверстия сопла в 1,5 раза. Для вырезки деталей с требуемыми размерами необходимо сдвигать плазмотрон на полуширину реза в «металл». На станках с ЧПУ это осуществляется с помощью компенсаторов реза или корректоров, которые автоматически пересчитывают эквидистантную траекторию движения инструмента.
Широкий рез (размеры детали меньше требуемых) может получиться вследствие частичного разрушения электрода, большой величины факельного зазора, повышенного тока дуги, несоответствующий расход плазмообразующего газа или низкая скорость резки.
Узкий рез (размеры детали больше требуемых) является следствием небольшого факельного зазора, пониженного тока дуги, большого расхода плазмообразующего газа или высокой скоростью резки.
Угол наклона кромок — это угол между обработанной поверхностью и перпендикуляром к поверхности листа. При тангенциальном подводе плазмообразующего газа левая и правая кромки реза имеют различный угол наклона. При закручивании потока газа по часовой стрелке угол правой кромки, если смотреть по ходу движения плазмотрона, равен 1…3, а левой — 3…8. Угол кромки, превышающий 5, сигнализирует о возникновении проблем с параметрами резки.
Положительный угол наклона (верхний размер больше нижнего) является следствием повреждения сопла, растяжения дуги, пониженного тока дуги или высокой скорости резки.
2.1.6 Типичные ошибки при плазменной резке
запоздалая или преждевременная замена сменных элементов плазмотрона
является использование некорректных режимов резки
Небрежное отношение к состоянию плазмотрона, Отсутствие контроля расхода плазмообразующего газа и охладителя
Непрорез . При пробивке и непрорезе брызги расплавленного металла летят вверх, на плазмотрон. Кроме того, при непрорезе плазмотрон работает в режиме “пробивки” то есть на повышенном токе, что сокращает срок его службы и может привести к разрушению плазмотрона.
Повышенная или пониженная скорость резки, Растяжение дуги
механическое повреждение плазмотрона
3. Оборудование
3.1 Оборудование для плазменной резки
Выбор оборудования для плазменной резки в нынешнее время и сложен и прост одновременно. В существующем многообразии плазмарезательного оборудования трудно выбрать самую лучшую модель, однако оборудование которое вы желаете найти достаточно просто. Но в любом случае необходимо помнить, что приобретая оборудование для плазменной резки необходимо выбирать оборудование, способное резать лист толще ожидаемого на 35% при врезки с кромки листа и на 50% при пробивке.
3.2 Модернизация оборудования для плазменной резки
В связи с быстрым развитием оборудования для плазменной резки, в первую очередь устаревают и выходят из строя какие-то отдельные узлы машин для плазменной резки, а основа, ходовая часть еще удовлетворяет производственным требованиям. Поэтому не всегда имеет смысл покупать новую машину, довольно часто можно обойтись модернизацией имеющегося оборудования.
3.2.1 Модернизация плазменной системы
Предъявление дополнительных требований к резке металла большой толщины, различного материала и, в меньшей мере, появление претензий к качеству реза (из-за нестабильности горения дуги) — определяющие доводы для модернизации плазменной системы.
При увеличении толщины металла подвергаемого резке вполне достаточно приобрести и установить источник питания большей мощности.
При ужесточении требований, предъявляемых к качеству реза, а также при включении в диапазон материалов, подвергаемых резке нержавеющих сталей, цветных металлов и сплавов, следует не только повысить мощность источника питания, но и произвести замену плазмообразующего газа, например, на азот, кислород, водород или двойной газ.
Модернизация плазменной системы оказывает существенное влияние на качество (структуру и химический состав) поверхности реза и толщину разрезаемого металла, и, в меньшей степени, на точность изготовления детали.
3.2.2 Модернизация ходовой части машины
Модернизация ходовой части может включать в как только замену приводов на более современные, надежные и скоростные, так и добавление какого-либо привода (например, поперечного движения каретки или подъема-опускания резака).
Добавление привода достаточно сложная и дорогостоящая задача, решение которой кардинально изменяет технические возможности машины, выводя их на современный уровень оборудования для плазменной резки.
Замена приводов на более скоростные и точные позволяет увеличить геометрическую точность вырезаемых деталей, расширить диапазон толщины, подвергаемых вырезке, в сторону уменьшения и сократить время, затрачиваемое на холостые переезды.
Модернизация имеющихся приводов в сочетании с модернизацией плазменной системы существенно повышает производительность оборудования, точность и качество вырезаемых деталей.
3.2.3 Установка стабилизатора высоты
Стабилизатор высоты — устройство, призванное поддерживать факельный зазор в требуемом диапазоне. Последние разработки обеспечивают точность поддержания факельного зазора 0,127 мм.
Установка стабилизатора высоты позволяет повысить точность и качество вырезаемых деталей.
3.2.4 Модернизация ЧПУ
Одним из определяющих условий производства является способность изготовить заказ в кратчайшие сроки, и без современных средств автоматизированной подготовки производства здесь не обойтись. Поэтому, модернизация устройства ЧПУ до современного уровня — это глобальный шаг в развитии производства и выхода на мировой рынок.
Установка современной системы ЧПУ наряду с комплексной автоматизацией управления и подготовки производства позволяет начать изготовление продукции практически сразу после поступления заказа на предприятие-изготовитель.
3.3 Оборудование для лазерной резки
Отличительной особенностью оборудования для лазерной резки являются пяти- шести-осевые системы, позволяющие выполнять резы практически в любом пространственном положении не только на листах, но и на профильном прокате (трубы, балки и т.п.), а также большие возможности в области создания автоматических производств.
Оборудование для лазерной резки позволяет создать непрерывный технологический цикл, используя несколько (чаще всего достаточно двух) кабин. В то время, как лазер вырезает детали в одной кабине, оператор или загрузочно-разгрузочный робот-манипулятор подготавливает другую кабину к следующему циклу.
Для промышленных целей используется CO 2 лазер, мощностью 2,2 КВт.
Литература
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/proizvodstvo-metallokonstruktsiy/
1. Welding design & Fabrication. November 1997.
2. Welding design & Fabrication. February 1998.
3. Welding design & Fabrication. March 1998.
4. Welding design & Fabrication. July 1998.
5. Welding design & Fabrication. August 1998.
6. Welding design & Fabrication. October 1998.
7. Welding design & Fabrication. Ma
