Плазменная резка металла на станках с ЧПУ: разбираемся в технологии

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.

• Резка титановых заготовок.

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.

В таблице ниже собраны данные о нормах допустимых отклонений, касающихся неперпендикулярности кромок. На цифры влияет толщина заготовки. Чтобы при использовании станков с ЧПУ для плазменной резки металла получить необходимые допуски, нужно придерживаться технических рекомендаций и соблюдать режим работы.

Данная таблица содержит данные о нормах на шероховатость кромки. Иногда допускается присутствие отдельных неровностей, превышающих норму.

Приведенная таблица определяет нормальные значения ширины зоны термического влияния при плазменной резке сплавов алюминия. Эти цифры нужно умножать на два при работе с углеродистыми сталями и делить пополам для резки аустенитных сталей:

Для угла поверхности реза из-за оплавления установлен допуск скругления радиуса 1 мм.