Плазменный раскрой металла

Что такое плазменная резка и ее особенности

Плазменная резка – один из способов обработки металла. Между электродом и соплом зажигается электрическая дуга, температура которой может достигать 30 тыс. градусов, а скорость 1500 м/с. Плазма без особых усилий режет металл в 200 мм толщиной.

Изделия из металла — работа плазменной резкой

Образование луча плазмы происходит посредством достижения короткого замыкания между форсункой и заготовкой или поджиганием высоковольтного импульса. Для образования плазмы используют два типа газов: активные (кислород или воздух) и малоактивные (азот, аргон или водород). Первая группа газов применяется для обработки черных металлов, а вторая – цветных.

Кислород применяется для работы с низколегированными и мягкими типами металла. Резка с использованием кислорода позволяет избежать улетучивания железа и образования заусениц. Однако дешевизна воздуха и высокая эффективность не компенсируют его недостаток – им нельзя обрабатывать заготовки, толщина которых превышает 20 мм.

Виды станков

Итак, станки для плазменной резки можно условно разделить на несколько категорий:

Ручные варианты – это мобильное маломощное оборудование, идеально адаптированное для мелких производств. Его выбирают мастера различного уровня, а также небольшие цеха с ограниченным бюджетом. На такой станок плазменной резки цена одна из самых недорогих, однако на практике он может показать вполне достойные результаты в плане точности и неплохого КПД.

Портальные станки плазменной резки – самые габаритные устройства. Они оснащаются большим рабочим столом, куда укладывается металл, предназначенный для обработки. Установка имеет реечный привод, который перемещает лист железа и плазмотрон для достижения максимальной точности и хорошей скорости. Подойдут для больших производств, металлопрокатных цехов, а также предприятий, занимающихся серийным выпуском металлоизделий.

Портативные (компактные) модели покупают многие производственные предприятия, так как они, как и портальные, обладают неплохой производительностью. Представляют собой продольную раму с рейками, по которым перемещается каретка с плазмотроном. С помощью ЧПУ процесс максимально автоматизируется, упрощая работу со сложным оборудованием. Конструкция является быстроразборной, что позволяет перемещать их с места на место.

Какой выбрать станок для плазменной резки, могут подсказать только тщательное изучение рынка, проработка вида деятельности предприятия, анализ необходимых мощностей. Роль играет бюджет, а также вероятность расширения производства. Скорее всего, выбор встанет между портальными станками для газовой и плазменной резки и портативными вариантами. Но решающим фактором для многих становится именно цена оборудования.

Обзор станков с ЧПУ

Сфера применения высокотехнологического оборудования достаточно обширна. Станки с ЧПУ применяются в:

Портативный плазменный резак с ЧПУ

• Плазменной резке металла на заказ;
• Изготовление деталей для любых видов техники и электроники;
• Формирование заготовок для фрезерной или токарной обработки;
• Изготовление металлических конструкций – заборов, дверей, решеток и т. д.;
• Производство элементов вентиляции и металлоконструкций.

Кроме этого, технология плазменной резки используется в машиностроении, авиационной промышленности, изготовлении рекламы, производстве техники и других отраслях.

Станок Vanad Mira 15/30 (Чехия) поддерживает несколько скоростных режимов, развивая скорость вплоть до 10 м/мин. Аппарат предназначается для нарезки металлических листов на производстве. Рабочая поверхность состоит из стола и мобильной конструкции. Система ЧПУ обеспечивает комплексное управление двигателями, что позволяет контролировать степень деформации материала.
Режущий станок Vanad MIRA с ЧПУ

Система ЧПУ вмещает больше 20 Гб памяти на жестком диске. Программное обеспечение позволяет редактировать системные файлы без привлечения специалистов. Стоит отметить, что система ЧПУ защищается ключом безопасности, это означает, что доступ к системным файлам есть только у строго фиксированного круга лиц.

PCM1530S – это станок с ЧПУ для лазерной резки листового металла. Особенности модели:

• Оператор может чистить рабочую поверхность во время обработки детали;
• Для удобства загрузки или выгрузки производитель предусмотрел направляющие ролики;
• Жизненно важные элементы прикрываются кожухами, которые защищают оборудование от попадания абразивных частиц;
• Высоковольтные кабели защищаются прочными оболочками, что минимизирует вероятность повреждения.

Станок плазменной резки Harvest Plasma 3000

Hypertherm (США) – станок для плазменной резки размерами 1550 на 3100 мм. Аппарат обрабатывает листы из оцинкованной и тонколистовой стали, толщина которых не превышает 0,5–8 мм. Сфера применения: средние и крупные предприятия, занимающиеся производством деталей для автомобилей и техники. ЧПУ позволяет проводить высокоточное гравирование и фигурную резку.

SPS-3400 – станок с ЧПУ от корейской компании «Space ONE». Аппарат способен поддерживать высокую скорость обработки деталей (до 4 метров/минуту). Максимальная скорость работы составляет 6 метров/минуту.

• Длина, ширина и высота рабочей поверхности: 1280*2600*150 мм;
• Производитель гарантирует качественное обслуживание ЧПУ и онлайн поддержу установленного программного обеспечения;
• Аппарат способен выполнять не только резку, но и раскрой, гравировку и фигурную резьбу по металлу.

Свойства технологии

• создание электродуги;
• образование ионизированного газа;
• создание высокоскоростного потока плазмы;
• воздействие этой активной средой на обрабатываемый материал.

Для плазменно-дуговой резки характерны:

• Температура потока. Величины находятся в диапазоне 5000–30000°C. Определяется видом обрабатываемого материала: нижние значения используют для цветных металлов, верхние — для тугоплавких сталей.
• Скорость потока. Значения в пределах 500–1500 м/с. Настраивается под определённый вид обработки:
  • толщина заготовки;
  • вид материала;
  • тип распила (прямой или криволинейный);
  • длительность работы плазматрона.
• Газ, применяемый для плазменной резки. При обработке чёрных металлов (сталей) используют активную группу, — кислород (O2) и воздух. Для цветных металлов и сплавов, — неактивную: азот (N2), аргон (Ar), водород (H2), водяной пар. Объясняется тем, что цветные металлы окисляются кислородом (начинают гореть), поэтому применяется среда защитных газов. Кроме этого, комбинируя состав газовой смеси, можно повысить качество обработки.
• Ширина разреза. Здесь наблюдается прямая последовательность: с ростом показателей, увеличивается ширина реза. На её величину влияет:
  • толщина метала и его вид;
  • диаметр сопла;
  • сила тока;
  • расход газа;
  • скорость реза.
• Производительность. Определяется скоростью обработки. Например, для бытовых агрегатов и по ГОСТ, величина не превышает 6,5–7 м/мин (~0,11 м/сек). Зависит от толщины, вида металла, скорости газовой струи. Естественно, что с увеличением размеров, скорость обработки падает.

Качество обработки

Документами определяются основные критерии:

1. Допуск на перпендикулярность или угловатость. Показывает отклонения от перпендикуляра и плоскости реза к поверхности обрабатываемого изделия.
2. Оплавление верхнего края. Трещины в точках обработки не допускаются. Верхний край может быть острым, оплавленным, оплавленно-нависающим.
3. Шероховатость. По ГОСТ делится на три класса, 1, 2 и 3.

Средняя стоимость оборудования

Сегодня в магазинах представлено большое количество оборудования для ручной резки металлов, которые предлагаются по различным ценам. Причем на стоимость этих аппаратов будут оказывать влияние несколько факторов:

• тип оборудования;
• производитель;
• максимальная толщина необходимого реза;
• модель аппарата.

Избежать ошибок на этапе выбора инструмента для резки металлов можно при условии, что вы посетите несколько магазинов и сравните условия, на которых вам готовы продать это оборудование. Рассматривая различные модели плазморезов, сразу следует поинтересоваться ценами на комплектующие, без которых не обойтись, если придется выполнять ремонт этого оборудования. В среднем цены запасные части к плазморезам с учетом толщины среза находятся в следующем диапазоне:

• При толщине не более 30 мм – 150–300 тыс. руб.;
• При толщине не более 25 мм – 81–220 тыс. руб.;
• При толщине не более 17 мм – 45–270 тыс. руб.;
• При толщине не более 12 мм – 32–230 тыс. руб.;
• При толщине не более 10 мм – 25–20 тыс. руб.;
• При толщине не более 6 мм – 15–200 тыс. руб.

Как выбрать установку для резки металла?

При выборе аппарата для плазменной резки изначально нужно определиться в следующем:

• Предполагаемые работы – только прямолинейный рез или с возможностью фигурного раскроя.
• Производительность – ручная или автоматическая резка, наличие ЧПУ, фотокопирования.
• Марки и максимальная толщина обрабатываемого материала – от этого зависит мощность и то, какой газ будет использоваться (сжатый воздух, азот, смеси на основе аргона и водорода или других газообразных веществ).

Также надо определиться с рабочими характеристиками устройства. К основным из них относится сила тока, поскольку она определяет диапазон разрезаемых толщин – чем этот показатель выше, тем толще металл можно будет резать.

ПВ (продолжительность включения) характеризует максимальные нагрузки, которые сможет выдержать оборудование – т.е. время его работы без перерывов на охлаждение. Обозначается в процентах – ПВ 80 % означает, что из 10-минутного рабочего цикла устройство может непрерывно работать на максимальных нагрузках на протяжении 8 минут. При превышении этого показателя возможен перегрев и выход из строя.

Отличие аппаратов прямого и косвенного действия

выглядит как цилиндр

Если говорить об установках косвенного действия, то их особенностью является меньший КПД. Именно этим и обусловлено то, что к ним прибегают не так часто.

Говоря про их устройство, следует отметить, что основная цель здесь заключается в размещении активных точек цепи на трубе либо специальном вольфрамовом электроде. Оборудование косвенного действия получило распространение для напыления, нагрева металлических устройств, причем в качестве режущего оборудования их не используют. В большинстве своем с помощью подобного ручного механизма выполняют ремонт автомобильных узлов, не прибегая к извлечению их из корпуса.

Что же касается второго элемента, то он необходим для увеличения эксплуатационного ресурса аппарата, работающего в непрерывном режиме. Оптимально, когда в течение часа беспрерывной резки этим аппаратом выделяют на отдых порядка 20 минут. Эти характеристики являются очень важными и должны учитываться вне зависимости от типа исполнения выбираемого устройства.

Конструкция

Конструкция плазменного резака состоит из следующих компонент:

1. Плазмотрон, предназначенный для формирования плазменной струи. Имеет сложную конструкцию, изготавливается из тугоплавкого металла. Требуется подбор таких параметров: диаметра сопла, длины резака, угла подачи сжатого воздуха в область формирования плазмы.
2. Источник питания предназначен для поджига дуги. Должен иметь стабильные параметры по току и напряжению. Подбирают в зависимости от максимальной величины выходного тока, габаритов, размеров и веса.
3. Осциллятор, используемый для упрощения розжига дуги, стабилизации её горения. Имеет простую схему, поэтому может быть собран самостоятельно либо приобретён в сборе.
4. Компрессор для создания потока воздуха, подаваемого для охлаждения горелки, формирования направленного потока плазмы. Подходит практически любая модель. Чтобы не попала влага, потребуется установить осушитель.
5. Медный кабель с зажимом на конце для подключения массы.
6. Кабель-шланг, предназначенный для подключения горелки и поджига электрической дуги, а также для подачи сжатого воздуха. Может быть изготовлен путём укладки кабеля и кислородной трубки внутри поливочной гибкой трубки.

Необходимые комплектующие

Перед сборкой резака потребуется подготовить следующие комплектующие:

• источник питания;
• резак или плазмотрон;
• компрессор с осушителем или фильтром;
• осциллятор;
• электроды;
• шланги;
• кабели.

Подбор блока питания

Выбор источника электроэнергии для плазменной установки выполняется с учётом следующих критериев:

• максимальной толщины и типа разрезаемого металла;
• длительности проведения работ, времени горения дуги;
• требований к параметрам плазмы;
• стабильности тока, напряжения питающей сети;
• требований безопасности;
• необходимости расширения функциональности плазмореза.

Блок питания

Плазмотрон

Поскольку плазмотрон используется для генерации плазмы, к подбору его параметров нужно подходить грамотно. Важные параметры:

• стойкость к рабочим температурам;
• удобство пуска, настройки, остановки работы оборудования;
• небольшой вес, компактные размеры;
• срок службы;
• требования к обслуживанию;
• ремонтопригодность.

По типу стабилизации дуги плазмотроны бывают газового, водяного и магнитного вида.

При работе важно своевременно заменять электроды, чтобы максимально продлить срок службы сопла. Понять необходимость данной процедуры можно по ухудшению качества резки: нарушение точности, появлению поверхностных волн

Важно не перегревать плазмотрон, поскольку это может повлечь серьёзные поломки.

Для создания плазмотрона потребуются следующие детали:

• рукоятка из материала с низкой теплопроводностью, в которой есть отверстия под провода для электрода, трубок для газа;
• пусковая кнопка;
• подходящие по параметрам электроды;
• сопло нужного диаметра;
• изолятор;
• пружина для соблюдения расстояния от сопла до разрезаемого металла;
• наконечник с защитой от брызг расплавленного металла;
• завихритель потока;
• специальная насадка.

Осциллятор

Осциллятор применяется для выработки токов высокой частоты. Работает в режимах коротких импульсов или постоянного горения дуги. Предназначен для быстрого запуска плазмореза.

Конструктивно состоит из следующих элементов:

• выпрямителя;
• конденсаторов;
• блока питания;
• управляющей микросхемы;
• импульсного модуля;
• повышающего трансформатора;
• контроллера напряжения.

Электроды

Выбор электродов определяется на основе рабочих режимов резки, типа металла, требований к качеству работ. Для эксплуатации в небольших мастерских рекомендуется приобретать гафниевые электроды. Бериллиевые или ториевые могут формировать токсичные соединения.

Компрессор и кабель шланги

Модель компрессора подбирается на основе его технических параметров, требований к конструкции плазмореза. Он используется для создания воздушных потоков внутри рабочих каналов, охлаждения компонентов оборудования при непрерывной работе. Для регулировки подачи воздуха на выходе из компрессора устанавливается электрический клапан.

Внутри шлангов размещают кабель, трубку для сжатого воздуха. На массовом кабеле располагают щуп для обеспечения контакта с разрезаемым металлом и поджига стабильной дуги.

Классификация видов плазменной резки

Виды плазменной резки будут зависеть от среды, в которой проводятся работы по металлу:

Простой

Главное отличие способа – ограниченность электрической дуги. Для резки используется электрический ток и воздух. Иногда вместо воздуха применяются газ в виде азота. Если металлически лист тонкий – всего несколько миллиметров, процесс можно сравнить с лазерным разрезанием.

В разрезах получаются очень ровные кромки, не требующие дальнейшей доработки.

С применением защитного газа

При этом способе вместо воздуха используются защитные газы, которые превращаются в плазменный поток после преобразования в плазмотроне. Качество срезов в данном случае значительно повышается благодаря отличной защите процесса от воздействия окружающей среды.

Газ для плазменной резки не представляет из себя ничего необычного: это может быть водород или аргон – «газовая классика».

С водой вместо воздуха

Отличны способ со многими преимуществами, одно из которых – отсутствие необходимости в дорогостоящей и громоздкой системе охлаждения.

Существуют и другие критерии классификации плазменной резки. К примеру, виды резки бывают разделительными и поверхностными. Первый из них используется чаще.

Плазменные резаки представлены на рынке в самых разнообразных вариантах, так что их можно классифицировать по маркам, производителям и многим другим техническим и торговым параметрам.

Итоги

Выбор технологии раскроя металла начинают с составления технических требований. Учитывается толщина, свойства материала, конфигурация заготовки. Исходя из этого определяют оптимальную методику порезки.

Следующий важный момент – формирование карты раскроя. Она должна максимально эффективно использовать всю площадь листа, обеспечить минимизацию неделовых отходов. Для выполнения этой задачи используют специализированные программные комплексы.

Настройка и техническое состояние оборудования, станков для порезки напрямую влияет на качество выполненных работ. Необходимо периодически проводить диагностику, плановый ремонт и замену комплектующих.

Для эффективного раскроя металла следует учитывать все факторы – от выбора технологии до фактического состояния оборудования

Это важно не только для массового производства, но и при изготовлении штучной продукции