Оптимальный метод резки листового металла
Газокислородная, плазменная, лазерная или гидроабразивная резка
Разрезать лист из низкоуглеродистой стали можно различными способами, которые в разной степени приспособлены для автоматической резки. Некоторые методы лучше подходят для тонких листов, некоторые — для толстых. Одни из них быстрые, другие — медленные. Существуют экономичные и дорогие методы. Кроме того, какие-то методы резки обеспечивают высокую точность, а какие-то — нет. В этой статье приведен краткий обзор четырех основных методов резки, которые используются на станках фигурной резки с ЧПУ, сравниваются слабые и сильные стороны каждого из этих процессов, а также предлагается несколько критериев, на основе которых можно подобрать оптимальный вариант для конкретной ситуации.
Газокислородная резка
Резка с использованием газокислородной горелки, или газопламенная резка, — самый старый способ резки низкоуглеродистой стали. Эта технология считается простой, а оборудование и расходные материалы для нее сравнительно недорогие. Газокислородная горелка может прорезать очень толстый лист, и ее режущая способность ограничена главным образом объемом подаваемого кислорода. Этот метод позволяет разрезать сталь толщиной 900 и даже 1200 мм. Однако, когда речь идет о фигурной резке. основная часть работ выполняется на заготовках толщиной не более 300 мм.
Правильно отрегулированная газокислородная горелка обеспечивает гладкую и ровную поверхность реза. При этом на нижнем краю образуется небольшое количество шлака, а верхний оказывается немного скруглен из-за воздействия подогревающего пламени. Такая поверхность подходит для различных сфер применения. без дополнительной обработки.
Газокислородная резка оптимальна для листов толщиной более 25 мм, но с определенными сложностями ее можно использовать и на более тонких листах (до 6-8 мм). Это относительно медленный процесс: скорость резки по материалу толщиной 25 мм составляет примерно 500 мм/мин. Еще одним достоинством газокислородной технологии является возможность использовать сразу несколько горелок, что позволяет кратно повысить производительность.
Плазменная резка
Плазменно-дуговая технология отлично подходит для резки пластин из низкоуглеродистой стали. Ее скорость существенно выше, чем скорость газокислородной резки, однако при этом приходится жертвовать качеством краев. Именно в этом и заключается сложность плазменной технологии. С точки зрения качества краев существует оптимальный диапазон толщины материала, которая, в зависимости от тока резки, должна составлять от 6 до 40 мм. Общая прямота среза ухудшается на слишком тонких и толстых листах, толщина которых выходит за пределы указанного диапазона, хотя края при этом могут оставаться достаточно гладкими, а количество окалины — небольшим.
Плазменное оборудование обходится дороже газокислородной горелки, так как для работы всей системы необходимо питание, водяное охлаждение (в системах с силой тока выше 100 А), система управления подачей газа, провода для горелки, соединительные шланги и кабели, а также сама горелка. Однако более высокая производительность плазменной резки по сравнению с газокислородной в перспективе компенсирует повышенную стоимость системы.
При плазменной резке можно использовать несколько горелок, но из-за их высокой стоимости обычно ограничиваются двумя. Тем не менее некоторые заказчики устанавливают на одной машине три или даже четыре плазменные системы: как правило, это крупные производители, на технологических линиях которых выполняется резка большого количества деталей.
Лазерная резка
Лазерная технология подходит для резки низкоуглеродистой стали толщиной до 30 мм. При толщине материала более 25 мм для надежной работы системы необходимо в точности соблюдать все параметры, включая характеристики материала (сталь, пригодная для лазерной резки), чистоту газа, состояние сопла и качество луча.
Лазерная резка — не очень быстрый процесс, так как на низкоуглеродистой стали он фактически сводится к прожиганию листа сфокусированным лазерным лучом вместо использования подогревающего пламени. В связи с этим скорость резки ограничена скоростью химической реакции между железом и кислородом. Лазерная резка — очень точный метод. При ее выполнении создается узкий рез, что позволяет соблюдать высокую точность контура и делать точные небольшие отверстия. Качество краев обычно очень высокое, с крайне небольшими зазубринами и линиями сдвига, очень прямыми краями и практически полным отсутствием окалины.
Еще одним достоинством лазерной технологии является надежность. Расходные материалы эксплуатируются долго, а уровень автоматизации процесса очень высокий, поэтому многие операции, связанные с лазерной резкой, не требуют пристального внимания. Например, вы можете установить на стол лист металла размером 3000 x 1200 мм толщиной 12 мм, запустить систему и уйти домой. Вернувшись утром, вы обнаружите сотни нарезанных деталей, готовых к разгрузке.
Из-за сложностей, связанных с переносом луча, CO2-лазеры не позволяют использовать на одной машине по несколько режущих головок. Однако с волоконными лазерами такая возможность появляется.
Гидроабразивная резка
Гидроабразивная технология также отлично подходит для резки низкоуглеродистой стали и обеспечивает гладкий и исключительно точный срез. Точность гидроабразивной резки может быть выше, чем лазерной, так как при использовании гидроабразивной технологии формируются более гладкие края и отсутствует тепловая деформация. Кроме того, для гидроабразивной технологии отсутствуют ограничения по толщине, характерные для лазерного и плазменного методов. Практическим ограничением при гидроабразивной резке является толщина материала 150–200 мм. Это связано со временем, которое затрачивается на прорезание такого листа, и постепенным отклонением водяной струи.
Недостатком гидроабразивной резки является стоимость. Начальные расходы на приобретение оборудования обычно чуть выше, чем на системы плазменной резки (из-за высокой стоимости насоса, повышающего давление), но ниже, чем на лазерные системы. Однако цена одного часа работы гидроабразивной системы намного выше (главным образом из-за стоимости абразивных частиц, которые подаются вместе с водой в зону реза).
Гидроабразивная технология также позволяет выполнять резку несколькими головками, причем даже с одним повышающим давление насосом. При этом каждая следующая режущая головка требует повышенного расхода воды: для этого необходим либо более мощный насос, либо меньшее отверстие.
Критерии выбора
Как же выбрать оптимальный метод резки?
1. Начните с толщины.
- Для резки материала толщиной до 20 мм используйте лазерный метод.
- Для резки материала толщиной до 30 мм используйте плазменный или лазерный метод.
- Для резки материала толщиной до 65 мм используйте гидроабразивный или плазменный метод.
- Для резки материала толщиной более 200 мм используйте газокислородный метод.
- Для резки материала толщиной более 50 мм используйте газокислородный или гидроабразивный метод.
- Для резки материала толщиной более 30 мм используйте плазменный, газокислородный или гидроабразивный метод.
2. Оцените свои требования к точности и качеству краев.
- Приемлемо ли для вас качество краев, обеспечиваемое плазменной технологией? На большинстве видов производства вполне достаточно качества реза, которого можно добиться с помощью плазменной резки.
- Приемлема ли для вас зона теплового воздействия, характерная для газокислородной, плазменной или лазерной технологии? Если нет, используйте гидроабразивную резку.
3. Подумайте, что для вас важнее: производительность или стоимость?
- Если уровень производительности важнее, откажитесь от гидроабразивной технологии.
- Если основной фактор — малые начальные вложения и низкая стоимость эксплуатации, обратите внимание на газокислородную резку.
Дополнительные критерии выбора
Допустимость дополнительных операций
- Допустимо ли для вас образование окалины на нижней части пластины? Если нет, используйте гидроабразивную или лазерную резку.
- Требуется ли при дополнительных операциях идеальная округлость отверстий? Если да, используйте гидроабразивную или лазерную резку.
Возможность использования нескольких инструментов
Допускают ли детали возможность резки с использованием двух, четырех или большего числа горелок? Если да, то газокислородная технология будет более эффективной, чем плазменная и лазерная. Использование нескольких плазменных горелок допустимо, однако начальные затраты на оборудование в этом случае существенно повышаются. При гидроабразивной резке можно использовать несколько режущих сопел с одним повышающим давление насосом (однако для этого придется приобрести насос с производительностью, достаточной для обслуживания нескольких головок). Традиционным ограничением лазерной резки является возможность использования только одной режущей головки, хотя волоконные лазеры поддерживают одновременную резку несколькими головками.
Дополнительные сложности
Еще одним фактором, который способен оказать значительное влияние, является возможность резки с одновременным применением нескольких технологий для одной детали. С логической точки зрения лучше всего сочетаются гидроабразивная и плазменная или гидроабразивная и газокислородная технологии. Новая технология волоконных лазеров теперь также позволяет сочетать лазерную и плазменную или лазерную и газокислородную технологии. Преимуществом использования нескольких процессов является возможность медленной и точной резки по одним контурам при быстрой и более дешевой резке по остальным. Результат — необходимая точность деталей при более низких расходах, чем в ситуации, когда для обработки всей детали используется высокоточный процесс.
Из-за пересекающихся диапазонов допустимой толщины листа и сходных возможностей четырех представленных технологий выбрать метод резки низкоуглеродистой стали бывает непросто. По этой причине производители и сервисные центры, которые работают со стальными изделиями и выполняют резку различных материалов, часто выбирают станки, поддерживающие не менее двух технологий резки. Иногда единственный способ подобрать оптимальный процесс для той или иной детали — попробовать несколько вариантов и сравнить результаты.