Наш представитель свяжется с вами в ближайшее время.
Плазменная резка металла с ЧПУ
Дата публикации: 01/12/2022
Станки плазменной резки применяются для раскроя листов металлопроката и производства сложных авиационных деталей. Эта технология дает качественную линию реза и подходит для обработки материалов, которые плохо поддаются резке другими способами. Эта статья – о том, как работают такие станки и как встраиваются в производственные линии под управлением MES.
Содержание
1. Что такое плазма и как она режет?
5. Производительность и экономичность
6. Устройство и принцип работы
12. Выбор станка для плазменной резки и важные технические характеристики
Что такое плазма и как она режет?
Плазма представляет собой ионизированный газ. Это особое агрегатное состояние, в которое переходит газообразное вещество, если его разогреть до высоких температур. Плазма содержит как свободные электроны, так и отрицательно и положительно заряженные частицы. Обладает квазинейтральными свойствами: бесконечно малый объем плазмы не имеет заряда.
Плазму используют для разных видов металлообработки, в том числе для резки металла. Для этого через сопло под давлением подается тонкая струя газа. Проходя через электрическую дугу, которая зажигается высоковольтным импульсом, газ разогревается до 3-50 тыс. градусов и преобразуется в плазму. Плазма плавит металл и под давлением «выдувает» его из разреза.
Разные газы переходят в состояние плазмы при разных температурах, что зависит от строения их внешних электронных оболочек. Как правило, для резки черных металлов используется кислород или атмосферный воздух, а для цветных металлов – азот, аргон, водород или водяной пар.
Преимущества
Универсальность
Плазмой можно резать любые металлы, в том числе тугоплавкие: медь, алюминиевые сплавы, различные марки стали и чугуна, – а также неметаллические изделия. Качество кромки и энергоэффективность технологического процесса зависят от выбора плазмотрона и рабочего газа. Толщина разрезаемого металла – до 15 см.
Высокое качество реза
Тонкая направленная струя плазмы дает малую область локального нагрева. Поэтому заготовки, даже из тонколистового проката, не получают температурной деформации. Правильный подбор плазмообразующего газа и точная ориентация оси рабочего инструмента дают:
- минимальную ширину линии реза;
- минимальное угловое отклонение от вертикали и скругление кромки;
- отсутствие наплывов и окалины.
Производительность и экономичность
Воздушно-кислородная резка требует долгого предварительного прогрева металла, а плазменная нет – это ускоряет процесс и снижает себестоимость. Скорость раскроя тонкого и среднего проката составляет до 6 м/мин.
Устройство и принцип работы
Станок состоит из нескольких функциональных узлов.
Плазмотрон
Узел, в котором сжатый газ под действием тока переходит в плазму, называется плазмотроном. Элементы плазмотрона:
- электрод с тугоплавкой вставкой;
- сопло для подачи сжатого воздуха;
- завихритель для прохода газа в сопло, поддержания стабильного напряжения дуги и контроля качества реза.
Существует два принципа работы плазмотрона.
Плазменно-дуговая резка – применяется для раскроя электропроводных материалов. При протекании тока от электрода к металлическому прокату образуется дуга прямого действия, которая преобразует поток газа из сопла в плазму.
Резка плазменной струей – применяется для раскроя не проводящих ток материалов (пластика, резины). Обрабатываемый материал не является звеном электрической цепи, а дуга косвенного действия образуется между электродом и соплом.
Источник питания
Источник питания служит для поджига пилотной и режущей дуги. Он должен управлять силой тока, поддерживать ее значение на заданном уровне, а также иметь максимальный КПД и коэффициент мощности.
Портальная система
Для вырезания деталей заданной формы необходимо перемещать инструмент в соответствии с заданной программой. Для этого используется портал, который перемещается по направляющим вдоль координатного стола. В перпендикулярном направлении плазморез перемещает реечный механизм, установленный на поперечной балке портала.
Координатный стол
Это основание, на которое кладут прокат для раскроя. «Столешница» выполняется из решетчатого материала. В нижней части стола размещается поддон с охлаждающей жидкостью для сбора раскаленных частиц металла, вылетающих из-под плазмореза. Стол должен быть виброустойчивым и откалиброванным.
Система ЧПУ
Система для автоматического управления приводами станка, которая состоит из контроллера, рабочей консоли с дисплеем и устройством ввода данных, памяти. С консоли оператор управляет режимами резания, вводит программу или загружает ее из памяти. Также программу можно загрузить с персонального компьютера, подключив его через USB.
Выбор станка для плазменной резки и важные технические характеристики
На выбор станка влияют:
- Характеристики материала:
- Химический состав материала влияет на выбор принципа работы плазмотрона и тип рабочего газа (Таблица 1).
- Толщина материала – от этого зависит выбор рабочей среды (Таблица 1) и номинальная мощность источника питания.
- Размер листа определяет габариты станка, точнее, координатного стола.
- Характеристики производственного процесса:
- Интенсивность эксплуатации – показатель длительности работы без охлаждения.
- Вид работ – прямолинейный/криволинейный раскрой листового материала или вырезание деталей сложной формы.
- Масштаб производства. Для небольших цехов подходят компактные мобильные установки плазменной резки с ЧПУ. На крупных производствах используют стационарные крупногабаритные плазменные комплексы, которые для большей производительности оснащают несколькими плазмотронами.
Таблица 1. Выбор плазмообразующего газа
|
Материал |
Толщина, мм |
Сжатый воздух |
Азот |
Смесь азота и кислорода |
Смесь азота и водорода |
Смеси аргона и водорода |
|
Углеродистые стали |
40-50 |
+ |
+ |
+ |
|
|
|
Низкоуглеродистые стали |
20-40 |
|
+ |
+ |
|
|
|
|
До 40 |
+ |
|
|
|
|
|
Нержавеющая сталь |
До 20 |
|
+ |
|
|
|
|
|
До 50 |
|
|
|
+ |
|
|
Высоколегированные стали |
50-60 |
+ |
|
|
|
|
|
|
Более 60 |
|
|
|
+ |
|
|
Медь и сплавы |
|
+ |
+ |
|
|
|
|
Алюминий и сплавы |
До 20 |
|
+ |
|
|
|
|
|
20-100 |
|
|
|
+ |
|
|
|
Более 100 |
|
|
|
|
+ |
Автоматизация
Станки плазменной резки с ЧПУ встраиваются в гибкие производственные линии под управлением MES или системы мониторинга оборудования, например, DPA. Детали сложной формы с криволинейными линиями раскроя программируются в CAD/CAM-системах. Если нужно запустить в производство новую продукцию, создается или загружается из памяти соответствующая программа. Постоянное участие рабочего в процессе реза не требуется.
Числовое программное управление помогает сделать плазменную резку экономически эффективной и производительной.
Контроль параметров. В зависимости от типа и плотности материала, толщины листа, количества слоев ЧПУ регулирует скорость перемещения инструмента, давление воздуха и другие параметры технологического процесса.
Увеличенная скорость раскроя. ЧПУ может управлять несколькими плазменными резаками одновременно. Это в несколько раз ускоряет раскрой.
Экономия ресурсов. Обратная связь помогает регулировать скорость инструмента, давление воздуха, температуру нагрева. Так достигается оптимальное качество и скорость реза при минимальном расходовании ресурсов.
Безопасность. При автоматизации плазменной резки удается исключить человеческий фактор, а значит повысить безопасность и производительность технологического процесса.
Гибкость производства. При управлении производством с помощью MES станки быстро перенастраиваются на выпуск новой продукции, а заказ встраивается в расписание работы оборудования без простоев и «бутылочных горлышек» на отдельных участках. Система мониторинга оборудования DPA позволяет контролировать состояние заготовки и параметры процесса реза.