|
Металлообработка на заказ Мелкосерийное производство |
г.Железнодорожный, ул.Автозаводская, 48а +7-916-278-83-26 alex@cncpower.ru Мы в социальных сетях:
|
Термическая резка листового металла на станках с ЧПУ: газовая портальная резка, плазменная и лазерная резка
Заготовительное производство, в части механической резки сортового профильного сортамента, занимает важное, но достаточно определенное место в общем объеме трудоемкости изготовления деталей. Совершенно другое положение занимают заготовительные операции в области обработки листового материала. Механическая обработка листового материала в заготовках ограничивается штамповкой (вырубкой) деталей из листа до 5 мм или рубкой на гильотинах листа толщиной до 20 мм. Недостатки этих способов: вырубка — сложность оснастки (оборудования) и отсутствие технологической гибкости; гильотина — большие припуски и низкая степень механизации процесса. Поэтому в заготовительных операциях листового материала получили развитие другие методы разделения металла.
Газовая резка
Газовая резка использует процесс окисления (сгорания) металла в струе технического кислорода (чистота не менее 99.5%). Ацетилен-водородная или протан-бутановая смесь разогревает металл до температуры возгорания (1400…1900° С в зависимости от марки стали), кислород активирует процесс горения. Эффективность резания газом зависит от конструкции сопел, чистоты кислорода (снижение чистоты кислорода на 0.1% снижает производительность процесса 3…7%) и степени механизации резки. Применение ЧПУ и новинки электротехнической промышленности вдохнули вторую жизнь в этот технологический процесс. Станки для газовой резки выпускаются двух типов.
• Консольные, с подвижными: столом по координатам X;Y, резаком по оси Z и с поворотом резака на угол ± 30°. Заготовки вырезаются из подготовленной полосы исходя из габаритов стола. Применяются в общем машиностроении.
• Портальные. Рабочее движение резания формируется движениями портала (ось X) и тележки (ось Y) с механизмом вертикального привода резака (ось Z). Рабочая поверхность стола может иметь габариты 4 на 12 метров. Основная область применения кораблестроение и тяжелое машиностроение.
Основной объект обработки — черные металлы (толщина до 200 мм), причем большое значение имеет процентное содержание углерода. Возможна резка чугуна и цветных металлов с применением предварительного подогрева и соответствующих присадок (флюсов).
Недостатки:
• Повышенная пожаро и взрывоопасность, большое выделение тепла и продуктов горения.
• Термическая деформация кристаллической решетки в зоне резания и обезуглероживание поверхностного слоя.
• Технологический уклон края детали (рез шире у горелки). Образование оплавленного валика металла и грата (капли металла и подтеки).
Плазменная резка
Строго говоря — это воздушно-дуговая резка, получившая развитие с внедрением:
• технологии получения устойчивой дуги,
• системы подачи воздуха,
• возможностей станкостроителей (ЧПУ, системы приводов и позиционирования).
Источником дуги стал инвертор — силовое электронное устройство, где ток питания сети преобразуется в ток с частотой 100 КГц и формой П-образного типа, который подается на понижающий трансформатор. Электронный способ формирования характеристик тока сделал возможным организовать обратную связь и цепи управления, что позволило повысить управляемость дуги и ее стабильность. Другое важное дополнение в конструкции — это применение сопла Лаваля, создающее устойчивую по диаметру струю на определенном удалении от сопла. Электрическая дуга ионизирует упругую струю воздуха, которая становится каналом пробоя дуги. Сочетание этих физических процессов создает условия для получения стабильной направленной дуги, расплавляющей металл, а струя воздуха выдувает его с поверхности ванны расплава.
Станки для плазменной резки по конструкции, по способу управления и эксплуатации того же типа, что и станки для газовой резки, но без поворотной головки сопла.
Технологичность и производительность плазменной резки с ЧПУ в полтора-два раза выше газовой резки, образование грата сходит на нет при оптимальных режимах тока и подаче воздуха. Применение кислорода увеличивает производительность на 15…20% со снижением шероховатости поверхности реза. При резке низкоуглеродистой стали с толщинами до 20 мм возможно получение чистовых размеров. Станки плазменной резки, с точки зрения сочетания таких характеристик, как: техническая сложность эксплуатации и обслуживания, энергетические затраты на единицу объема реза, технологическая гибкость и относительная безопасность — наилучший вариант оборудования с ЧПУ, ориентированного для работы на заказ.
Лазерная резка металлов
Применение квантовой энергии в промышленных масштабах стало возможным с разработкой квантового генератора на основе смеси газов (газовый генератор). Лазерная резка основана на испарении металла в ограниченной зоне до и после точки фокусировки луча.
Типы станков для лазерной резки:
• Консольный. Перемещение стола по осям X;Y, перемещение консоли с фокусирующей головкой по Z и поворот оптической системы на угол ± 30°.
• Портальный. Перемещение портала по оси X, тележка с суппортом и фокусирующей головкой по осям Y,Z.
Сложность в использовании лучевой энергии лазера в портальной схеме станка состоит в проблеме доставки ее от генератора до точки применения. Применяют два способа и их сочетания.
1. Передача луча по оптическому волокну. Ограничения до 3-х метров связаны с тем, что кабель перемещается вместе с порталом, т.е. рабочий ход стола ограничен 6-ю метрами.
2. Передача луча по системе зеркал. Излучатели располагаются на концах рабочего хода портала. Приемники расположены на стойке портала. Система призм и зеркал передает луч на приемник, который расположен на тележке с суппортом, затем в систему фокусировки и отклонения от вертикали. Для ограждения луча используется металлический короб, в котором создается избыточное давление для защиты оптики от пыли. На практике длина рабочего хода портала не делается более 24 м, т.к. величина потерь на рассеивание луча в воздухе становится неприемлемой.
В зависимости от габаритов станка возможно применение оптического волокна на разных участках (по высоте стойки портала, поперечина портала — тележка с суппортом).
Лазерная резка в сравнении с другими методами термической резки металлов имеет следующее преимущества:
• Минимально возможная ширина реза при высокой точности по геометрии и низкой шероховатости поверхности реза.
• Возможность выполнения скосов (разделка под сварку).
• Минимальная термическая деформация металла у поверхности реза.
• Отсутствие ограничений по материалу листа.
Сложность технического обслуживания, связанного с оптикой и некоторые требования к помещению для станка — это те немногие ограничения для использования оборудования с ЧПУ на заказ.
Газовая резка
Газовая резка использует процесс окисления (сгорания) металла в струе технического кислорода (чистота не менее 99.5%). Ацетилен-водородная или протан-бутановая смесь разогревает металл до температуры возгорания (1400…1900° С в зависимости от марки стали), кислород активирует процесс горения. Эффективность резания газом зависит от конструкции сопел, чистоты кислорода (снижение чистоты кислорода на 0.1% снижает производительность процесса 3…7%) и степени механизации резки. Применение ЧПУ и новинки электротехнической промышленности вдохнули вторую жизнь в этот технологический процесс. Станки для газовой резки выпускаются двух типов.
• Консольные, с подвижными: столом по координатам X;Y, резаком по оси Z и с поворотом резака на угол ± 30°. Заготовки вырезаются из подготовленной полосы исходя из габаритов стола. Применяются в общем машиностроении.
• Портальные. Рабочее движение резания формируется движениями портала (ось X) и тележки (ось Y) с механизмом вертикального привода резака (ось Z). Рабочая поверхность стола может иметь габариты 4 на 12 метров. Основная область применения кораблестроение и тяжелое машиностроение.
Основной объект обработки — черные металлы (толщина до 200 мм), причем большое значение имеет процентное содержание углерода. Возможна резка чугуна и цветных металлов с применением предварительного подогрева и соответствующих присадок (флюсов).
Недостатки:
• Повышенная пожаро и взрывоопасность, большое выделение тепла и продуктов горения.
• Термическая деформация кристаллической решетки в зоне резания и обезуглероживание поверхностного слоя.
• Технологический уклон края детали (рез шире у горелки). Образование оплавленного валика металла и грата (капли металла и подтеки).
Плазменная резка
Строго говоря — это воздушно-дуговая резка, получившая развитие с внедрением:
• технологии получения устойчивой дуги,
• системы подачи воздуха,
• возможностей станкостроителей (ЧПУ, системы приводов и позиционирования).
Источником дуги стал инвертор — силовое электронное устройство, где ток питания сети преобразуется в ток с частотой 100 КГц и формой П-образного типа, который подается на понижающий трансформатор. Электронный способ формирования характеристик тока сделал возможным организовать обратную связь и цепи управления, что позволило повысить управляемость дуги и ее стабильность. Другое важное дополнение в конструкции — это применение сопла Лаваля, создающее устойчивую по диаметру струю на определенном удалении от сопла. Электрическая дуга ионизирует упругую струю воздуха, которая становится каналом пробоя дуги. Сочетание этих физических процессов создает условия для получения стабильной направленной дуги, расплавляющей металл, а струя воздуха выдувает его с поверхности ванны расплава.
Станки для плазменной резки по конструкции, по способу управления и эксплуатации того же типа, что и станки для газовой резки, но без поворотной головки сопла.
Технологичность и производительность плазменной резки с ЧПУ в полтора-два раза выше газовой резки, образование грата сходит на нет при оптимальных режимах тока и подаче воздуха. Применение кислорода увеличивает производительность на 15…20% со снижением шероховатости поверхности реза. При резке низкоуглеродистой стали с толщинами до 20 мм возможно получение чистовых размеров. Станки плазменной резки, с точки зрения сочетания таких характеристик, как: техническая сложность эксплуатации и обслуживания, энергетические затраты на единицу объема реза, технологическая гибкость и относительная безопасность — наилучший вариант оборудования с ЧПУ, ориентированного для работы на заказ.
Лазерная резка металлов
Применение квантовой энергии в промышленных масштабах стало возможным с разработкой квантового генератора на основе смеси газов (газовый генератор). Лазерная резка основана на испарении металла в ограниченной зоне до и после точки фокусировки луча.
Типы станков для лазерной резки:
• Консольный. Перемещение стола по осям X;Y, перемещение консоли с фокусирующей головкой по Z и поворот оптической системы на угол ± 30°.
• Портальный. Перемещение портала по оси X, тележка с суппортом и фокусирующей головкой по осям Y,Z.
Сложность в использовании лучевой энергии лазера в портальной схеме станка состоит в проблеме доставки ее от генератора до точки применения. Применяют два способа и их сочетания.
1. Передача луча по оптическому волокну. Ограничения до 3-х метров связаны с тем, что кабель перемещается вместе с порталом, т.е. рабочий ход стола ограничен 6-ю метрами.
2. Передача луча по системе зеркал. Излучатели располагаются на концах рабочего хода портала. Приемники расположены на стойке портала. Система призм и зеркал передает луч на приемник, который расположен на тележке с суппортом, затем в систему фокусировки и отклонения от вертикали. Для ограждения луча используется металлический короб, в котором создается избыточное давление для защиты оптики от пыли. На практике длина рабочего хода портала не делается более 24 м, т.к. величина потерь на рассеивание луча в воздухе становится неприемлемой.
В зависимости от габаритов станка возможно применение оптического волокна на разных участках (по высоте стойки портала, поперечина портала — тележка с суппортом).
Лазерная резка в сравнении с другими методами термической резки металлов имеет следующее преимущества:
• Минимально возможная ширина реза при высокой точности по геометрии и низкой шероховатости поверхности реза.
• Возможность выполнения скосов (разделка под сварку).
• Минимальная термическая деформация металла у поверхности реза.
• Отсутствие ограничений по материалу листа.
Сложность технического обслуживания, связанного с оптикой и некоторые требования к помещению для станка — это те немногие ограничения для использования оборудования с ЧПУ на заказ.
Опубликовано 13.12.2012