Лазерные станки для резки металла (Стали, алюминию, меди)

21.07.2021 Автор: VT-METALL

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Причины популярности плазменной резки при обработке нержавеющей стали
• Преимущества использования плазменной резки нержавеющей стали
• Технология плазменной резки нержавеющей стали
• Оборудование для плазменной резки нержавеющей стали
• Плазменная резка нержавеющей стали с использованием воды

Плазменная резка нержавеющей стали – предпочтительный способ металлообработки при работе с этими непростыми сплавами. Использование плазмы позволяет разрезать заготовки большой толщины, при этом производственные затраты значительно ниже, чем при других способах резки аналогичных деталей.

Резка нержавейки плазмой выполняется на разных видах оборудования: от ручного до автоматизированного. Лучшими считаются станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Об этом оборудовании и преимуществах технологии плазменной резки нержавеющей стали мы подробно рассказываем ниже.

Способы резки нержавейки

Рассматриваемый материал относится к легированным видам стали, которые не боятся загрязнений и воздействия жидкости, поскольку не покрываются ржавчиной. Состав стали дополняется высоким содержанием хрома, а также упрочнителей — титана, вольфрама, молибденидов железа. Благодаря этому, с одной стороны, достигается долговечность металла за счет усиления прочности; с другой же — осложнение процесса резки. Однако есть несколько способов качественно поделить металл на мелкие заготовки.

Выделяют две группы резки:

• механическая (заготовка разрезается острым ручным инструментом);
• термическая (за счет воздействия на металл высокой температуры, приводящей к его плавлению).

Преимущество первого метода в том, что мастеру не понадобится дорогое оборудование. Недостаток — в необходимости приложения физической силы и больших затрат времени. Поэтому большую популярность сегодня приобретают термические способы резки.

К ним относятся:

• газо-дуговая резка;
• путем электрической эрозии;
• гидроабразивная;
• лазерная;
• плазменная.

Об особенностях каждого вида обработки материала — далее.

Резка плазмой

Плазменная резка – одна из самых востребованных на сегодняшний день, поскольку она полностью механическая и обеспечивает быструю и четкую работу в полном соответствии требуемым чертежам.

Особенности этого процесса в том, что плазменная резка обрабатывает деталь труб или других изделий из нержавейки с помощью теплоты, которая сжимается плазменной дугой на станке.

После разрезания детали, струя плазмы эффективно удаляет оплав, а также лишние элементы из зоны работы.

Сама плазма состоит из ионизированного газа, находящегося под высокой температурой. Он является хорошим проводником электричества, и потому способен разрезать даже сложную в работе нержавеющую сталь.

Плазменная дуга создается с помощью сжатой обычной дуги, в состав которой после нагревания добавляется плазмообразующий газ.

Для плазменной резки нержавейки используется ряд соединений: воздух с азотом, чистый азот, азотоводородные и аргоно-водородные смеси – все это необходимо, чтобы создать качественную плазму, способную разрезать металлические сплавы.

Существует также режим воздушно-плазменной резки шариками, при котором работа станка выглядит так же, как при резке стали низколегированного или низкоуглеродистого типа.

Чтобы поверхности среза детали имели минимум шероховатости, при работе используют влияние азотно-водородной смеси, либо резку в воздушной среде.

Чем выше температура плазмы при работе, тем более качественной будет резка металлической поверхности труб. Это происходит из-за того, что, испытывая влияние высокой температуры, вода, скапливающаяся в каналах сопла, испаряется быстрее, а затем диссоциируется.

Благодаря этому влияние плазменной дуги становится плотнее, и энергии на деталь поступает больше, а также улучшается качество удаления шлаков и других элементов, возникающих в ходе обработки труб и других деталей из нержавеющей стали.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Газовая (кислородная) резка металла

Среду азота, азотоводородную или аргоно-водородную смесь используют реже, т.к. качество обработки в ней ниже.

Твердые сплавы обрабатывают таким образом только в том случае, если при работе на них воздействуют высокие температуры, либо работа проходит в агрессивной среде.

Плазменная резка имеет ряд преимуществ перед обработкой газом, поэтому в большинстве случаев для заказчика будет выгодно выбрать именно ее.

Плазменная обработка стали отличается безопасностью, минимальным количеством выбросов, загрязняющих атмосферу, а также скоростью и высоким качеством работы.

Видео:

За счет того, что резка плазмой происходит очень быстро, для заказчика это обойдется дешевле. Кроме того, с помощью плазменной резки можно делать детали из нержавеющей стали любых форм, размеров и сложности.

После плазменной резки дополнительная обработка кромок часто не требуется, поскольку места разреза получаются ровными и не имеют изъянов.

Детали, созданные с помощью плазменной резки, готовы для сварки. При этом работать можно не только с металлическими, но и со стеклянными поверхностями.

Для сварки после резки также можно использовать плазменный способ, поскольку, процесс сварки с помощью электродов, хотя и будет проще, но не сможет создать качественного соединения швов, из-за чего конструкция будет недолговечной.

Чаще всего для сварки нержавейки используют среду защитных газов – у нее есть свои особенности, и при таком способе качество сварки деталей будет гораздо выше.

Резка кислородом

Более известна как «газо-дуговая резка». Как и в остальных случаях, обработка подразумевает использование специального оборудования. Его рабочая часть — дуга — соприкасается с заготовкой, после чего происходит деформация разрезаемого слоя.

Дуговая резка выполняется плавящимися и неплавящимися электродами. К первым относится сталь, ко вторым — графит. Для повышения эффективности работы в зону дуги подводится воздух (воздушно-дуговая резка) либо кислород (кислородно-дуговая).

Преимущества способа — доступность оборудования и низкая стоимость его (или работ). Но недостатков больше. Среди них:

• нарушение целостности металла;
• плохое качество реза;
• малая производительность.

Процесс дуговой резки нержавеющей стали сегодня считается морально устаревшим, поскольку на смену ему пришли более эффективные методы.

Основные технологии резки нержавеющего листа

Сегодня для промышленной резки нержавейки широко используют как механические, так и термические способы. В первом случае речь идет о раскрое материала с помощью острого твердого инструмента (гильотинных и дисковых ножниц, абразивных кругов и пр.). В основе второго метода лежит концентрированный локальный нагрев области реза с помощью специального оборудования, благодаря чему металл плавится (лазерная, плазменная и электроэрозионная обработка). Каждая технология имеет свои особенности, достоинства и недостатки.

Метод электрической эрозии

Способ базируется на использовании импульса электроразряда, вырывающем микрочастицы с поверхности нержавеющей стали. Эрозионные установки имеют пару электродов, погруженных в жидкий диэлектрик, которые при сближении его пробивают и приводят к появлению разряда. В канале последнего образуется плазма высокой температуры.

Достоинства метода — высокая точность обработки деталей, а также возможность резки заготовок до 40 см толщиной. Недостаток — низкая скорость работы.

Гидроабразивный способ

Действие заключено в подаче жидкости через сапфировое, алмазное либо рубиновое сопло шириной 1/10 мм. Выходящая струя разгоняется до скорости, троекратно превышающей скорость звука, после чего тонкая сконцентрированная струя способна резать прочный материал, в том числе нержавейку. Для мягких заготовок применяется чистая вода, для более твердых к ней добавляются абразивные элементы (песок).

Скорость современных установок велика, поэтому они успешно конкурируют с лазерными и плазменными станками. Например, устройство Dekart W2040 L режет до 8 м металла в минуту (в зависимости от толщины); в случае с нержавейкой показатель обычно составляет 2-3 м/мин.

Любопытный факт: на Западе проводились исследования по выявлению эффективности гидроабразивных и лазерных станков. Для этого резали десятки пластин толщиной 0,3 мм каждая. Было установлено, что для пакета толщиной до 6 мм эффективнее лазер, а более 6 мм — гидроабразив.

Преимущества метода:

• нержавейка не нагревается при работе;
• снижается вероятность деформации заготовок;
• высокое качество реза;
• наименьшие потери материала;
• быстрота работы;
• минимальная погрешность процесса (ширина реза в 10 раз тоньше, чем при дуговой резке).

Недостатки:

• высокая стоимость оборудования (стандартный гидроабразивный станок обойдется пользователю в 3 млн. руб. и более);
• быстрый износ рабочих деталей.

Резка нержавейки струей воды считается перспективным способом обработки.

Токарный способ обработки

Токарная резка стали включает несколько шагов по обработке, цель которых – сделать изделие нужной формы и размера, чтобы оно соответствовало чертежам.

Вся работа по резке в этом случае осуществляется на токарном станке. Способ обработки материала на токарном станке достаточно простой: он заключается в проникновении в обрабатываемую деталь, например, труб, острых ножей, способных раскроить ее на части нужного размера.

Токарная резка может осуществляться целым рядом инструментов: развертками и сверлами, резцами и плашками, зенкерами, фасонными инструментами и т.д.

Самый же популярный инструмент, который используют для резки – токарный резец. С его помощью осуществляется механическая черновая и получистовая обработка детали из нержавеющей стали, а также, в некоторых случаях, тонкая отделка шариками.

Токарный резец используется при создании деталей из стали, а также резьбы на других деталях, в состав которых входят сплавы из стали, например, труб.

Твердые резцы на токарном станке имеют разные предназначения, и, исходя из этого, делятся на 7 классификаций.

Первый тип резцов предназначен для обработки цилиндрических поверхностей, они бывают отогнутыми или прямыми.

Второй тип нужен для обработки торцевых деталей из нержавеющей стали, чтобы сделать в детали отверстие, используют расточные резцы, а для создания внешней и внутренней резьбы на объекте необходимы резьбонарезные резцы.

Для того чтобы обрабатывать на токарном станке твердые детали из нержавеющей стали, потребуются фасонные резцы.

Последний тип резцов – инструменты контурного точения. Они также подходят для работы на разных типах станков.

Резцы на токарном станке могут быть как чистовыми, так и черновыми, а также тонкими. По отношению к детали они могут быть установлены радиально или тангенциально и работать от подачи движения слева, либо справа.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Виды термической обработки металлов и сплавов

Видео:

Твердые резцы могут иметь прямую, изогнутую, отогнутую или оттянутую головку. По типу поперечного сечения резцы бывают прямоугольными, шариками, либо квадратными.

По типу производства встречаются резцы сборных или цельных типов, а также те, в основе которых лежат сплавы стали, керамики и других элементов.

Сплавы нержавеющей стали, например, детали гофрированных труб, токарной резкой или автогеном обрабатывают редко, поскольку существует более эффективное оборудование для этого процесса.

С его помощью можно снизить затраты на резку, а также значительно ускорить этот процесс и сделать его более качественным.

Лазерная резка

Передовой и один из двух популярнейших методов обработки материала. Резка заключается в воздействии лазерного тонкого луча на сталь. Подобное воздействие положительно по ряду причин:

• производительность высока;
• ширина реза — от 0,1 мм;
• нет динамических или статических местных напряжений;
• высокое качество поверхности в области реза.

Любопытный факт: на производстве дорожной техники в компании Vermeer (США) для деления металла на части есть всего два аппарата — это станки для лазерной резки с производительностью 25 т/сутки. Данный объем работ удовлетворяет требованиям к эффективности процессов.

Лазерная резка нержавейки возможна лишь у заготовок толщиной менее 20 мм. Это — следствие низкого КПД лазера — всего 15-20 %. Но достоинства установки перекрывают ее минусы:

• бесконтактный раскрой (на современных моделях);
• погрешность — не более 1/12 мм;
• минимальная вероятность появления заусенцев;
• деформации по линии раскроя отсутствуют;
• разметка заготовки из нержавейки выполняется без участия человека по готовому проекту;
• сроки работы минимальны;
• неизменность физических свойств обрабатываемой заготовки.

Небольшой минус — после работы близ среза остается след от воздействия высокой температуры, поэтому требуется последующая механическая обработка.

Особенности обработки нержавеющей стали

Нержавеющая сталь обладает отменными физико-химическими характеристиками, благодаря которым является прочным и не склонным к коррозии материалом.

Для создания конструкций и деталей из нержавейки требуется произвести резку лазером. В силу того, что материал имеет повышенную прочность, качественно его обработать можно, только применяя данный способ. Технология лазерной резки на сегодняшний день является самым эффективным способом создания высокопрочных заготовок из нержавеющей стали, из которых в дальнейшем будут производиться необходимые потребителю товары.

На современном рынке можно встретить различные марки нержавейки, которые активно используются в отраслях гражданской и военной промышленности. Многие предметы, имеющие исключительно бытовое предназначение, изготовлены из нее. Из нержавеющей стали производят:

• несущие конструкции и опоры;
• комплектующие транспортных средств;
• промышленное оборудование;
• медицинские инструменты;
• трубы, буровые платформы.

Плазменная резка

Методика была разработана около полувека назад и сразу свела на нет недостатки газо-дугового оборудования. Принцип действия отчасти напоминает ранее рассмотренный — сжатая электрическая дуга интенсивно плавит нержавейку вдоль линии реза, а остатки жидкого металла («брызги») удаляются с поверхности быстрым плазменным потоком. Скорость операции впечатляет — плазма имеет температуру 15-20 тыс. градусов (против 1800 градусов у обычной дуги), поэтому производительность работ в разы выше.
Плазменная резка нержавеющей стали признана лучшим вариантом обработки. Для нее не требуются баллоны с газом, дополнительные химические вещества, особые требования к пожарной безопасности помещения. Для работы нужны лишь электричество, воздух и недорогие расходные материалы — электроды и сопла. Это делает плазму наиболее выгодным способом резки нержавейки.

Лишь один недостаток есть у методики — кромка среза получается не очень ровной, требуя дополнительной обработки. Однако качество поверхности вдоль линии реза намного выше, чем при дуговой обработке.

Чем выше теплопроводность материала, тем более тонкую деталь обрабатывает плазма. К примеру, допустимая толщина меди должна быть ниже максимальной толщины нержавейки при прочих равных условиях резки.

При обработке заготовок толще 200 мм рекомендуется использовать газо-дуговую резку.

Виды резки нержавеющего проката:

Лазерная резка.

Метод осуществляется при помощи лазерного резонатора, генерирующего узконаправленный монохроматический луч. Энергия луча, сконцентрированная на малом участке стальной заготовки, приводит к её разделению строго по линии реза.

Преимущества резки нержавеющего проката лазером:

• обеспечение точных размеров изделия без последующей доводки (погрешность не более 80-100 мкм);
• чистота поверхности — отсутствие брызг, нагара и других дефектов;
• высокая производительность;
• широкие возможности для изготовления фигурных изделий.

Использование лазера рекомендуется для обработки листовых заготовок.

Плазменная резка.

Поток плазмы создаётся в результате ионизации электрической дугой газового потока, нагнетаемого под давлением. Ионизированный газ достигает температур порядка 5000-30000оС. За счёт кратковременного температурного воздействия и выдувания излишков расплава из области резания, зона термического влияния обладает малой толщиной и не влияет на качество изделия. Во избежание окисления оплавленного материала применяется защитная газовая среда (например, азот).

Преимущества плазменной резки нержавейки:

• экономичность и доступность;
• диапазон обрабатываемых толщин до 200 мм и более;
• высокая производительность;
• превосходное качество изделий;
• возможность получения продукции сложной формы.

Плазменная резка это один из наиболее популярных методов термического раскроя.

Гидроабразивная резка

Принцип метода следующий: струя воды со взвесью абразивных частиц под высоким давлением подаётся через узкое сопло инструмента. Температура в зоне резания не превышает 90оС.

Преимущества гидроабразивной резки:

• высокое качество поверхности кромок (шероховатость Ra 1,6…6,3 мкм);
• допускается одновременное резание нескольких заготовок;
• возможна обработка сложной траектории;
• сохраняются напыления, покрытия;
• отсутствует оплавление металла, выгорание легирующих элементов и отдельных фаз;
• взрыво- и пожаробезопасность, экологичность.

Коррозионностойкая сталь идеально подходит для гидроабразивной резки.

Рубка нержавейки.

Надёжный и проверенный временем метод позволяет в считанные секунды разделить заготовки на составные части на гильотине или сформировать в ней отверстия заданных формы и размера, при наличии соответствующей оснастки.

Преимущества рубки металла:

• высокая производительность;
• низкая энергоемкость;
• отсутствие термического воздействия на структуру материала;
• пожарная безопасность, экологичность;
• экономичность.

Назначение рубки – резка прутков и листовых заготовок из нержавеющей стали по контуру в отсутствие высоких требований к точности обработки. Особую ценность метод имеет в серийном и массовом производстве.

Механические способы

Даже опытный пользователь мог никогда не сталкиваться с перечисленным оборудованием, ведь оно весьма дорогое и встречается разве что на предприятиях. Однако есть методы, ничуть не уступающие по эффективности плазменной, гидравлической и даже лазерной резке нержавеющей стали. Некоторые из них, а также тонкости работы, приведены ниже:

1. Болгарка. Рабочий метод, но нержавейка не должна нагреваться. Для этого место реза поливается водой. Так же будет достигнуто увеличение ресурса дисков.
2. Ножницы по металлу. Способ пригоден только для очень тонких листов нержавейки (0,5-1 мм).
3. Циркулярная пила по металлу. Вместо зубчатого диска ставится отрезной абразивный (как на УШМ), на разрезаемый лист кладется какой-либо упор. Минус — внушительный расход круга, а при неправильной регулировке — увод заготовки в сторону с нарушением реза.

Обработанные листы нержавейки могут гнуться, штамповаться, полироваться, окрашиваться, свариваться и т.д. Есть много способов деления крупной заготовки на мелкие, и вам решать, какой из них эффективнее. Наилучший вариант для домашних условий — болгарка, для производственных же приемлема резка нержавейки лазером или плазмой.

Если вы знаете другие способы обработки легированной стали или заметили неточность в описании, поделитесь информацией с читателями.

Какое оборудование используется для резки нержавейки лазером

Установки для лазерной обработки нержавейки обладают следующими характеристиками:

• давление газовой струи и ее состав;
• тип обрабатываемого материала;
• интенсивность и мощность лазерного луча.

Установки для лазерной резки бывают следующих типов:

1. Твердотельные установки. Рабочим органом в них служит кристалл рубина, алюмоиттриевый гранат или неодимовое стекло. Угол светового потока, падающего на минерал, имеет точное значение. Оборудование небольшой мощности может использоваться и для раскроя цветных металлов, и для гравировки металлических поверхностей. Небольшие установки пригодны для ручной обработки заготовок и могут применяться в небольших слесарных мастерских.
2. Газовые установки. Активным элементом в данном оборудовании является газ. Он заряжается в процессе прохождения через электрическое поле. Затем начинает испускать монохроматическое излучение в световом диапазоне. Значительное распространение получили щелевидные газовые установки, в которых применяется диоксид углерода. Оборудование обладает небольшими размерами, при этом оно простое в использовании и достаточно мощное.
3. Газодинамические установки. Обработка нержавейки в данных установках весьма дорогая из-за сложности и высокой мощности оборудования. Используемый в качестве активного компонента газ, чаще всего углекислый, разогревается до 2000–3000 градусов Цельсия. Далее, проходя через узкое отверстие, он расширяется и охлаждается. В результате чего выделяется энергия, формирующая лазерный луч. Эти сложные установки отличаются превосходной точностью получаемых изделий, которые затем можно сразу же передавать в гибочный цех.