Среди множества способов раскроя, плазменную резку металлов называют в числе наиболее популярных. Технологию поддерживает специальное оборудование – плазморезы с числовым программным управлением.
Их широко используют во многих отраслях. При помощи этой машины точно, эффективно производятся элементы строительных металлоконструкций, детали для различного оборудования, компоненты сельхозмашин, металлические двери, стеллажи учреждений торговли; вентиляционные устройства в промышленности, множество другой продукции.
Строение и принципы работы
Плазменный станок с ЧПУ представлен различными моделями, которые отличаются по типу устройства, схемой управления и методом подачи материала. Но у них обязательно наличие таких составляющих:
- плазмотрон с системой подачи газового вещества;
- поворотная поверхность рабочего стола для облегчения установки металлолистов;
- механизм передвижения резака и система магнитных креплений;
- датчик контроля для управления высотой горелки над поверхностью заготовки;
- профильная рельса и по обе стороны от нее две зубчатые рейки;
- системы ЧПУ.
Плазморез отличается простым принципом работы. Поступивший на резак поток воздуха с определенным давлением, соприкоснувшись с электродом, приобретает температуру, максимум, до 30 000˚ С. У ионизированного воздуха возрастает электропроводность.
Как итог, металл расплавляется от контакта с направленным потоком раскалившегося воздуха или газовой смеси (это и есть плазма), и отрезанная часть отбрасывается, благодаря давлению. Так проходят процессы плазменной резки металла с ЧПУ. Обработав программу, заданную оператором агрегата, аппарат, используя плазму, режет листы металла самостоятельно, а участие людей в процессе – минимальное.
Принцип работы плазменных станков с ЧПУ для резки металла
Станок для плазменного нарезания металла представляет собой источник резки, который состоит из рельс, двигающегося резака и рабочего стола. Система ЧПУ — комбинация дисплея и стойки, которые находятся в защищенной оболочке. Система также имеет управляющую консоль с клавиатурой.
Устройство выполняет работу при помощи загрузки технических чертежей. Заготовка, имеющая обычную форму, загружается работником в базу и осуществляется без плана. Заготовки, имеющие сложную форму, проходят мониторинг от управляющих программ, таких как AutoCAD и CorelDraw.
Плазменное устройство обладает простым принципом работы. Плазморез с помощью потока воздуха прогревается до высокой температуры. Ионированный газ плавит металлический кусок в определенном месте, и лишняя часть заготовки отсекается за счет давления. Устройство с ЧПУ, заранее запрограммированное, делает всю работу самостоятельно, без участия человека.
Справка . Плазменное оборудование с ЧПУ — незаменимый аппарат в промышленных организациях, так как быстро выполняет операции по резке изделий. Такие модели обрабатывают заготовки металлоконструкций и части технических устройств.
Эксплуатационные преимущества аппарата
Станок плазменной резки металла с ЧПУ владеет некоторыми преимуществами:
- рабочие операции по раскрою металлических листов сложной конфигурации выполняются с уникальной точностью;
- плазморез отличается низким потреблением электроэнергии, не нуждается в дополнительных устройствах и финансовых затратах. Производственные издержки снижаются, а рентабельность возрастает;
- аппарат имеет высокую производительность плазменной резки ЧПУ. Ни одно устройство, занимающееся раскроем металлов (кроме лазера) неспособно достичь аналогичной скорости, какая есть у плазмореза. Этим обусловлено его промышленное применение для выпуска массовой продукции;
- аппарат удобен в эксплуатации и прост в обслуживании;
- устройство способно разрезать плазмой листы всех металлов, низколегированных и углеродистых сталей, чугуна толщиной от 0,5 до 150 мм, обеспечивая чистоту среза. Дополнительная обработка торцов раскроенных заготовок не нужна;
- плазморезы, работающие без выделения газа и открытого огня, – безопасны;
- есть функция автоматического определения толщины листа металла.
Недостатков у данного оборудования практически нет. Но их не используют для раскроя листов высоколегированной стали с толщиной, превышающей 10 см, а также титана.
При грамотном регулярном обслуживании, можно гарантировать плазморезу большой срок службы. О специфике, периодичности его выполнения можно узнать из видео материалов.
Что освоит потенциальный оператор машины плазменной резки?
За время обучения будущий оператор выяснит, как производится:
- загрузка рабочих чертежей в русифицированную программу раскроя Sheet Cam;
- раскладка чертежей деталей на листе в программе Sheet Cam;
- подбор и регулировка скоростей резания для заготовок различных форм на листах с определенной толщиной;
- регулировка силы тока на плазменном источнике при заданных скоростях резания и толщинах листового металла;
- экспорт полученной программы резания в управляющую программу устройства плазменной резки и запуск процесса нарезания заготовок;
- порезка (даже без созданной заранее программы) срочно понадобившихся предприятию деталей.
Особенности процесса резки
Пользуясь плазморезами, надо учитывать их технические характеристики, химсостав применяемых смесей, параметры изделий, особенность их обработки.
Если у листов небольшая толщина (до 1см), достаточно будет иметь температуру маломощной плазменной дуги. Заготовки с большей толщиной можно кроить, добавочно стабилизировав дугу. Когда же толщина превышает 10 см, нужны плазменные установки, которые в состоянии сформировать дугу с более мощным воздействием.
Много значат виды источника. Для тонколистовой стали до 6 мм достаточно иметь небольшой ток. Чтобы обрабатывать листы, вдвое толще, понадобится источник с высоким уровнем тока. Когда же источник тока окажется более слабым, участки срезов будут иметь отложения шлака.
Преимущества плазменной резки металла на станках с ЧПУ
Достоинства использования станков плазменной резки следующие:
- Технология. Смысл воздушно-плазменной резки состоит в локальном расправлении металла в месте реза и его выдувании воздухом, используемым в электрической дуге, температура которой двадцать тысяч градусов. Сегодня есть установки для резки, которые рассчитаны на ток до 400 А. Они обеспечивают качественную резку металла с толщиной до 100 мм.
- Скорость работы. В зависимости от толщины используемого металла скорость резки выше остальных видов в двенадцать раз.
- Скорость прожига. Прожиг при таком способе резки происходит за две секунды.
- Качество резки. Небольшая деформация материала в итоге термического действия. Хорошее качество кромок.
- Универсальность. Плазменное оборудование легко перенастроить под определенную форму заготовки. Также оборудование способно нарезать сразу несколько деталей из разных видов металла, таких как алюминий, медь, нержавеющая сталь.
- Безопасность. Ширина зоны теплового действия при резке составляет всего 2 мм. Во время работы не применяются горючие газы.
- Цена. В технологии плазменной резки применяется только воздух и электричество. При этом качественно и быстро нарезаются токопроводящие виды металлов, в том числе и медь, титан. Это позволяет снизить цену обработки при лучшем качестве.
При правильном техническом обслуживании станок плазменной резки прослужит долгие годы. Информация о периодичности технического осмотра находится в инструкции к каждому аппарату.
- 02 ноября 2020
- 2357
А что в обзоре плазморезов
На предприятиях различных отраслей используют:
- стационарные модели, среди них есть машины портального; шарнирного; консольного типа для резки металла при помощи плазмы;
- мобильные или переносные такого же предназначения (вертикальная плазменная резка), оборудованные системами ЧПУ.
Сегодня несложно сделать выбор плазменного станка, – есть много производителей, специализирующихся на изготовлении устройств подобного рода. Ассортимент представлен отечественными и зарубежными моделями. Назовем и кратко охарактеризуем хотя бы некоторые из них:
- Установка PlasmaCut от российской компании Юнимаш ориентирована на то, чтобы ее применяли на предприятиях среднего и малого бизнеса. Источник плазмы Hypertherm – из числа наиболее технологичных, в наличии механизм FOCUT, осуществляющий контроль за высотой резака, мощные ШД. Управлять ним можно дистанционно, посредством USB и Ethernet, со стойки, на которой смонтирован пульт управления.
- Станок IGNIS для плазменной резки с ЧПУ (Россия) представляет несколько модификаций – IGNIS 2500, 3000 и 6000 с разными габаритами, мощностью плазмообразующего источника и грузоподъемностью. Все они рассчитаны на применение при толщине металла 28 мм, имеют стабильный спрос и применимы в техническом оснащении небольших по масштабу работы мастерских, предприятий.
- Powermax считается машиной уникальных свойств, способной выполнять плазменный раскрой изделий, различных по виду и форме.
- PlasmaBox – отличный станок из серии многокоординатных, имеет четыре ШД, работающих с разными мощностями.
- РВ 6000, РМ 3000, PS 2500 – агрегаты, выполняющие нарезку заготовок с разной длиной и толщиной.
Все эти высокопроизводительные станки пользуются системой ЧПУ фирмы AMN. В некоторых моделях для применения в промышленности, плазмотрон охлаждается принудительно под воздействием жидкости, у остальных охлаждение – естественное воздушное.
Следует также сказать, что слабое место станков с программным управлением – уязвимость для воздействия электромагнитного излучения. Это делает устройства с ЧПУ требовательными к способу поджига электрической дуги. Наиболее безопасный вариант – пневмоподжиг, иногда обозначаемый в названиях моделей аппаратов как PN. Главная особенность пневмоподжига – подвижный электрод, который в нужный момент придвигается к соплу. За счет уменьшения расстояния для возбуждения дуги не требуются высокочастотные импульсы и помехи на электронику минимизируются. Сегодня на рынке представлено не так много аппаратов с пневмоподжигом, например, он реализован в плазморезе Triton CUT 100 PN CNC.
Сферы применения плазменных станков с ЧПУ для резки металла
Плазменная резка в последнее время становится популярной. Если сравнить данный способ с другими, то можно сказать о том, что такие станки позволяют достигнуть высокого качества при эксплуатации и недорогой ручной установке. Поэтому использование такой резки в бизнесе получило широкое распространение:
- При обработке разного металлопроката. Метод используется на цветных, черных и тугоплавких видах металла.
- Применяется при изготовлении металлоконструкций.
- Позволяет создать сложные детали разной формы.
- В других видах промышленных предприятий, включая машиностроение, авиастроение и даже капитальный ремонт.
Справка . Использование плазмотрона помогает бизнесменам построить бизнес, опираясь на данную технологию: имея плазмотрон, они могут брать заказы на раскрой металлопроката.
Замолвим слово и о труборезах
Очень популярны и труборезные станки, которые можно отнести к группе портальных. Например, для резки труб применяют Автом-3 с плазменным резаком. Его скорость в несколько раз превышает аналогичный показатель газового резака. Наиболее востребованы станки плазменной резки, рассчитанные на раскрой стальных труб, с толщиной стенок 38-40 мм. Они способны резать трубу достаточно быстро, и ее отрезки будут с ровными краями.
Если нужно разрезать трубы диаметром от 100 до 315 мм из нержавейки или малоуглеродных сортов стали (при толщине до 2 мм), которые будут применяться в монтаже систем промвентиляции, наиболее эффективен труборез ТВ-30. Он способен работать в режиме ручного управления или автоматического, имея систему ЧПУ. Плазменным оборудованием этого типа можно пользоваться от сети с напряжением 380 В, с давлением подаваемого сжатого воздуха выше 0.6 МПа.
Достижения высокой точности послужит труборез с ЧПУ Vanad Miron. Технологические операции по резке труб выполняются автоматически, обязательно наличие температуры +5 – + 40˚С и вытяжной вентиляции.
Труборезный станок способен выполнять некоторые подготовительные действия при подготовке поверхности: зачищать сварочные швы, снимать фаску и разделывать кромки. У него есть возможность резать, помимо круглых, трубы квадратного или прямоугольного сечения.
Труборезную установку переносного типа использую при выполнении работы в труднодоступном месте в случае малосерийных заказов. Например, у плазменных станков Титан ПИПР 15-5 есть однофазный инвертор, выполняющий воздушно-плазменную резку, здесь применяется контактный способ дугового зажигания.
ТРЕБОВАНИЯ ОХРАНЫ ТРУДА ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ
3.1. Напряжение холостого хода источника тока для плазменной резки обработки при номинальном напряжении сети не должно превышать: — 500 В – для устройств автоматической резки; — 300 В – для устройств для полуавтоматической резки или напыления; — 180 В – для устройств ручной резки или плазменной сварки и наплавки. 3.2. Напряжения питания электродвигателей не должно превышать напряжения холостого хода источника тока для плазменной обработки. 3.3. Установки должны иметь осциллятор для возбуждения дуги. 3.4. Допускается при номинальном напряжении холостого хода источника тока до 180 В применять для возбуждения дуги вместо осциллятора угольный или графитовый стержень, имеющий рифленую рукоятку из электроизолирующего материала длиной не менее 100 мм. 3.5. Открытые токоведущие части ручных плазмотронов должны быть или электрически изолированы от токоведущих частей, или заземлены, или покрыты электрическим изоляционным материалом. 3.6. Устройства для автоматической и полуавтоматической обработки должны иметь блокировку, исключающую шунтирование нормально разомкнутых контактов в цепи питания катушки пускателя или контактора при отсутствии сварочной дуги. 3.7. Управление автоматической и полуавтоматической плазменной обработкой должно производиться дистанционно. Подача напряжения холостого хода на плазмотрон до появления дежурной дуги должна производиться кнопкой «Пуск» контактора без самоблокировки. Блокирование кнопки «Пуск» должно осуществляться автоматически после возбуждения дежурной дуги. 3.8. Работа установки происходит в следующей последовательности: — при подаче напряжения холостого хода источника питания между электродом и соплом плазмотрона с помощью возбудителя дуги генерируются периодически повторяющиеся импульсы тока, которые создают видимый факел вспомогательной дуги; — основная режущая дуга возбуждается автоматически при соприкосновении факела вспомогательной дуги с кромкой или поверхностью изделия. При этом расстояние между соплом плазмотрона и изделием должно быть 10-15 мм; — после достижения током режущей дуги установленного значения 100-450 А процесс резки протекает стабильно; — окончание процесса резки происходит при выключении силовой цепи источника питания или автоматически при удалении плазмотрона от изделия и обрыва дуги; — при обрыве дуги или выключении установки напряжение с выходных клемм источника питания автоматически снимается. 3.9. Не следует смотреть на дугу, образующуюся при резке, незащищенными глазами. Необходимо пользоваться защитной маской со светофильтром. 3.10. Запрещается во время работы на плазменной установке оставлять открытым шкаф электропитания и пульт управления. 3.11. Запрещается оставлять без присмотра плазменную установку с подключенными сжатым воздухом, водой и включенным напряжением. 3.12. Во время работы запрещается держать шланги под мышкой, на плечах или зажимать ногами. Запрещается допускать соприкосновение шлангов с токоведущими проводами. 3.13. При перегреве резака работа должна быть остановлена до полного его остывания. 3.14. Не допускать попадания на шланги искр, огня или тяжелых предметов, а также воздействия высоких температур. 3.15. Запрещается присоединение к шлангам вилок, тройников и т.п. для питания нескольких резаков. 3.16. Необходимо следить за устойчивым зажиганием дуги. Неустойчивое зажигание дуги свидетельствует о полном выгорании катодной циркониевой вставки в медном водоохлаждаемом электроде. В случае несвоевременного прекращения работы на отработавшем электроде может произойти его сквозное прогорание. Это может вызвать обгорание водопроводной трубки, электродной гайки, сопла и привести к аварийному разрушению плазмотрона. 3.17. Если при соблюдении режима работы аппарата и плазмотрона сменный электрод и сопловый наконечник разрушаются, необходимо проверить давление и расход охлаждающей воды и воздуха, герметичность плазмотрона по воде и воздуху, обеспечить плотное прижатие сменных деталей. 3.18. Оператору запрещается производить ремонт аппаратуры, резаков и т.д. В случае неисправности немедленно прекратить работу и сообщить мастеру. 3.19. Запрещается производить резку заготовок на весу, т.к. падение заготовки может привести к травме и вывести из строя плазменный резак. 3.20. Не допускать на рабочее место посторонних лиц. 3.21. Для обеспечения бесперебойной и длительной работы источника питания необходимо производить ежедневные и периодические осмотры, чтобы устранить мелкие неисправности. 3.22. При ежедневном обслуживании необходимо проверять: — исправность подводящих проводов; — исправность контактных зажимов и разъемов на панели с зажимами; — заземление источника питания; — заземление разрезаемого изделия или стола для резки. 3.23. При периодическом обслуживании (один раз в месяц) необходимо проверять: — защитные ограждения (временные или стационарные); — безопасное расположение токоведущих частей; — изоляцию токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная); — изоляцию рабочего места; — малое напряжение; — защитное отключение; — заземление корпусов установок, труб, в которых проложены провода; — исправность дверных блокировок; — заземление стеллажа и разрезаемого листа; — предупредительную сигнализацию, блокировки, знаки безопасности. 3.24. Исправность защитных средств следует проверять перед каждым применением. Защитные средства, у которых истек срок очередного испытания, применять запрещается. 3.25. Перед началом работы на рабочее место необходимо уложить изолирующие коврики или подставки. 3.26. Обо всех случаях обрыва электропроводов, неисправностях заземляющих устройств и других повреждениях электрооборудования немедленно сообщить мастеру.
А если сделать плазменный станок самому
На станке с ЧПУ для плазменной резки металла можно сделать много полезных вещей. В нем заинтересованы небольшие мастерские по изготовлению металлических дверей. Но стоит это оборудование (особенно импортные варианты) – недёшево, поэтому некоторые домашние мастера стремятся его собрать самому из частей труб квадратных сечений.
Важно знать, что агрегат, несложный по конструкции, сделать без знаний и умений невозможно. Особенно сложно собрать сам плазмотрон. Но составляющие части аппарата и ЧПУ для управления станком реально приобрести отдельно в специализированных онлайн-магазинах.
Хотя возможны варианты электромагнитной и фотоэлектронной систем управления, но именно плазменные станки с ЧПУ способны обеспечить наиболее точную и быструю работу. Домашнему умельцу, заинтересованному в оборудовании, предстоит также собрать систему подачи газа, добиться высокой точности позиционирования, чтобы в полной мере пользоваться возможностями этого аппарата, предусмотренными его техническими характеристиками.
Строение плазменных станков с ЧПУ для резки металла
Чтобы понять, как функционирует такой станок с ЧПУ, нужно знать, как он устроен. К главным его частям относятся:
- Станина — крепкое основание, предназначенное для крепления других частей оборудования.
- Рабочая поверхность с механизмами нужна, чтобы поменять ее положение.
- Направляющие служат для движения рабочей части аппарата.
- Шаговые движки — с их помощью двигается плазмотрон.
- Портал — на него крепится плазмотрон.
- Датчики — они считывают основную информацию о процессе во время обработки.
- Панель управления необходима для задания алгоритмов.
Справка . Также в устройстве станка есть крепежные части, выключатели, провода, подсветка рабочей поверхности.
2.3.2 Электрод и сопло плазменного резака
Повышение эффективности плазменной резки в большой степени зависит от конструкции плазменного резака. Чем плотнее плазменная дуга обжимается, тем выше скорость резки и качество кромки реза.
Важнейшими деталями плазменного резака являются плазменное сопло и электрод. Как плазменное сопло, так и электрод являются быстроизнашивающимися деталями. Неправильный подбор, либо неверное использование сопла или электрода могут значительно сократить срок их службы и повредить резак.
Срок службы электрода в значительной степени определяется силой тока резки, количеством зажиганий, а также типом используемого плазменного газа. Кроме того, управление газом и мощностью вначале и в конце резки, а также рассеяние тепла от электрода также играет ключевую роль. Обычно используются электроды стержневой формы из вольфрама, а также имеющие форму пальца из циркония или гафния, которые можно сделать заострёнными или плоскими. Ввиду того, что они подвержены эрозии, электроды из вольфрама могут применяться только с инертными плазменными газами и их смесями, а также с газами с низкой реакционной способностью и восстановительными плазменными газами. При использовании чистого кислорода, либо плазменных газов, в состав которых входит кислород, электроды будут служить значительно дольше, если они будут изготовлены из циркония или гафния. Эти материалы естественным образом формируют защитный слой, плавящийся при более высокой температуре (табл. 1), и, к тому же, они заключены в основную оболочку, обладающую очень большой теплопроводностью, которая интенсивно охлаждается. Если в плазменной резке используется кислород, увеличения срока службы электрода можно добиться, подавая два газа: процесс зажигания проводится с использованием газа с низкой окислительной способностью, а сам процесс резки с использованием кислорода.
Ключевые факторы, влияющие на срок службы сопла:
- диаметр на выходе сопла
- масса и теплопроводность материала сопла
- выход (произведение силы тока резания на напряжение резания)
- время действия плазменной дуги
- количество зажиганий
- последовательность прожигания отверстий
- и интенсивность охлаждения.
Водяное охлаждение является более интенсивным. Воздушное охлаждение требует большего количества газа.
Таблица 1: Типовые величины для расходных деталей, применяемых с плазменными резаками
| Материал | Усл. обозн-ие | Температура плавл. [°C] | Используемый газ | Теплопроводность при 20°С [Вт/м·К] |
| Вольфрам | W | ≈ 3400 | Ar | ≈ 174 |
| Оксид вольфрама | WO3 | ≈ 1473 | Ar/H2 | |
| Цирконий | Zr | ≈ 1852 | O2 | ≈ 22 |
| Оксид циркония | ZrO2 | ≈ 2700 | Воздух | ≈ 2,5 |
| Нитрид циркония | ZrN | ≈ 2982 | ||
| Гафний | Hf | ≈ 2227 | ||
| Оксид гафния | HfO2 | 1700 | O2 | |
| Нитрид гафния | HfN | 3305 | Воздух | ≈ 29 |
| Медь | Cu | 1083 | ||
| Оксид меди | Cu2O | 1235 | Все | ≈ 400 |
| Серебро | Ag | 961 | Все | ≈ 429 |
(Источник: информационный листок DVS 2107)
2.3.3 Изделие
При плазменной резке с помощью плазменной дуги прямого действия разрезаемый материал должен обладать электрической проводимостью, так как изделие является частью электрической цепи. Заземление подсоединённого изделия должно проектироваться таким образом, чтобы обеспечивалось непрерывное прохождение тока.
2.3.4 Подаваемый газ
Системы плазменной резки работают с инертными, восстановительными газами или с газами с низкой реакционной способностью, а также с химически активными газами и их смесями. Подробное описание систем подачи газа и информация по выбору газов, а также рекомендации по качеству применяемого газа приведены в главе 4.
2.3.5 Системы циркуляции охладителя
Поскольку плазменная резка сопряжена с большими тепловыми нагрузками, необходимо эффективное охлаждение. Различают интегрированные и внешние контуры циркуляции водяного охлаждения и газового охлаждения. Резаки, работающие с током около 100 ампер и более, обычно охлаждаются водой.
2.3.6 Система воспроизведения
Требования, относящиеся к точности воспроизведения, а также эксплуатационные характеристики систем воспроизведения устанавливаются стандартом ISO 8206.
