Технология резки металла


Способы и технология резки металла

Раскрой металлических листов и производство заготовок заданных размеров из профильного проката требует выполнения определенных операций по специальным технологиям. Прочность, хрупкость, термостойкость, уровень электропроводимости и химический состав сплава при этом непременно учитываются. Обработка должна обеспечить получение деталей максимально точного размера без нарушения основных его свойств.

Для наиболее качественного выполнения этих задач разработаны различные виды резки металла, отличающиеся как сложностью технологии, так и универсальностью применения. Большинство из видов резки реализуются в на промышленном оборудовании, отличающимся сложностью устройства, высокой продуктивностью и возможностью установки систем ЧПУ. Но есть ряд способов резки, которые можно реализовать и с помощью портативных станков и приспособлений в небольшой мастерской, домашнем гараже или непосредственно на объекте, где производится монтаж металлоконструкций.

В этой статье вы можете познакомиться с основными способами резки металла, узнать об их преимуществах и сферах применения. Более подробно виды металлообработки резкой рассмотрены в специальных статьях рубрики, каждая из которых посвящена конкретному способу и оборудованию, которое при этом применяется.

Оглавление

  • 1 Промышленные виды резки металла
  • 2 Механическая резка металла

Промышленные виды резки металла

Наиболее популярны технологии резки, позволяющие производить максимальное количество деталей высокой точности за короткий промежуток времени. На крупных предприятиях чаще всего используются:

  • плазменная;
  • лазерная;
  • газовая;
  • гидроабразивная
  • резка металла на станках с ЧПУ

Плазменная резка — обработка токопроводящих металлов и диэлектриков любой твердости струей раскаленного газа (плазмы) при температуре 5-30 тысяч градусов Цельсия, разогнанной электрическим полем до скорости около 1500 м/с. Режется, в основном, листовой металл толщиной до 200 мм. После прохода струи плазмы получается очень тонкий, ровный и гладкий разрез, не требующий дополнительной обработки кромок. Технология плазменной резки одна из самых точных и быстрых. Прилегающая к разрезу зона металла не перегревается и структура ее не нарушается.

Технология лазерной резки

Лазерная резка — не уступает по точности обработке плазмой. В этом случае рабочим органом выступает мощный лазерный луч высокой точности фокусировки. Металл мгновенно плавиться, сгорает и испаряется, оставляя чистый узкий рез. Если производится обработка листов толщиной более 15 мм, то зона реза дополнительно обдувается инертным газом, воздухом или охлаждается водой. Чаще всего применяется лазерная резка при изготовлении сложных по контуру деталей из цветных металлов, сплавов и сталей толщиной 12-20 мм. Преимущество — возможность резки сверхтонких и очень хрупких материалов.

Гидроабразивная резка, в отличие от предыдущих способов, предусматривает механическое, а не термическое воздействие. Но резцом выступает обычная вода в смеси с абразивным порошком, подающаяся под высоким давлением. Обеспечивает рез толщиной не более 0,5-1,5 мм на листах толщиной до 300 мм. При этом весь процесс происходит при температурах не выше 90 0С, что полностью исключает термические изменения структуры металла и выделение горячих паров, опасных для человека.

Гидроабразивная резка металла на станках ЧПУ позволяет обрабатывать пакеты из нескольких листов, что очень удобно при крупносерийном производстве. Недостаток — возможность коррозионных воздействий.

Газовая резка металла, как и резка сваркой (электродной), предполагает воздействие на материал температуры, которая значительно выше точки плавления в ограниченной зоне действия кислородно-пропанового потока. Отличается невысокой точностью реза, но не требует чрезмерно сложного оборудования и может производиться в любых условиях. Резка электродами приносит те же результаты, но требует подключения оборудования к электросети.

Механическая резка металла

Для изготовления различных деталей методом резки можно также использовать механические резаки, прессы, пилы, абразивные круги. Безогневая резка применяется на трубопроводах, по которым перекачивается газ, нефть или продукты ГСМ. Технология резки металла, при которой используется исключительно механическое воздействие, широко распространена как в промышленности, так и на полупрофессиональном и бытовом уровне.

Отрезные станки с дисковыми пилами (кругами) производятся как в виде ручного инструмента (болгарки), так и в виде стационарного или мобильного оборудования. Резка труб, профиля и листа производится путем воздействия вращающегося с большой скоростью абразивного круга на металл, при котором возникает большая сила трения, приводящая к нагреванию и выгоранию металла в зоне контакта.

Резать можно с высокой точностью (толщина реза всего 1-2 мм) и с высокой скоростью. Очень удобны такие станки при изготовлении строительных и водопроводных конструкций, в ремонтных работах.

Вторым по популярности способом механического раскроя листа является рубка металла. Горизонтально расположенный нож прижимается к листу с большой силой и разрушает его в зоне контакта. Работает пресс как обычные ножницы с двумя скользящими мимо лезвиями. Усилие создается гидравликой, пневматикой или эксцентриковым механизмом.

Мощные гидравлические и пневматические ножницы (гильотины) могут справиться со сталью или другими сплавами высокой прочности толщиной в несколько сантиметров. Недостатком такого метода является невозможность обработки хрупких и недостаточно пластичных металлов, их лучше резать лазером, плазмой или иным инструментом. Важным преимуществом гильотин является возможность установки программного управления для повышения скорости работы и точности выполнения операций.

В это же время резка и рубка профлиста может выполняться на переносных сабельных гильотинах, которые можно установить непосредственно на объекте — они не требуют подключения к сети и приводятся в движение только силой руки или ноги человека. Особенности материала — наличие оцинковки и полимерного покрытия, ограничивает использование болгарок, плазморезов или других инструментов, предполагающих нагревание до высокой температуры. При этом разрушается покрытие и в зоне реза возникают трудноустранимые очаги коррозии.

Резка металлочерепицы возможна только механическим способом. При продольной резке вдоль профиля можно использовать роликовый резак или специальные ножницы по металлу. Диагональная и продольно-поперечная резка возможна только при помощи специальных инструментов — электроножниц по металлу со специальными насадками.

Данная статья предлагается в качестве предварительного обзора чаще всего применяющихся на практике в промышленных и домашних условиях видов резки листового и профильного металла. Более подробно об их применении в конкретных условиях вы можете узнать в соответствующих рубриках сайта.

Своим опытом в сфере резки металла предлагаем поделиться на нашем сайте в разделе «Комментарии». Ждем также ваших обзоров конкретного оборудования, которым вы пользуетесь. Нас и наших читателей интересует как мнение профессионалов, так и любителей работать с металлом.

wikimetall.ru

Технология газовой (кислородной) резки металла

На протяжении долгих лет человечество использует металлические изделия. Некоторые из них требуют предварительной резки для последующего применения небольших кусочков.

Одним из способов разделки металла является газовая резка. Технология этого способа обладает своими особенностями и используемым оборудованием.

Особенности и разновидности

Газорезка металла раньше пользовалась широкой популярностью в ремонтных работах. Этот метод разделки являлся основным.

Распространение применения этого метода обосновано рядом особенностей:

  • Расширяет возможности резки заготовок большой толщины;
  • Не требует питания от электросети;
  • Высокая производительность;
  • Возможность выполнения сложных операций;
  • Ручной и автоматический режим работы.

Этот способ позволяет обрабатывать углеродистые и легированные стали, титановые сплавы, изделия из латуни, чугуна, свинца, бронзы, алюминия.

Газовую резку можно классифицировать на категории применительно к характеру реза:

  1. Разделительная – характеризуется выполнением сквозного реза, который делит заготовку на требуемое число деталей;
  2. Поверхностная – предполагает снятие поверхностного слоя заготовки, образуя необходимые каналы, шлицы и иные конструктивные участки;
  3. Резка копьем – подразумевает прожиг обрабатываемой поверхности для получения проемов или глухих отверстий.

Видео:

Таким образом, метод позволяет заготавливать многообразные металлические детали, производить сварку труб разного диаметра.

Технологические этапы

Технология газовой резки металла состоит из таких шагов:

  1. Разогревание металлической заготовки при помощи нагревателя до температуры 1100°С;
  2. Введение потока кислорода в зону обработки;
  3. При соприкосновении кислорода с металлической поверхностью возникает воспламенение;
  4. Под влиянием воспламенения заготовка начинает «сгорать», образуя нужный результат обработки.

Разогревание заготовки происходит под действием смеси горючего газа и технического кислорода.

В качестве горючего газа применяется пропан-бутановый состав, ацетилен, природный, пиролизный или коксовый газ. Наиболее популярными считаются ацетиленовый и пропан-бутановый состав.

В процессе воспламенения идет реакция образования окислов. Они выдуваются из рабочей зоны потоком кислорода. Окисление металла происходит только на участках действия кислородного потока, что исключает попадание продуктов реакции внутрь металла. Для непрерывности процесса резки требуется обеспечение струи подогревающего состава перед струей кислорода.

Следует учитывать, что температура плавления обрабатываемого металла должна быть больше величины температуры воспламенения в кислороде. Иначе не произойдет сгорания металла.

А также показатель плавления образующихся окислов должен быть ниже соответствующих показателей для металла. Это обосновано тем, что в противном случае возникшие продукты не уйдут из рабочей зоны, а останутся на поверхности заготовки. При выборе заготовки требуется ориентироваться на теплопроводность металла. Чем она ниже, тем легче произойдет воспламенение.

Резак — устройство для резки

Смену этапов процесса резки обеспечивает специальное оборудование. Оно подразумевает соответствующую устойчивую конструкцию для стабильности и безопасности проводимых операций. Одним из главных компонентов выступает газовый резак. Также есть насадки для сварки и плавки, применяемые в комплекте с данным оборудованием.

Резка металла газовым резаком предполагает точность дозировки и соединения газовой смеси с кислородом. А также это устройство обеспечивает получение разогревающего пламени и введение кислорода в зону работы.

Известными резаками считаются устройства инжекторного вида, работающие со сталью толщиной до 30 см. Этот резак соединяет режущий и подогревающий блок. Блок подогревания включает в себя вентили, ответственные за подачу газовой смеси и кислорода. А также в нем присутствуют инжекторная ячейка, камера смешения, трубка для подачи, мундштук наружного вида.

Режущий блок образован трубой вывода режущей струи кислорода, регулирующим вентилем, мундштуком внутреннего типа.

Газовая смесь и кислород движутся в резак посредством разных входов. Кислород движется в инжектор и мундштук для создания режущей струи. После инжектора кислород подается в камеру смешения, куда также направляется газ через свой входной проем.

После смешения состав оказывается в мундштуке, ответственном за образование разогревающего пламени. Вентили позволяют производить изменение потоков.

Видео:

Резаки можно разделить по области употребления на:

  1. Ручные – используются для ручной резки;
  2. Машинные – находят применение на резочных станках и машинах.

Существуют еще безинжекторные резаки и инструменты для подачи разных по составу горючих смесей:

  • Ацетиленовые;
  • Пропановые, бутановые и пропан-бутановые;
  • Универсальные;
  • Резаки для природного газа;
  • Резаки для керосина – имеют испарительный блок для изготовления паров бензина, керосина и бензин-керосиновой смеси.

При начале пользования любого резака сначала проверяется его исправность. Потом устройство продувается кислородом.

Применяемое оборудование

Резка металла при помощи газа подразумевает использование многих основных и дополнительных приборов. Кроме резака газорезательное оборудование, состоит из:

  • Редуктор – употребляется в целях снижения давления направляемого газа до необходимой величины. На нем располагаются два манометра для измерений на входном и выходном участке.
  • Инструмент изменения давления.
  • Баллоны для газа и кислорода.
  • Шланги соединительные.

Редуктор обеспечивает регулировку давления и автоматическое поддержание достигнутой величины в постоянном значении. Редуктор может быть образован одной или двумя камерами. Если присутствуют две камеры, то прибор редко замерзает, что отражается на надежности и последовательности операций.

Баллоны изготавливаются из стали. Объем составляет 0,4-55 дм3. Они оснащены запорным вентилем. В зависимости от находящегося состава (кислород или газ) предусмотрены вентили различной конструкции. Применительно к составу, находящемуся внутри баллона, разработаны цветовые различия и надписи.

В случае резки с применением специальных машин подразумевается стационарное нахождение оборудования. При этом применяются вспомогательные устройства:

  • Стол для резки;
  • Механизм для отвода образующихся шлаков и обрезей;
  • Система перемещения обрабатываемой заготовки;
  • Вентиляционная система.

Кроме этого предусмотрены иные газоразборные и рабочие посты.

Оборудование для резки металла в широких масштабах включает компонентные составляющие:

  • Несущая часть;
  • Резак (может быть один или несколько);
  • Приводное приспособление;
  • Пульт управления.

На больших производственных предприятиях часто используются переносные резочные станки. Принцип их работы не отличается от стационарных устройств.

Нюансы газовой резки

При работе стоит учитывать некоторые правила пользования оборудованием.

Не исключены случаи взрыва газовоздушной смеси, поэтому работать необходимо в огнеупорной одежде, маске и очках.

Требуется соблюдать технику безопасности при использовании газового оборудования и следить за шлангами, регуляторами.

При работе возможны деформационные изменения заготовок. Поэтому необходимо применять обжиг или отпуск, правку стали на вальцах, не допускать увеличения скорости пламени.

P.S. При наличии газорежущего оборудования можно выполнить операции резки толстых листов металла, получив требуемое отверстие или заготовку. Правильно подобрав резак можно производить работы своими руками, соблюдая правила безопасности.

(2 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка...

plavitmetall.ru

Блог :: Резка металла: технология :: Как выбрать тот или иной способ резки металла?

Резка металла – это отделение частей (заготовок) от сортового, листового или литого металла. Различают механическую (при помощи ножниц, пилы, резцов), ударную (рубка) и термическую резку. Термическая резка – обработка металла посредством нагрева.

По форме и характеру реза может быть разделительная (разделение металла на несколько частей) и поверхностная резка (например, резка отверстий в детали), по шероховатости реза – заготовительная и чистовая, когда не требуется дальнейшая обработка фрезерованием.

В этой статье мы остановились на 6 популярных видах резки металла: гильотина, ленточно-пильный станок, газокислородная, плазменная, лазерная и гидроабразивная резка. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, ограничен по толщине и виду разрезаемого металла, способен обеспечить определенный уровень качества поверхности. В связи с этим, в качестве итога приведена сводная таблица, где отражены оценки того или иного вида резки по основным показателям. Максимальная оценка – 10 баллов, минимальная – 1 балл. Стоит отметить, что эти цифры являются довольно субъективными, однако отражают основные преимущества и недостатки того или иного метода.

Гильотина: от орудия палача до инструмента для резки металла

В 1789 году во Франции доктор Гильотен показал Законодательному собранию свое изобретение – гильотину. Изначально предполагалось использовать ее как инструмент для самой гуманной казни. Она представляла собой пару столбов высотой 5 м с подвешенным между ними большим лезвием. До нашего времени ее конструкция не изменилась кардинально, однако сегодня она используется не для обезглавливания, а для отрезания частей листового металла. Согласитесь, действительно более гуманное применение.

В основе метода лежит использование механических средств – специальных ножниц и ножей по металлу. Сначала мастер помещает металлический лист на рабочий стол станка и фиксирует его при помощи прижимной балки. Затем устанавливает нож и совершает резку. Гильотина позволяет получить идеально ровный край, без зазубрин, заусенцев и лишних кромок. При этом кривизна среза равна нулю, т.к. отрезание производится лезвием по всей ширине листа одновременно.

Сегодня существует 4 вида гильотин для рубки металла: ручные, гидравлические, пневматические и электромеханические. Принцип их действия одинаков, но в последних трех видах для точности и безопасности используется электроника, а некоторые станки способны резать металл как поперек, так и вдоль. Рубка металла гильотиной используется в основном для заготовительных работ.

Недостатки метода:

  1. Ограниченность по типу металла и толщине разрезаемого листа (для гидравлических машин максимум 6 мм).
  2. Невысокая точность получаемых полос, которая во многом зависит от квалификации оператора.
  3. Нельзя выполнить фигурную резку.

Ленточно-пильная резка

Редкая выставка по металлообработке обходится без показа ленточно-пильного станка новой разработки. Такая популярность обусловлена невысокой стоимостью оборудования, простотой в обслуживании и приемлемой производительностью. В качестве режущего инструмента используется ленточная пила, натянутая на шкивах.

Средняя скорость резки ленточно-пильного станка (ЛПС) превышает 100 мм/мин. Современные модели оснащаются электроникой и широким спектром дополнительного оборудования, которое позволяет легко приспособить станок к технологической линии производства.

При резке на ЛПС обеспечивается точное соответствие заданным параметрам, а место распила практически не нуждается в дополнительной обработке (за исключением производства высокоточных изделий или изделий с гладкой поверхностью). Станок неприхотлив к виду обрабатываемого материала – режет абсолютно все, а ширина реза составляет всего 1,5 мм.

Если при определении скорости резания и подачи нет возможности воспользоваться рекомендациями производителя, то выяснить оптимальные значения можно по стружке: толстая с голубым отливом стружка – показатель слишком высокой скорости подачи, пылеобразная стружка – слишком низкой. При оптимальном режиме стружка слабо вьющаяся.

Одно из важнейших условий при работе на ленточно-пильных автоматах – точный выбор шага зубьев режущего полотна. Подобрать шаг полотна, который соответствует сечению распиливаемого профиля, помогут специальные таблицы. Не меньшее значение имеют скорость подачи и скорость резки.

Одно из главных преимуществ ЛПС – возможность резки под углом. Однако, как и в предыдущем случае, на ЛПС невозможно получить фигурный рез, а размеры заготовок ограничены возможностями станка.

Газокислородная резка металла

На сегодняшний день газокислородная резка является, пожалуй, самым популярным видом резки металла за счет высокой производительности. Она обеспечивается, благодаря совершенно иному принципу действия, который заключается в горении металла. Перед этим обязателен предварительный подогрев места резки до температуры воспламенения, который производится подогревательным пламенем резака без подвода режущего кислорода. В зависимости от толщины металла и состояния его поверхности, время начального подогрева колеблется от 5 до 40 секунд. По достижении достаточного нагрева подают кислород, и когда его струя прорежет всю толщину металла, начинают равномерное перемещение резака по линии реза. Кислород режет подогретый металл и одновременно удаляет образующиеся оксиды, а за счет выделяющийся теплоты горения подогреваются соседние слои металла. При этом срез сопла должен все время находиться от поверхности детали на одинаковом расстоянии, которое подбирается опытным путем. Максимальная толщина газокислородной резки металла составляет 200 мм.

Однако газокислородной резке поддаются далеко не все металлы. Например, вам никогда не удастся разрезать алюминий. Во-первых, его температура горения 900°С, а плавления – 660°С, следовательно, гореть он будет только в жидком состоянии, и получить стабильную форму реза просто невозможно. Алюминий при горении образует оксиды с температурой плавления 2 050°С. Такой окисел будет при резке твердым, удалить его трудно. И, наконец, алюминий очень хорошо проводит тепло, поэтому потребуется большая концентрация мощности и большой расход газа. Аналогично не подвергаются газокислородной резке высоколегированные, высокоуглеродистые и хромоникелевые стали.

При работе с аппаратами газокислородной резки важно правильно подобрать скорость перемещения сопла и расходы воздуха и газа. Например, слишком большая скорость резки, помимо значительного отставания режущей струи, даёт неровную бороздчатую поверхность реза; cлишком малая скорость резки вызывает оплавление кромок на входной стороне и увеличивает ширину реза, что влечет за собой значительные потери металла. Наиболее простой способ определить скорость резания по характеру выброса искр и шлака: они должны выбрасываться с обратной стороны заготовки под небольшим углом от вертикальной оси.

К недостаткам этого вида резки относят большую ширину реза (вдоль которого, к тому же, остаются наплывы, грат и окислы), плохое его качество, невозможность прохода по криволинейным контурам малых радиусов, значительное термическое воздействие на металл. Неравномерный нагрев создаёт напряжения в металле и деформирует его, искажая геометрическую форму. Напряжения могут быть полностью сняты лишь с помощью термической обработки, а это большие дополнительные затраты. К тому же это способ подходит далеко не для каждого вида металла.

Плазменная резка металла

Практически все недостатки газокислородной резки можно исключить при использовании плазмы. Первые станки для плазменной резки металла появились где-то в 50-60 годах прошлого века. Данное оборудование было настолько громоздким и дорогостоящим, что приобреталось в основном только машиностроительными гигантами. В конце прошлого века плазменная резка металла стала более доступной и сейчас распространена повсеместно.

Плазменная резка металла производится за счет интенсивного расплавления металла вдоль линии реза теплом сжатой электрической дуги и последующего удаления жидкого металла высокоскоростным плазменным потоком. По своей сути плазма – это полностью или частично ионизированный газ, обладающий температурой 15 000 – 20 000°С. Соответственно, нетрудно догадаться, что производительность плазменной резки будет в разы больше газокислородной, температура которой достигает всего 1 800°С.

На сегодняшний день плазменная резка является самым действенным способом раскроя металла, имеющим ряд особенностей, делающих ее лидером в области металлообработки. Так, процесс резки металла плазмой не требует заправки газовых баллонов и их доставки, присадок для резки ценных металлов или особого соблюдения мер пожарной безопасности. Для плазменной резки необходимы только электроэнергия и воздух, а в качестве расходных материалов – сопла и электроды, поэтому данный вид является одним из самых экономичных способов.

Плазменная резка экономически целесообразна для обработки:

  • алюминия и сплавов на его основе толщиной до 120 мм;
  • меди толщиной до 80 мм;
  • легированных и углеродистых сталей толщиной до 50 мм;
  • чугуна толщиной до 90 мм.

При толщине металла от 120 до 200 мм обработка плазмой возможна, однако выгоднее в данном случае использовать газокислородную резку.

В процессе раскроя металла крайне важны такие характеристики, как толщина и теплопроводность. Соответственно, при подборе оборудования необходимо учитывать простой факт: чем выше теплопроводность разрезаемого металла, тем больше теплоотвод и меньше возможная толщина обрабатываемого листа, К примеру, толщина листа меди должна быть меньше, чем листа из нержавейки.

Достоинством плазменной резки является увеличение скорости реза. Данный факт позволяет превалировать такому методу над кислородной горелкой, поскольку скорость увеличивается на 6-10 раз, что немаловажно при обработке заготовок толщиной 40-60 мм.

Преимущества и недостатки плазменной резки:

  • плазменный рез обладает высокой точностью и исключает образование наплывов;
  • имеется возможность осуществления фигурной резки;
  • перекаливание изделия исключается, благодаря локальному нагреву участка разреза;
  • возможность производить обработку различных металлов, включая титан, чугун, мель, сталь и прочих, без смены оборудования;
  • конструкция не имеет баллонов с взрывоопасным газом;
  • достаточно небольшая стоимость.
  • Значительное увеличение скорости обработки при плазменной резке обеспечивается современными станками, которые обладают автоматическим программным управлением ЧПУ. Эта факт также позволяет производить качественные работы вне зависимости от квалификации оператора.
  • Обрабатывая металл посредством струи плазмы, нет никакой необходимости осуществлять дополнительную подготовку детали, то есть ее очистку, поскольку качественные показатели остаются неизменными, даже при наличии ржавчины, краски и остатков грязи.

Однако данный метод имеет и ряд недостатков. В первую очередь метод плазменной резки – термический, что неизбежно влияет на качество кромок металла: происходит частичная потеря материала, кромка приобретает большую твердость, а последующая обработка требует дополнительных затрат. Однако качество кромок, образующихся при плазменной резке, значительно лучше, чем при газокислородной: окалина отсутствует, а ширина зоны с цветами побежалости в пять раз меньше.

Лазерная резка металла

Это один из передовых методов, заключающийся в интенсивном воздействии лазерного луча на металл.

Не будем останавливаться на технических аспектах получения лазера, скажем только, что преимуществ у этого метода масса: самая маленькая ширина реза, которая может достигать всего 0,1 мм, высокая производительность, прекрасное качество поверхности, отсутствие динамических или статических напряжений, воздействующих на металл, благодаря четко направленному световому потоку лазера в зону резания. Полученные края металлоизделий ровные, без заусенцев, однако на срезе может быть виден след от воздействия высоких температур. Если изготавливается «ответственная» деталь, то без дополнительной механообработки не обойтись.

Крупнейшая компания по производству специальной дорожной техники Vermeer Manufacturing Co. использует в своем производстве всего две установки лазерной резки, которые разрезают 20-25 тонн металла в день и обеспечивают заготовками 9 сборочных линий дорожной техники.

Лазерный луч позволяет разрезать металлы толщиной до 15-20 мм, хотя наибольший эффект достигается при толщине 6 мм. Существенным недостатком лазерной резки является низкий КПД самого лазера (всего 15%), что не позволяет обрабатывать листы толще 12 мм. К тому же не все металлы можно резать лазером: алюминий, титан и высоколегированные стали обладают сильными отражательными свойствами, и мощности лазера попросту может не хватить для всей толщины металла.

Преимущества лазерной резки металла:

Наиболее качественную обработку стали, а также хрупких материалов обеспечивает применение лазерного луча взамен сверла или фрезы. Такой прием резки позволяет избежать деформации стали, что и является ее главным преимуществом.

  • лазерная резка работает по методу «летающей оптики», которая исключает подвижность листа металла при раскрое, поскольку в данном случае перемещается только режущая головка;
  • толщина линии при использовании лазерной резки минимальная – не более 0,5 мм;
  • полное отсутствие повреждений при резке поверхностей из глянца и зеркала;
  • раскрой лазером изделий со сложной геометрией;
  • полное исключение возможности формирования заусенцев благодаря использованию высококачественного реза;
  • применение ЧПУ дает возможность обрабатывать детали с точностью до микрон.
  • квалификация оператора, работающего со станком, практически не влияет на качество заготовки, поскольку все управление полностью возложено на компьютер, оперирующий раскроем в автоматическом режиме.
  • наличие минимального количества отходов и полное отсутствие стружки, что придает процессу экономичность.

Гидроабразивная резка – это самая инновационная и прогрессивная технология резки металла. Сила струи воды, выходящей из сопла под огромным давлением, действительно поражает воображение: она способна резать до 300 мм (!) стали.

Сердце системы водоструйной резки – насос сверхвысокого давления. Сейчас существуют экспериментальные модели станков с давлением воды 6 000 бар. Проходя через рубиновое, сапфировое или алмазное сопло шириной всего 0,1 мм, вода ускоряется до трехкратной скорости звука и образуется тонкая сфокусированная струя, которая может обрабатывать практически все типы материалов.

Скорость гидроабразивной резки очень велика: например, при резке листа из нержавеющей стали толщиной 100 мм она доходит до 22 мм/мин, а при толщине в 1 мм – 2 700 мм/мин. При резке стекла скорость может составлять до 11 000 мм/мин.

При резке мягких материалов используется чистая струя воды, а за счет перемешивания в качестве абразива гранатового песка можно производить резку материалов любой твердости.

За рубежом проводились эксперименты по сравнению эффективности метода гидроабразивной резки с традиционными технологиями. В качестве «сильнейшего конкурента» был выбран лазер. Обе установки резали пакеты из металлических пластин толщиной 0,3 мм каждая. В результате испытаний было установлено, что при толщине разрушаемого пакета пластин менее 6 мм более эффективным по энергоемкости и скорости оказался метод лазерной резки, а при толщине пакета свыше 6 мм абсолютно лидирует метод гидроабразивной резки.

Важнейшим преимуществом технологии водоструйной резки перед другими видами обработки является отсутствие нагрева разрезаемых заготовок, т.е. отсутствие термического воздействия на материал, что исключает напряжения и деформации обрабатываемого материала. Результатом являются резы поразительно высокого качества, не требующие последующей дорогостоящей обработки.

Некоторые материалы не могут быть разрезаны лазером из-за отражения, а в случае плазменной резки – когда материал не является токопроводящим. В этом плане гидроабразивная резка является универсальным методом, однако она предполагает намокание детали, что может быть критично для металлов, подверженных коррозии.

Технология резки водой имеет еще одно неоспоримое преимущество – тонкая, как волос, струя, создает существенно меньшие потери материала по сравнению с традиционными процессами.

Огромным недостатком метода гидроабразивной резки металла можно назвать крайне высокую стоимость резки: один час работы на подобной установке обойдется вам примерно в 1 500 рублей. К тому же рабочие детали очень быстро изнашиваются из-за высокого давления и требуют постоянного контроля и ремонта. В общем, если вы решили приобрести станок гидроабразивной резки, будьте готовы к постоянным высоким расходам.

Преимущества гидроабразивной резки:

Холодная обработка при 55-90 °C – это ключевое достоинство метода гидроабразивной резки, которое позволяет осуществлять качественную работу с некоторыми видами металлов, чьи физико-химические свойства меняются при нагревании

  • возможность использования безвредных абразивных добавок;
  • осуществление работ с различными типами материалов, кроме каленого стекла и алмазов;
  • кройка металла, имеющего толщину до 30 см;
  • исключение наличия газо- и парообразований;
  • нарезание материалов под углом за счет наклона головки.
  • может использоваться в газоопасных помещениях, поскольку она абсолютно безопасна с точки зрения пожарной безопасности.
  • обеспечивает уменьшение степени шероховатости и образование кромки высокого качества, а поверхность металла не оплавляется в таком случае.

Перспективы развития отрасли обработки металлов резанием

Перечисленные способы применяются на практике и известны всем. Но ученые разрабатывают новые способы: например, в Германии создали установку для резки металла с помощью электромагнитного импульса, которая работает быстро, бесшумно и не оставляет следов. Также проводятся эксперименты по резке с помощью ультразвука. Возможно, что уже в обозримом будущем они получат повсеместное распространение.

Ширина реза и максимальная толщина заготовки (баллы):

При резке металла толщиной 50 мм ширина реза при использовании гидроабразивной установки составляет 2 мм, а газокислородной – 20 мм. Это дает экономию 15 кг металла на 1 метр реза.

Качество реза и производительность (баллы):

Стоимость, расходы и экологичность (баллы):

kovkapro.com

Методы резки металла

На сегодняшний день существует шесть основных методов резки металла, которые можно объединить в три группы:

  • Высокоточные способы резки металла
  • Механические
  • Термические

К первой группе относят лазерную и гидроабразивную резки. К термическим способам резки относятся газокислородная и плазменная. Механические способы – это ленточнопильная резка, резка гильотиной, прочие виды обработки металлов давлением.

Лазерная резка - при данном методе разрезание металла происходит за счет воздействия на изделие лазерного луча, образованного в лазере из обычного пучка света. Необычайная точность и качество получения кромок позволяет создавать высокоточные изделия для приборостроения, авиации, машиностроения и медицины. Лазерная резка металла широко применяется в промышленности.

Плазменная резка. Металл разрезается смесью газов, которая под воздействием электрической дуги превращаются в струю плазмы с температурой от 5000 до 30000°C и скоростью от 500 до 1500 м/с. Области применения плазменной резки весьма многочисленны, ведь эта технология является универсальной в смысле разрезаемых металлов, достигаемых скоростей резки и диапазона обрабатываемых толщин. Самое распространенное применение: резка труб, листового металла, фигурная резка, резка отверстий, резка бетона.

Газокислородная резка. Процесс газокислородной резки основан на свойстве металлов и их сплавов гореть в струе химически чистого кислорода. Металл вдоль линии разреза нагревается до температуры воспламенения его в кислороде, сжижается в струе кислорода. Образующиеся в процессе резки окислы выдуваются этой струей из места разреза. Ручная газовая резка используется на тех предприятиях, где объем перерабатываемого металла невелик и применение средств механизации экономически неоправданно. Она служит для вырезки заготовок под последующую ковку и штамповку по разметке из листа, резки профильного проката и труб, отрезки прибылей и литников в литейном производстве, а также при проведении ремонтных работ.

Ленточнопильная резка. Данный вид резки производится ленточной пилой кольцеобразной формы. Применяется в заготовительных цехах практических всех предприятий отечественного машиностроения, а также на предприятиях других отраслей, где применяется резка металла на профильные заготовки. Особенно эффективно использование ленточнопильных станков при резке дорогостоящих металлов и тонкостенных профилей.

Гидроабразивная резка. Гидроабразивная резка осуществляется с помощью смеси воды и абразива (песка), которая под давлением подается через узкое сопло. Этот способ позволяет разрезать изделия в толщину до 30 сантиметров. Технология гидроабразивной резки благодаря своим уникальным свойствам и универсальности, находит свое применение в различных отраслях промышленности, в изготовлении художественных изделий, строительстве, производстве рекламной продукции. Гильотина используется для рубки металла в разнообразных производственных сферах: при изготовлении профнастила, производстве водосточных систем, вентиляционных систем, элементов фасада и кровли, для производства различных профилей, в машиностроении, судостроении и строительстве.

Гильотина. Для этого способа используются ножницы и ножи по металлу. Они позволяют получить ровный разрез без заусенцев и зазубрин. Таким способом можно делать поперечные и продольные резы. Его используют и при производстве квадратного, и круглого профиля.

Рассмотрим более подробно термические способы резки. Данную группу можно разделить на следующие виды резки:

1. Газовая резка

1.1. кислородная;

1.2. кислородно-флюсовая;

1.3. резка кислородным копьем.

2. Газоэлектрическая резка

2.1. воздушно-дуговая;

2.2. кислородно-дуговая.

3. Плазменная резка

3.1. плазменно-дуговая;

3.2. резка плазменной струей.

4. Лазерная или газолазерная резка

4.1. кислородная резка с поддержкой лазерным лучом.

Таблица 1. Параметры основных видов резки металла.

Кислородная резка

Кислородная резка заключается в сгорании разрезаемого металла в кислородной струе и удалении этой струей образовавшихся оксидов.

Рис. 1. Процесс кислородной резки металла.

Технология кислородной резки

Разрезаемый металл предварительно нагревается подогревающим пламенем резака, которое образуется в результате сгорания горючего газа (Ацетилен, пропан) в смеси с кислородом. При достижении температуры воспламенения металла в кислороде, на резаке открывается вентиль чистого кислорода (99 –99,8%) под давлением до 12 бар и начинается процесс резки. Чистый кислород из центрального канала мундштука, предназначенный для окисления разрезаемого металла и удаления оксидов, называют режущим в отличие от кислорода подогревающего пламени, поступающего в смеси с горючим газом из боковых каналов мундштука.

Струя режущего кислорода вытесняет в разрез расплавленные оксиды, они в свою очередь, нагревают следующий слой металла, что способствует его интенсивному окислению. В результате разрезаемый лист подвергается окислению по всей толщине, а расплавленные оксиды удаляются из зоны резки под воздействием струи режущего кислорода.

Техника кислородной резки

Процесс кислородной резки начинается с того, что поверхность разрезаемого листа следует очистить от окалины, краски, масла, ржавчины и грязи. Особое внимание уделяется очистке поверхности листа от окалины, поскольку она препятствует контакту металла с пламенем и струей режущего кислорода. Для этого необходимо прогреть поверхность стали подогревающим пламенем резака, в результате чего, окалина отскочит от поверхности. Прогрев следует выполнять узкой полосой по предполагаемой линии реза, перемещая пламя со скоростью, приблизительно соответствующей скорости резки.

Перед кислородной резкой металл нагревается с поверхности в начальной точке реза до температуры его воспламенения в кислороде. После пуска струи режущего кислорода и начала процесса окисления металла по толщине листа резак перемещают по линии реза.

Рис. 2. Кислородная резка металла.

Как правило, прямолинейная кислородная резка стальных листов толщиной до 50 мм выполняется вначале с установкой режущего сопла мундштука в вертикальное положение, а затем с  наклоном в сторону, противоположную направлению резки (обычно на 20–30º). Наклон режущего сопла мундштука в сторону ускоряет процесс окисления металла и увеличивает скорость кислородной резки, а, следовательно, и ее производительность. При большей толщине стального листа резак в начале резки наклоняют на 5º в сторону, обратную движению резки.

Оборудование:

При кислородной резке используется такое оборудование, как резаки, шланги, баллонный регулятор, баллоны с газом в комплексе с газовой рампой или же газификатор. 

Кислородно-флюсовая резка

Данный вид обработки металлов был разработан для материалов, которые плохо поддаются кислородной резке. Такими материалами являются чугун, легированные стали, цветные металлы и др. Кислородно-флюсовая резка отличается от обычной кислородной резки лишь тем, что помимо подогревающего пламени и струи режущего кислорода, в зону реза подается порошок флюса, который обеспечивает процесс резки за счет термического, химического и абразивного действия.

Технология и техника при кислородно-флюсовой резке не отличается от обычной кислородной резки, за исключением нижеизложенных нюансов.

При кислородно-флюсовой резке в кислородную режущую струю дополнительно вводятся порошкообразные флюсы, частицы которых, сгорая, дают значительный тепловой эффект, способствуя плавлению тугоплавких окислов на поверхности контакта кислорода с обрабатываемым металлом без значительного расплавления кромок металла под этим поверхностным слоем. Основой таких порошкообразных флюсов является железный порошок.

В процессе горения флюса образуются высоконагретые частицы FeO, которые способствуют образованию комплексных более легкоплавких соединений (FeО.SiО2; FeО.Cr2О3 и др.) и облегчают доступ кислорода к неокисленным частям металла вследствие удаления тугоплавких окислов.

Таким образом, в дополнение к процессам окисления металла и выдувания расплавленных шлаков при обычной кислородной резке, при кислородно-флюсовой резке имеет место интенсификация температуры в реакционном пространстве в результате сжигания порошка флюса (железа, феррофосфора, алюминия), сопровождаемая флюсованием тугоплавких окислов и абразивным их удалением (окалиной, кварцевым песком, глиноземом). Кислородно-флюсовая резка применяется как в качестве разделительной, так и в качестве поверхностной.

Оборудование:

При кислородно-флюсовой резке используется такое оборудование, как емкости для флюса (флюсопитателя), резаки, шланги, баллонный регулятор, баллоны с газом в комплексе с газовой рампой  или же газификатор.

Таблица 2. Состав флюса для резки различных материалов

Резка кислородным копьем

Кислородное копье - это стальная трубка, через которую подается кислород.

Технология резки кислородным копьем.

Рабочий конец кислородного копья предварительно нагревается до температуры 1350–1400°С с помощью внешнего источника нагрева: сварочной дуги, подогревающего пламени резака или пламенем сварочной горелки. После воспламенения копья посторонний источник нагрева убирается. В результате подачи кислорода рабочий конец копья начинает интенсивно гореть, достигая температуры 2000°С. Для повышения тепловой мощности кислородного копья внутрь трубки, как правило, помещают стальной пруток или другой профиль.

Рис. 3. Процесс резки кислородным копьем

Техника резки кислородным копьем.

Кислородное копье прижимают к поверхности прожигаемого материала. Углубив рабочий конец копья в материал, повышают давление кислорода до необходимой рабочей величины, периодически выполняя копьем возвратно-поступательные (с амплитудой 10–20 см) и вращательные (на угол 10–15° в обе стороны) движения. При прожигании отверстия торец копья необходимо постоянно прижимать к материалу, отрывая его лишь на короткое время при возвратно-поступательном движении. Образуемые шлаки выносятся давлением в зазор между трубкой копья и стенкой прожигаемого отверстия.

Прожигание отверстий в чугуне применяется в металлургическом производстве при образовании шпуров в чугунных зашлакованных массивах, подлежащих разрушению во взрывных ямах для переплавки.

Производительность резки кислородным копьем чугуна крайне низка. Скорость прожигания отверстия диаметром 50–60 мм составляет не более 50 мм/мин. при расходе кислорода около 35 м3 на 1 м отверстия и 25 м трубок.

В некоторых случаях, чтобы повысить эффективность процесса резки в копье вместе с кислородом подается железный порошок. В этом случае возможно не только прожигание отверстий, но и разделительная резка стали и бетона.

Оборудование:

При резке кислородным копьем используется такое оборудование, как кислородное копье, шланги, баллонный регулятор, баллоны с газом в комплексе с газовой рампой или же газификатор.

Воздушно-дуговая резка

Воздушно-дуговая резка заключается в расплавлении металла по линии реза электрической дугой и принудительном удалении сжатым воздухом образующегося под действием дуги расплава.

Рис. 4. Схема воздушно-дуговой резки

Технология воздушно-дуговой резки.

Воздух подается вдоль неплавящегося электрода (обычно угольного или графитового) и в специальном электрододержателе. Электрическая дуга, как правило, горит на постоянном токе обратной полярности.

Техника воздушно-дуговой резки.

Сначала производится поджиг дуги, затем происходит разрезание металла электрической дугой. Струя воздуха используется для выдувания шлаков из места разреза. При резке электрод опирают концом о поверхность металла под углом к ней 80—85°, с наклоном в сторону направления резки.

Качество поверхности реза и прилегающего к ней металла невысокое. В поверхностном слое и на кромках глубиной 0,1–0,3 мм может наблюдаться повышение содержания углерода, вследствие чего может начаться процесс образования трещин. Для предотвращения увеличения содержания углерода  необходимо по возможности не касаться электродом раскаленного металла. После воздушно-дуговой резки необходимо выполнять тщательную зачистку поверхностей щеткой до металлического блеска и производить осмотр для установления отсутствия поверхностных дефектов.

Воздушно-дуговая резка обычно используется для поверхностной обработки (строжки) или в качестве разделительной резки в лом сталей, алюминия, меди, титана.

Оборудование:

При воздушно-дуговой резке используется такое оборудование, как резаки, кабели и рукава, компрессорные установки, источник питания.

Кислородно-дуговая резка

Технология кислородно-дуговой резки.

При кислородно-дуговой резке дуга горит между плавящимся электродом и разрезаемым металлом. Сварочный электрод трубчатый и по каналу внутри электрода подается режущий кислород. Дуга обеспечивает нагрев металла, а кислород, интенсивно окисляя железо, обеспечивает его сгорание и выдувание из зоны реза (рис. 5).

Рис.5. Схема кислородно-дуговой резки

Кислородно-дуговую резку применяют преимущественно для специальных работ: резки металла под водой, строительно-монтажных работ, ремонта, а также в других случаях, когда приходится выполнять короткие резы ( до 500 мм).

Техника кислородно-дуговой резки.

Для резки сначала зажигается дуга, затем, когда образуется расплавленная точка, с помощью рукоятки регулятора на держателе открывается поток режущего кислорода, он быстро окисляет металл и выдувает его.

Кислородно-дуговую резку применяют для резки черных и цветных металлов толщиной до 120 мм. Сила тока 200–350А, давление кислорода 3–10 бар (в зависимости от толщины).

Возможна полуавтоматическая кислородно-дуговая резка. В этом случае проволока обдувается кислородом концентрично.

Оборудование:

При кислородно-дуговой резке используется такое оборудование, как резаки, кабели и рукава, источник питания, баллонный регулятор, баллоны с кислородом в комплексе с рамповым оборудованием или же газификатор.

Плазменная резка

Плазменная резка заключается в проплавлении разрезаемого металла за счет теплоты, генерируемой сжатой плазменной дугой, и интенсивном удалении расплава плазменной струей.

Технология плазменной резки

Плазма представляет собой ионизированный газ с высокой температурой, способный проводить электрический ток. Плазменная дуга получается из обычной дуги в специальном устройстве – плазмотроне – в результате ее сжатия и вдувания в нее плазмообразующего газа. Различают две схемы плазменной резки:

  • плазменно-дуговая резка
  • резка плазменной струей

Рис. 6. Схема плазменной резки

При плазменно-дуговой резке дуга горит между неплавящимся электродом и разрезаемым металлом (дуга прямого действия). Столб дуги совмещен с высокоскоростной плазменной струей, которая образуется из поступающего газа за счет его нагрева и ионизации под действием дуги. Для разрезания используется энергия одного из приэлектродных пятен дуги, плазмы столба и вытекающего из него факела.

При резке плазменной струей дуга горит между электродом и формирующим наконечником плазмотрона, а обрабатываемый объект не включен в электрическую цепь (дуга косвенного действия). Часть плазмы столба дуги выносится из плазмотрона в виде высокоскоростной плазменной струи, энергия которой и используется для разрезания.

Плазменно-дуговая резка более эффективна, нежели резка плазменной струей, и широко применяется для обработки металлов. Резка плазменной струей используется реже и преимущественно для обработки неметаллических материалов, поскольку они не обязательно должны быть электропроводными.

Рис. 7. Плазменная резка

Технологические возможности процесса плазменной резки металла (скорость, качество и др.), а также характеристики основных узлов плазмотронов определяются, прежде всего, плазмообразующей средой.

Техника плазменной резки металла

Плазменная резка экономически целесообразна для обработки:

  • алюминия и сплавов на его основе толщиной до 120 мм;
  • меди толщиной до 80 мм;
  • легированных и углеродистых сталей толщиной до 50 мм;
  • чугуна толщиной до 90 мм.

Резак располагают максимально близко к краю разрезаемого металла. После нажатия на кнопку выключателя резака вначале зажигается дежурная дуга, а затем режущая дуга, и начинается процесс резки. Расстояние между поверхностью разрезаемого металла и торцом наконечника резака должно оставаться постоянным. Дугу нужно направлять вниз и обычно под прямым углом к поверхности разрезаемого листа. Резак медленно перемещают вдоль планируемой линии разреза. Скорость движения необходимо регулировать таким образом, чтобы искры были видны с обратной стороны разрезаемого металла. Если их не видно с обратной стороны, значит металл не прорезан насквозь, что может быть обусловлено недостаточным током, чрезмерной скоростью движения или направленностью плазменной струи не под прямым углом к поверхности разрезаемого листа.

Плазмообразующие газы

Плазменная резка алюминия и его сплавов толщиной 5–20 мм обычно выполняется в азоте,  толщиной от 20 до 100 мм – в азотно-водородных смесях (65–68% азота и 32–35% водорода), толщиной свыше 100 мм – в аргоно-водородных смесях (35–50% водорода).

Плазменная резка меди может осуществляться в азоте (при толщине 5–15 мм), сжатом воздухе (при малых и средних толщинах), аргоно-водородной смеси.

Плазменная резка высоколегированных сталей эффективна только для толщин до 100 мм (для больших толщин используется кислородно-флюсовая резка). При толщине до 50–60 мм могут применяться воздушно-плазменная резка и ручная резка в азоте, при толщинах свыше 50–60 мм – азотно-кислородные смеси.

Резка нержавеющих сталей толщиной до 20 мм может быть выполнена в азоте, толщиной 20–50 мм – в азотно-водородной смеси (50 % азота и 50 % водорода). Также возможно использование сжатого воздуха.

Для резки углеродистых сталей используют сжатый воздух (как правило, при толщинах до 40–50 мм), кислород и азотно-кислородные смеси.

Таблица 3. Ориентировочные режимы воздушно-плазменной резки металла

Можно выделить такие преимущества плазменной резки в сравнении с газовыми способами:

  • Выше скорость резки металла малой и средней толщины
  • Универсальность – плазменная резка используется для обработки сталей, алюминия и его сплавов, меди и сплавов, чугуна и др. материалов
  • Точные и высококачественные резы, при этом в большинстве случаев исключается или заметно сокращается последующая механическая обработка

Экономичность воздушно-плазменной резки – потребности в дорогостоящих газах отсутствует (ацетилене, кислороде, пропан-бутане)

  • Возможность вырезать детали сложной формы;
  • Короткое время прожига (при кислородной резке требуется продолжительный предварительный прогрев)
  • Безопасная резка, поскольку отсутствуют взрывоопасные баллоны с газом

Недостатки плазменной резки по сравнению с газовыми способами резки заключаеются в:

  • Максимальная толщина реза обычно составляет 80–100 мм (кислородной резкой можно обрабатывать чугун и некоторые стали толщиной до 500 мм)
  • Стоимость оборудования намного выше
  • Повышенные требования к техническому обслуживанию оборудования
  • Высокий уровень шума вследствие истечения газа из плазматрона с околозвуковыми скоростями
  • Вредные для организма азотсодержащие выделения (при использовании азота), для уменьшения который разрезаемое изделие погружают в воду.

Оборудование:

При плазменной резке используется такое оборудование, как плазмотрон, источник питания, компрессор, баллоны с газом.

Лазерная резка

При лазерной резке нагревание и разрушение участка материала осуществляется с помощью лазерного луча.

В отличие от обычного светового луча для лазерного луча характерны такие свойства, как направленность, монохроматичность и когерентность.

За счет направленности энергия лазерного луча концентрируется на относительно небольшом участке. Так, по своей направленности лазерный луч в тысячи раз превышает луч прожектора.

Лазерный луч по сравнению с обычным светом является монохроматичным, т. е. обладает фиксированной длиной волны и частотой. Это облегчает его фокусировку оптическими линзами.

Лазерный луч имеет высокую степень когерентности – согласованного протекания во времени нескольких волновых процессов. Когерентные колебания вызывают резонанс, усиливающий мощность излучения.

Благодаря вышеизложенным свойствам лазерный луч может быть сфокусирован на очень маленькую поверхность материала и создать на ней плотность энергии, достаточную для нагревания и разрушения материала (например, порядка 108 Вт/см2 для плавления металла).

Рис. 8. Лазерная резка

Технология лазерной резки металла

Воздействие лазерного излучения на металл при разрезании характеризуется общими положениями, связанными с поглощением и отражением излучения, распространением поглощенной энергии по объему материала за счет теплопроводности и др., а также рядом специфических особенностей.

В зоне воздействия лазерного луча металл нагревается до первой температуры разрушения – плавления. Поглощая излучение, металл расплавляется, и фазовая граница плавления перемещается вглубь материала. Далее продолжается энергетическое воздействие лазерного луча,  что приводит к увеличению температуры, достигающей второй температуры разрушения – кипения, при которой металл начинает активно испаряться.

Таким образом, возможны два механизма лазерной резки – плавлением и испарением. Однако последний механизм требует высоких энергозатрат и осуществим лишь для очень малой толщины металла. Поэтому на практике резку выполняют плавлением. При этом в целях существенного сокращения затрат энергии, повышения толщины обрабатываемого металла и скорости разрезания применяется вспомогательный газ, который вдувается в зону реза с целью удаления продуктов разрушения металла. Чаще всего в качестве вспомогательного газа используется кислород, воздух, азот. Такая резка называется газолазерной.

Рис. 9. Схема газолазерной резки

Например, кислород при газолазерной резке выполняет тройную функцию:

  • газ содействует предварительному окислению металла и снижает его способность отражать лазерное излучение;
  • разрезаемый металл воспламеняется и горит в струе кислорода, в результате чего выделяется дополнительная теплота, что усиливает действие лазерного излучения;
  • кислородная струя сдувает и уносит из области резки расплавленный металл и продукты его сгорания. Это обеспечивает одновременный приток газа непосредственно к фронту реакции горения.

Невозможен или крайне сложен раскрой лазером таких материалов как текстолит, стеклотекстолит, гетинакс, сотовый полипропилен, поликарбонат, сотовый поликарбонат. Затруднено разрезание материалов, склонных к растрескиванию, например, керамики или стекла.

Лазерный раскрой листового металла осуществляется на лазерном станке с минимальной затратой времени на регулировку оборудования. Используемая технология управления и программирования позволяет быстро получить готовую деталь по предоставленному чертежу. В процессе обработки обеспечивается высокая гибкость, оптимизируется последовательность каждой технологической операции и ускоряется решение вопросов материально-технического снабжения.

Оборудование:

При лазерной резке используется такое оборудование, как лазерный станок, баллоны с газом в комплексе с рамповым оборудованием или газификатор.

Преимущества, недостатки и сравнительная характеристика

Сфокусированное лазерное излучение позволяет разрезать почти любые материалы независимо от их теплофизических свойств. При этом можно получать качественные и узкие резы (шириной 0,1–1 мм) со сравнительно небольшой зоной термического влияния. При лазерной резке возникают минимальные деформации, как временные в процессе обработки заготовки, так и остаточные после ее полного остывания. В результате возможна резка с высокой степенью точности, в том числе нежестких и легкодеформируемых изделий. Благодаря относительно несложному управлению лазерным пучком можно выполнять автоматическую обработку плоских и объемных деталей по сложному контуру.

Лазерная резка особенно эффективна для стали толщиной до 6 мм, обеспечивая высокие качество и точность при сравнительно большой скорости разрезания. Однако для металла толщиной 20–40 мм она применяется значительно реже кислородной или плазменной резки, а для металла толщиной свыше 40 мм – практически не используется.

Таблица 4. Сравнительные характеристики лазерной резки с кислородной, плазменной и гидроабразивной резкой

Гидроабразивная резка

Гидрорезка (водоструйная резка) – вид резки, при котором материал обрабатывается тонкой сверхскоростной струей воды. При гидроабразивной резке для увеличения разрушительной силы водяной струи добавляются частицы высокотвердого материала – абразива.

Если взять простую воду и сжать под давлением около 4000 атмосфер, после чего пропустить ее через отверстие диаметром менее 1 мм, то она потечет со скоростью, превышающей скорость звука в 3–4 раза. Такая струя воды, направленная на изделие,  становится режущим инструментом. С добавлением частиц абразива ее режущая способность возрастает в сотни раз, и она способна разрезать почти любой материал.

Рис. 10. Гидрорезка

Технология резки

Технология гидроабразивной резки основана на принципе эрозионного (истирающего) воздействия абразива и водяной струи. Их высокоскоростные твердофазные частицы выступают в качестве переносчиков энергии и, ударяясь о частицы изделия, отрывают и удаляют последние из полости реза. Скорость эрозии зависит от кинетической энергии воздействующих частиц, их массы, твердости, формы и угла удара, а также от механических свойств обрабатываемого материала.

Рис. 11. Схема гидроабразивной резки

При гидрорезке (без абразива) схема упрощается: вода под давлением вырывается через сопло и направляется на разрезаемое изделие.

Техника гидроабразивной резки

Принцип работы гидроабразивных станков заключается в следующем:

Вода, сжатая одним из основных компонентов системы - насосом высокого давления до давления 4000 бар или более, проходит через водяное сопло, образующее струю диаметром 0,2-0,35 мм, которая попадает в смесительную камеру. В смесительной камере происходит смешивание воды с абразивом (гранатовым песком) и далее она проходит через второе, твердосплавное сопло с внутренним диаметром 0,6-1,2 мм. Из этого сопла струя воды с абразивом выходит со скоростью около 1000 м/сек и попадает на поверхность разрезаемого материала, тем самым разрезая ее.

Таблица 5. Характерная область применения технологий резки водой

В качестве абразива применяются различные материалы с твердостью по Моосу от 6,5. Их выбор зависит от вида и твердости обрабатываемого изделия. Также не стоит забывать, что более твердый абразив быстрее изнашивает узлы режущей головки.

Таблица 6. Типичная область применения некоторых абразивных материалов при резке

Преимущества и недостатки.

С помощью водно-абразивной или водной струи можно разрезать практически любые материалы. При этом не возникают ни механические деформации заготовки (так как сила воздействия струи составляет лишь 1–100 Н), ни ее термические деформации, поскольку температура в зоне реза составляет около 60–90°С. Таким образом, по сравнению с технологиями термической обработки (кислородной, плазменной, лазерной и др.) гидроабразивная резка обладает следующими отличительными преимуществами:

  • очень высокое качество реза из-за минимального термического влияния на заготовку (без плавления, оплавления или пригорания кромок);
  • возможность резки термочувствительных материалов (ряда пожаро- и взрывоопасных, ламинированных, композитных и др.);
  • экологическая чистота процесса, полное отсутствие вредных газовых выделений;
  • взрыво- и пожаробезопасность процесса.

Водно-абразивная струя способна разрезать материалы толщиной до 300 мм и больше. Гидроабразивная резка может быть выполнена по сложному контуру с высокой точностью (до 0,025–0,1 мм), в том числе для обработки объемных изделий. Данный вид резки эффективен по отношению к алюминиевым сплавам, меди и латуни, из-за высокой теплопроводности которых при термических способах резки требуются более мощные источники нагрева. Кроме того, эти металлы труднее разрезать лазером из-за их низкой способности поглощать лазерное излучение.

Водно-абразивная резка имеет ряд недостатков:

  • существенно меньшая скорость разрезания стали малой толщины по сравнению с плазменной и лазерной резкой;
  • высокая стоимость оборудования и высокие эксплуатационные затраты (характерно и для лазерной резки), обусловленные расходом абразива, электроэнергии, воды, заменами смесительных трубок, водяных сопел и уплотнителей, выдерживающих высокое давление;
  • повышенный шум из-за истечения струи со сверхзвуковой скоростью (характерно и для плазменной резки).

Оборудование:

При гидроабразивной резке используется такое оборудование, как станок для гидроабразивной резки.

predklapan.ru


Смотрите также

X