Описание методов резки материалов

Рациональный раскрой промышленных материалов: Современные технологии для повышения эффективности производства.

Резка лазером, плазменной дугой и водяной струей – три способа раскроя материала, которые находят самое широкое применение в целом ряде областей. Пользователь останавливает свой выбор на одном из них в зависимости от желаемого качества итогового продукта и от ожидаемых затрат.

Лазер, плазменная дуга и водяная струя в равной мере используются в промышленности для раскроя различных материалов. С одной стороны, эти способы резки имеют много общего в применении и поэтому часто бывают взаимозаменяемы. С другой стороны, они настолько различны, что в сочетании друг с другом, они позволяют решать самый широкий спектр задач современной машиностроительной промышленности.

В каких областях машиностроения можно с максимальной эффективностью использовать каждый из трех вышеперечисленных способов раскроя материала и как современное высокотехнологичное оборудование позволяет оптимизировать расход средств и ресурсов на производстве, мы рассмотрим на примере машиностроительного оборудования немецкой компании KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH. Этот производитель машиностроительной техники с 2003 года работает на российском рынке, поэтому многие крупные отечественные предприятия знакомы на практике с техникой KNUTH.

Раскрой материала плазменной дугой При плазменной резке используется электрическая дуга. Поэтому область применения этого способа ограничивается металлическим сырьем, таким как легированная и нержавеющая сталь, а также сплавы алюминия. При максимальной силе тока в 400 ампер таким образом можно резать металлы толщиной до 80 мм. В зависимости от типа сырья и толщины листа задаються такие настройки для подачи материала, что в результате пользователь получит либо большую скорость резания, либо высокое качество обработки среза. Чаще всего листы металла имеют толщину до 10 мм. В таком случае резку высокого качества можно обеспечить при скорости от 2 до 5 метров в минуту. Если же приоритетом является обычный разделительный раскрой, можно развить скорость более 6 метров в минуту.

Все станки системы Plasma-Jet компании KNUTH работают с высококачественными источниками тока. Для резания нелегированной стали их можно оснастить одной или несколькими автогенными режущими головками. При этом система управления установки автоматически переключается с плазменной резки на газовую автогенную резку и обратно. Расставляемые в свободном порядке столы для высечки имеют рабочую поверхность площадью (размером) от 1,5м х 3м до 3м х 12м и выдерживают давление до 2000 кг/м².

Резка материала водяной струей Водяная струя – это универсальный способ резки, который подходит для самых различных материалов. При этом следует различать резку водяной струей без примесей и гидроабразивную резку. Для резки мягких и пенистых материалов достаточно простой струи высокого давления. Для резки искусственных (твердых) материалов, металлов, минерального сырья и стекла в струю воды примешивают мелкозернистый абразив. На промышленном производстве важно постоянно иметь высокое давление водяной струи. Используемые в установке KNUTH Hydro-Jet высококачественные насосы высокого давления позволяют плавно нагнетать давление до 3800 бар.

Резервуар для воды и рабочий стол, изготовленная в виде решетки, выполнены из нержавеющей стали. Благодаря этому на станке можно осуществлять высококачественную резку корозионностойких деталей. Градация размеров рабочей поверхности от 0,6м х 1,5м до 2м х 6м, в свою очередь, позволяет использовать установку для любых заданий по резке.
В отличие от плазменной резки, при которой материал разогревается в области реза до температуры плавления, раскрой материала струей воды представляет собой так называемую «холодную» резку. При этом рез в материале создается благодаря одной лишь передаче импульса из потока частиц высокого ускорения. Таким образом, даже при скорости подачи материала ниже 0,2 м/мин он не «сгорает». Это означает, что с такими низкими скоростями можно осуществлять раскрой материалов толщиной свыше 100 мм. Так можно, например, производить резку пластин алюминия толщиной до 200 мм. Для гомогенного камня и мрамора этот показатель еще выше. При малой толщине материала (до 10 мм) оборудование работает со скоростью от 0,2 до 3 м/мин в зависимости от типа сырья и желаемого качества обработки среза. Если же качество обработки среза не является приоритетом, скорость подачи материала можно существенно увеличить. Точность резания составляет при этом 0,1 мм. Это выше, чем при плазменной резке.
При раскрое тонких материалов очень удобно использовать пакетную резку. При этом несколько листов лежат друг на друге, так что с помощью одного прохода можно получить сразу несколько деталей.

Важная особенность: в отличие от термической резки, при резке водой или гидроабразивом область среза не оплавляется и не закаливается.

Раскрой материала лазерным лучем

Перечень основных способов резки завершает лазерная резка, которая используется для материалов малой толщины и применяется там, где требуется сложный рисунок (вырезать контуры сложной формы) или высокая точность реза. Кроме того, лазер можно использовать для резки неметаллического сырья, такого, как дерево или искусственные материалы (пластики), в особенности акриловое стекло. Сфокусированный лазерный луч имеет диаметр пучка от 0,1 до 0,2 мм и может производить настолько же маленькие разрезы. Это позволяет резать детали со сложными и в то же время плотно прилегающими элементами контура, расстояние между которыми значительно ниже, чем толщина используемого материала, вплоть до 0,2 мм.
Результат – детали, не требующие последующей дополнительной обработки. Благодаря высокой скорости резки деталь подвергается лишь несущественному тепловому воздействию, так что при этом термическом способе можно говорить о «практически холодном» процессе раскроя металла.
Следует различать следующие способы лазерной резки. Делая прожигание лазерным лучом, использующим кислород в качестве режущего газа, при раскрое нелегированных сортов стали можно развивать очень высокую скорость резания. (При толщине листа в 1 мм возможна скорость резки 7 м/мин уже при мощности лазера в 1 кВт; при толщине листа в 6 мм скорость резки составляет 1,2 м/мин. ) Когда же используется плавящий лазерный луч (с азотом под высоким давлением от 10 до 20 бар), на коррозиеустойчивых сортах стали образуется гладкая околошовная зона со срезами без заусенцев.

При этом достигается высокая производительность резки (4м/мин при толщине листа в 1 мм и мощности лазера всего в 1 кВт). При резке лазером акрилового стекла кромка отличаеться высоким качеством поверхности. На ней заметны неглубокие царапины, однако она полностью прозрачна.
Если для резки используется непрерывное лучеиспускание (лазер работает в режиме CW), то для высокого качества среза необходимо обеспечить постоянно высокую скорость подачи материала. Поэтому динамичность перемещения режущей головки часто бывает фактором, понижающим качество резки.
При использовании лазерного способа резания, ориентированного на высокую точность исполнения реза, лазер работает в импульсном режиме. Для разреза материала используются очень короткое по времени лучеиспускание, так что процесс напоминает электроискровую обработку. Поскольку при этом возможна очень медленная подача материала, контуры детали можно вырезать с точностью до доли миллиметра.
Компактный лазерный станок Laser-Jet производства KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH позволяет использовать все вышеперечисленные режимы лазерной резки. Установка имеет рабочие поверхности площадью 2,5м х 1,25м и 1,5м х 1,25м и позволяет, таким образом, оптимально с точки зрения эргономики расположить машины в цеху.

Используемый в оборудовании лазер отличается высоком качеством луча, так что даже при мощности лазера в 0,6, 1,0 или 1,5 кВт пользователь получает высокое качество среза. Это, в свою очередь, гарантирует не только привлекательную цену оборудования, но и низкие эксплуатационные расходы. Поскольку лазер уже закреплен на станине машины, ее перевозка и установка осуществляется очень просто, причем к месту установки оборудования также не предъявляется никаких специфических требований.
По всем интересующим вопросам можете обратиться
i.gerdt@knuth.de (русскоговорящая)
KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH
Schmalenbrook 14
24647 Wasbek