Плазменная резка

Темпы развития мировой индустрии влекут за собой существенные изменения в требованиях к точности обрабатываемых заготовок и срокам проводимых операций. Раскрой металла занимает особое место в технологическом процессе, так как от него зависит качество отдельных деталей и сварочных конструкций. Для достижения заданных характеристик часто используют плазменную резку, которая отличается высокой производительностью, скоростью процесса обработки и безопасностью.

Принцип действия

В основе метода лежит использование плазмы — ионизированного газа, который содержит заряженные частицы и проводит ток. Струю, являющуюся режущим инструментом, получают посредством дугового разряда в плазматроне. Весь процесс резки сводится к расплавлению и последующему выдуванию материала.

Сначала между электродом и соплом зажигается дежурная (вспомогательная) дуга длиной 2–4 см. В зависимости от источника ее ток составляет 25 или 40–60 А. При соприкосновении дежурной дуги и металла появляется рабочая дуга, которая также называется режущей. Благодаря сужающемуся соплу с отверстием минимального диаметра увеличивается скорость плазмы, а температура достигает 20 000 °С. Под действием режущей дуги металл теряет свои когезионные качества, и его частицы удаляются из рабочей зоны при помощи струи воздуха, находящегося под высоким давлением.

Состав газа

Для обычной системы с вольфрамовым электродом образование плазмы происходит с помощью аргона или азота. Если используются окисляющие газы, то в состав электрода должны входить медь и гафний. Размер отверстия сопла и подача плазменного газа должны коррелировать между собой. Несоответствие может вызвать эффект «двойной дуги», способствующий расплавлению сопла.

Качество обработки

В отличие от кислородно-топливного способа, плазменная резка не окисляет металл. Процесс протекает за счет тепла, выделяемого от эндотермической реакции. Поэтому данный метод допустим для тугоплавких оксидов, цветных металлов, алюминия, нержавеющей стали. Из-за того, что принцип работы основан на плавлении, верхняя кромка в результате получается закругленной или скошенной на срезе.

Виды плазменной резки

Существует два способа:

1. Ручной — резаком управляет человек.
2. Автоматический — координаты движения задаются на станке с ЧПУ.

В первом случае плазморез всегда находится в руках оператора, поэтому для удобства и повышения качества раскроя рекомендуется использовать дополнительные приспособления. Чтобы достичь высоких показателей процесса, необходимо безошибочно подбирать ток, скорость перемещения плазмореза и расстояние между соплом и металлом. Работать следует в специальном костюме, плотной обуви, маске или темных очках. Это позволит избежать травм и повысит безопасность работы. Особенности ручного метода:

• высокая скорость обработки;
• отсутствие тепловых дефектов;
• минимальное количество окалины на кромке;
• возможность обработки труднодоступных участков.

Во время плазменной резки на станке с ЧПУ оператор только наблюдает за процессом, а механизм сам ведет резак по заданным координатам чертежей. Также он поддерживает рабочую скорость и с помощью специального приспособления контролирует расстояние до обрабатываемого материала. В результате кромки среза получаются ровными и не требуют дополнительной механической обработки. Станки с ЧПУ используются для раскроя заготовок сложной конфигурации из-за производительности и высокой точности. Особенности:

• минимальное влияние человеческого фактора;
• высококлассная обработка деталей для сложного оборудования и художественной деятельности;
• высокая безопасность для оператора;
• бесперебойная работа без дополнительного вмешательства.

Устройство и принцип работы плазменного станка с ЧПУ

Оборудование для плазменной резки с числовым программным управлением состоит из следующих комплектующих:

• Координатный стол. На него часто монтируются прокатные ролики, для вращения которых используется электропривод. Такая конструкция широко распространена на конвейерных линиях. Геометрические и технологические параметры несущей рамы, на которую устанавливается координатный стол, зависят от размеров обрабатываемых листов металла.
• Плазматрон (резак). Подача сжатого газа для струи плазмы осуществляется по гибким шлангам, подсоединенным к модулю с внешней стороны. С внутренней находятся два сопла, предназначенные для обеспечения процесса резки и охлаждения зоны контакта, а также электрод.
• Направляющие планки. Расположены по горизонтальной и вертикальной осям. Движение планок отвечает за перемещение резака в процессе обработки. Они монтируются на несущую раму и приводятся в динамическое состояние электродвигателями с определенным размером шага.
• Система ЧПУ. Служит для ввода управляющей программы, разработанной специалистом.
• Компрессор. Обеспечивает подачу газовых смесей для создания плазмы и охлаждения рабочей зоны.
• Шланги и кабели. Являются проводниками газа и электрического тока.

Преимущества и недостатки

К плюсам плазменной резки относят:

• Производительность. Если сравнивать с кислородным методом, то при верном подборе параметров данный показатель у плазменного раскроя в 4–10 раз выше.
• Точность. В отличие от автогена, рабочая зона в процессе обработки имеет меньшую площадь нагрева, поэтому детали подвергаются незначительному тепловому воздействию. Это позволяет получать чистые кромки, которые не требуют последующей обработки.
• Универсальность. Перед работой не нужно зачищать поверхность от краски, ржавчины или загрязнений, так как ее качество не влияет на конечный результат. Плазменный метод подходит для разных металлов: меди, чугуна, титана, стали. Главное — установить оптимальные значения мощности и давления газа.

Одним из основных недостатков плазменной резки является ограничение по толщине материала — она не должна превышать 100 мм. Например, кислородное оборудование позволяет резать металл толщиной свыше 500 мм.

Работа на станке с ЧПУ требует специального обучения оператора.

Высокая стоимость делает плазменное оборудование труднодоступным для небольших производств.

Несмотря на имеющиеся минусы, плазменная резка широко применяется в строительстве, тяжелом машиностроении, производстве станков.