Тонком листу требуются одни методы резки, а толстому металлопрокату — совершенно другие. Ошибки чреваты браком, потерей времени и лишними затратами, в том числе на электроэнергию. В этой статье мы подробно рассмотрим основные технологии — лазерную, плазменную и механическую резку металла, поговорим про станки, а также разберем, какой способ лучше для разных материалов.
От крошечных деталей до огромных сооружений — металл неизменно проходит этап раскроя в самых разных сферах:
Это лишь несколько примеров. По сути любая сфера, где используется металл, так или иначе связана с его резкой. И в мебельном производстве, и в космической промышленности, нужно раскроить металлический лист или профиль, чтобы придать ему правильную форму и размеры.
На очень маленькой площади поверхности металла концентрируется мощная энергия лазерного луча. Материал мгновенно нагревается до температур плавления или испарения. Образующийся расплав или пар выдувается из зоны реза газом. Это кислород, азот или сжатый воздух.
Лазерные станки — это комплексные системы. В них есть источник лазерного излучения, система доставки луча, режущая головка, координатный стол, система ЧПУ и вспомогательное оборудование, включая газовое хозяйство, систему охлаждения и вытяжную вентиляцию.
На производстве металл режут различными типами лазеров:
Одни из первых лазеров. Генерируют луч с большой длиной волны. Качество реза на утолщенных заготовках и углеродистых сталях получается довольно хорошим. Однако оптическая система требует сложного обслуживания, а размеры оборудования могут быть внушительными.
Это более современная технология, которая быстро развивается. Луч генерируется внутри оптического волокна и передается к обрабатываемой поверхности также по волокну. Лазеры с высокой энергоэффективностью, компактных размеров, не требуют сложного обслуживания. Быстро режут тонкие и средние толщины, особенно нержавеющей стали и цветных металлов.
Гибридная технология двух предыдущих вариантов. Лазеры используют активный элемент в форме диска и способны генерировать лучи очень высокой мощности, которой зачастую достаточно для резки металлов увеличенной толщины.
В целом можно выделить такие достоинства:
Зона термического воздействия очень мала, предлагающие области и заготовка в целом не деформируются. Кромка реза получается настолько чистой, что не требует дальнейшей обработки.
Возможность резки сложных контуров, включая завитки, острые углы и мелкие отверстия.
Подходят для углеродистых и нержавеющих сталей, алюминия, меди, латуни и других сплавов.
Лазер работает быстро, особенно на тонких листах.
Ограничения у такого метода тоже есть. Мощные системы, особенно волоконные, требуют значительных инвестиций. Кроме того, для выдувания расплава и защиты зоны реза нужны специальные газы, а это увеличивает эксплуатационные расходы. А главное, чем больше толщина металла, тем ниже скорость резки и хуже качество. Для очень толстых заготовок лазер становится неэффективным.
Такая резка идеальна для тонкого листового металла. Например, для ювелирных украшений это единственный возможный выбор. Лазер может вырезать посадочные места или рамки для драгоценных камней, а также нанести на поверхность ювелирных изделий изящные надписи, инициалы, даты, орнаменты или даже миниатюрные изображения.
Воздух, азот, кислород, аргон или их смесь проходит через электрическую дугу, которая ионизирует газ и превращает в плазму. Это четвертое агрегатное состояние вещества с температурой до 30 000 °C. Сверхгорячая струя направляется на металл, мгновенно расплавляет его и выдувает из зоны реза, формируя сквозной пропил.
Плазморезы могут быть как ручными, так и частью плазменных станков с ЧПУ. Такие системы состоят из блока управления, источника плазмы, режущей горелки, систем подачи газа и охлаждения и блока.
Вот какие преимущества есть у плазменной резки:
Быстро справляется с толстолистовым металлом.
Доступная цена снижает порог входа для многих предприятий.
Подготовка материала минимальна, так как плазма работает с ржавыми, окрашенными и загрязнениями поверхностями.
Режет электропроводные металлы, включая черные, нержавеющие стали, алюминий, медь и другие сплавы.
Однако есть и минусы:
Меньшая точность по сравнению с лазером
Ширина реза у плазмы, как правило, больше, а кромка менее гладкая.
Широкая зона термического влияния
Высокая температура плазмы приводит к более значительному нагреву прилегающих к резу областей, что может вызвать деформации и изменения в структуре металла.
Необходимость в обработке кромок после резки
Из-за шероховатости и возможного наплыва, так называемой конусности кромок.
Шум и дым при работе
В процессе не обойтись без эффективных систем вентиляции и средств защиты оператора.
Плазменная резка подходит для раскроя листов большой толщины. Такие используют в корпусах судов, горнодобывающей техники и тяжелого промышленного оборудования, для балок, колонн, ферм и других несущих элементов, в том числе у ЛЭП, радиовышек, мостов.
Сюда относятся те методы, которые основаны на физическом воздействии инструмента на заготовку для ее разделения. В отличие от термических способов, здесь нет высокотемпературного плавления или испарения, что очень важно для ряда задач.
Работают по принципу обычных ножниц, но в промышленных масштабах. Один нож фиксирован, а другой — подвижный, часто расположенный под небольшим углом. Он опускается и разрезает металл. Бывают механические, гидравлические и пневматические.
Идеальный вариант для прямолинейного раскроя листового металла на полосы или заготовки, подготовки материала к дальнейшей обработке.
Раскрой происходит с помощью бесконечной металлической ленты. Пила с зубьями натянута на два шкива и подается в зону реза.
Отличный способ для профилей, труб, брусков и других заготовок из различных металлов, в том числе толстых материалов. Станки могут делать как прямые, так и угловые разрезы.
Диск с зубьями или абразивом вращается с высокой скоростью и прорезает материал.
Может работать с профилями, трубами, арматурой и сортовом прокатом, отрезать заготовки нужной длины. Абразивные диски подходят для более грубого реза и материалов, которые сложно резать зубчатыми пилами.
Используются пресс и специальный инструмент — штамп или пуансон с матрицей. Они вырубают или вырезают детали нужной формы, а также пробивают отверстия из листового металла. Процесс происходит мгновенно, за один удар пресса.
Основная сфера — массовое и крупносерийное производство стандартных деталей одинаковой формы, например в электронике.
Преимущества механической резки:
Низкая стоимость
По сравнению с лазерными или плазменными комплексами.
Высокая скорость
Например, гильотина за минуты справляется с прямолинейным раскроем листов.
Отсутствие термического воздействия
Нет нагрева металла, что исключает деформации, изменение структуры материала и образование зоны термического влияния.
Легкость использования и обслуживания
Многие механические станки относительно просты в эксплуатации, операторы быстро осваивают нюансы процесса.
К минусам можно отнести то, что механика не умеет создавать сложные криволинейные или внутренние контуры. Ножи, пилы, штампы подвержены износу. Их нужно точить или заменять. Вырезанные таким методом заготовки часто имеют заусенцы, поэтому кромка требует шлифовки.
Чем можно резать толстый металл, а что лучше подходит для листового? Это всегда компромисс между множеством факторов. В сводной таблице — ключевые параметры лазерной, плазменной и механической резки.
|
Параметр |
Лазерная резка |
Плазменная резка |
Механическая резка (общие черты) |
|
Толщина металла |
От 0,1 до 25–30 мм (тонкий, средний лист) |
От 1 до 150 мм (средний, толстый лист) |
От 0,5 мм до очень больших толщин (профили) |
|
Точность и качество реза |
Высочайшая точность, чистый рез, минимальная шероховатость |
Средняя/хорошая точность, есть конусность и шероховатость |
Зависит от метода (гильотина — прямая, пилы — с допуском) |
|
Скорость резки |
Очень высокая (на тонких листах) |
Высокая (особенно на толстых листах) |
Зависит от метода (гильотина — очень высокая, пилы — средняя) |
|
Стоимость оборудования |
Высокая |
Средняя |
Низкая/средняя |
|
Эксплуатационные расходы |
Средние (газы, электроэнергия, расходники) |
Средние (газы, электроэнергия, расходники) |
Низкие (электроэнергия, износ инструмента) |
|
Термическое воздействие / ЗТВ |
Минимальное, узкая ЗТВ |
Заметное, широкая ЗТВ, деформации возможны |
Отсутствует (кроме дисковых пил с трением) |
|
Сложные контуры |
Да, любая сложность |
Да, с некоторыми ограничениями по мелким деталям |
Ограниченные (в основном прямые, радиусы для штамповки) |
|
Типы материалов |
Все металлы (черные, нержавеющие, цветные), включая чувствительные сплавы |
Все токопроводящие металлы (черные, нержавеющие, цветные) |
Все металлы (в зависимости от инструмента) |
|
Экологичность / безопасность |
Чистый процесс, требует вентиляции |
Шум, дым, пыль, требуется мощная вентиляция |
Относительно чисто, шум, стружка |
Мы разобрали основные методы, чем производят резку металла, — лазер, плазма или механика. Не существует универсального решения, идеального для всех задач. Каждый способ обладает уникальными преимуществами и ограничениями.
Так, лазерные станки для резки металла является королями точности. Плазменная резка быстрая и производительная при работе с утолщенными металлами. Она предлагает хорошее соотношение цены и качества для массивных заготовок. Там, где термическое воздействие абсолютно недопустимо, выручит гильотина или ленточная пила.
Оцените тип и толщину металла, требования к качеству и точности кромки, объемы производства и, конечно, бюджет. Наша таблица поможет сориентироваться среди нескольких вариантов.
