Резка металла – неотъемлемая часть технологических процессов на многих промышленных предприятиях по производству различных видов изделий, например, корпусов и других частей автомобилей, судов, обшивки крыла самолета и даже мельчайших деталей электронных устройств. Она представляет собой раскрой листового проката на заготовки.
Правильный выбор технологии резки металла для каждого конкретного случая позволяет получить высококачественные, максимально точные изделия и при этом обеспечить минимальность отходов. Для получения детали заданного размера, конфигурации и формы применяют как традиционные (газовая резка, диском, пилой), так и современные методы (лазерная и плазменная). Рассмотрим более подробно данные виды технологий, особенности применения, плюсы и минусы.
Общее описание технологии резки листового металла
Сущность процесса – механическое или термическое воздействие на металл, приводящее к нарушению его целостности: нарезанию листа на отдельные части, вырезанию отверстий, выемок в соответствии с техническим заданием или чертежом. Технология невозможна без использования специальных станков, оборудования и различных видов техник, учитывающих вид металла, его толщину, физические, химические характеристики и заданные параметры детали. Этим процессом пройден длинный путь от ручных до высокотехнологичных методов.
Краткий обзор традиционных методов резки, используемых в промышленности
Дадим краткую характеристику традиционных способов, проводимых в соответствии с требованиями ГОСТ 14792-80.
К ним относится резка:
пилой – наиболее распространенный и простой метод раскроя тонких металлических листов, когда нужна не скорость резки, а точность. Отличается доступностью, точностью, невысокой стоимостью оборудования, возможностью выполнения как прямых, так и угловых резов, минимальностью отходов. В нем используют специальные ленточные пилы, устанавливаемые на ленточнопильных станках с принципом действия похожим на работу ножовкой по металлу.
газовая (ручная или автоматизированная) – заключается в направлении под давлением струи кислорода на металл, смешивании ее с горючим газом (ацетилен, пропан) и ее поджиге. В результате струя, воспламеняясь и нагреваясь до высокой температуры, расплавляет металл в точке соприкосновения с ним. Самый экономичный способ для разрезания толстых листов из низколегированной стали. Недостаток – подходит для металлов, имеющих низкую теплопроводность.
абразивным диском. Устанавливаемые на дисковые станки специальные диски с зубьями, имеющими абразивное покрытие, позволяют резать стальные и другие виды металлов, обладающие высокой прочностью. Метод характеризует стабильно высокое качество реза.
Несмотря на простоту, возможность обработки разных видов листового металла, низкую стоимость, их применение имеет ограничение из-за недостаточной точности и скорости обработки, в особенности при выполнении раскроя заготовок для деталей со сложной геометрической формой.
Применение инновационных технологий
Крупные промышленные предприятия многих отраслей экономики для изготовления деталей сложной формы, увеличения производительность, повышения экономической эффективности производства, резку металлических листов осуществляют с использованием передовых методов, соответствующих требованиям ГОСТ Р ИСО 9013-2022 и обеспечивающих высокую точность, универсальность и скорость процесса при раскрое деталей изделий, в число которых входят лазерная и плазменная резка.
Лазерная резка листового металла
Под лазерной резкой понимается бесконтактный термический процесс узконаправленного воздействия на материал сфокусированного лазерного луча, позволяющий с высокой эффективностью разделять его на части и получать высокоточную, с минимальными потерями чистую кромку реза, не требующую дальнейшей обработки.
Отличительная особенность – способность обработки очень тонких и хрупких листовых металлов, имеющих толщину 0,5-20 мм. При этом отсутствует их деформация под воздействием температуры.
Это ключевой метод при изготовлении сложных фигурных изделий из стальных и цветных сплавов и металлов.
Рассмотрим работу данного способа.
Принцип действия метода
Под лазерной резкой понимается воздействие на материал луча лазера высокой мощности, сфокусированного до пятна диаметром 0,1-0,4 мм. Обработка выполняется поэтапно. Вначале интенсивной тепловой энергией луча осуществляется нагрев заготовки в точке взаимодействия до температуры плавления. Металл, расплавляясь, образует в ней усадочную раковину. Затем начинается его закипание и испарение на всю толщину. Постепенно, двигаясь по заданной траектории, контролируемой программным управлением, луч вырезает деталь требуемой формы.
Процесс энергозатратный. Тепловой энергии луча достаточно для разрезания тонколистового проката. Листы толщиной более 15 мм с целью экономии ее расхода разрезают с подачей под давлением на обрабатываемый участок газа (азота, аргона, гелия, кислорода или атмосферного воздуха). Им обеспечивается интенсивность горения, уборка выплавленных частиц, предохранение от перегрева необрабатываемых зон рядом с разрезом и увеличение производительности.
Преимущества, недостатки и ограничения лазерной резки
Этот метод более предпочтителен по сравнению с другими способами и обладает следующими преимуществами:
- Обеспечение максимальной производительности, благодаря высокой скорости до 60 м/час.
- Высокая точность обработки (до 0,1 мм)./li>
- Бесконтактный процесс позволяет обрабатывать хрупкие и тонкие листы металла без деформации (снимания и растягивания).
- Отсутствие нагрева заготовки в результате его локализации в зоне разреза без распространения на всю площадь и постоянного охлаждения ее газом.
- Универсальность – возможность получения заготовок любой сложной конфигурации из разных видов металла.
- Экономичность – минимум потерь металла, снижение затрат в результате отсутствия дополнительной обработки (край ровный, чистый, без окалины, наплавов, искажения или коробления) и наиболее полного и компактного использования площади листа за счет применения программ автоматизированной разметки.
Несмотря на значительное число преимуществ, лазерная резка имеет ряд недостатков:
- Высокая стоимость оборудования и энергоемкость процесса.
- Необходимость высокой квалификации оператора станков с ЧПУ.
- Обязательное монтирование вытяжной вентиляции для удаления газов.
А также ограничений по:
- толщине листового проката металла (чем толще лист, тем обработка медленнее, рез менее ровный, качество снижается), которая для углеродистой стали в пределах до 30, нержавейки до 12, алюминия до 20, меди до 15, латуни до 12 мм.
- габаритам (максимальный размер листа – 3 х 1,5 м).
Плазменная резка листового металла
Этот метод – один из лидеров в области металлообработки листового проката благодаря высокой точности, производительности и экономичности. Он относится к термической резке с использованием режущего инструмента в виде струи плазмы (ионизированного газа).
Плазменной резкой можно производить прямолинейный и фигурный раскрой тонколистового проката, но наиболее эффективен для резки толстых листов металла. Толщина алюминиевых сплавов может достигать 220 мм, легированной стали – 50 мм; меди – 80 мм, чугуна – 90 мм. При толщине 120 мм предпочтительнее газовая резка.
Работа плазменной резки
Происходит не простой нагрев металла и разрезание с помощью дуги. В ней, чтобы получить результат высокого качества, необходимо наличие в рабочей зоне газа. При взаимодействии его с электрической дугой, возникающей между вырезаемой деталью и электродом, происходит ионизация газа и образуется плазменная струя с температурой от +5000°С до +30000°С и скоростью в пределах 1500 м/с. Газ применяют как активный, например, воздух или кислород, так и инертный – азот или аргон. У каждого из них имеются особенности, позволяющие их использовать для получения требуемого результата обработки.
При локализации в узкой области реза струя быстро прожигает толстые листы с получением сравнительно ровных краев и максимальной точности разреза, оставляя без изменения структуру и свойства металла в зоне вокруг нее.
Для плазменной резки применяют как ручной плазморез, так и станки с автоматизированным процессом резки, обеспечивающие высокую скорость и не снижающие качество и точность обработки. Для обеспечения безопасности столы станков подлежат обязательному заземлению.
Достоинства и недостатки
У этого методы также существуют положительные и отрицательные стороны.
Преимущества заключаются в следующем:
- обеспечение высокой скорости резания, превышающей резку газом от 6 до 10 раз металла с одинаковой толщиной;
- универсальность (для резки различных металлов, проводящих ток);
- при разной толщине материала сохраняется скорость и качество реза;
- возможность получения резов различных форм (геометрических и фигурных);
- выполнение реза под углом и перпендикулярно поверхности вырезаемой детали позволяет использовать широкие металлические листы;
- ограниченность участка реза не перегревает всю заготовку;
- безопасность, обеспечиваемая заземлением и отсутствием газовых взрывоопасных баллонов;
- нет необходимости предварительно готовить металл (зачищать от ржавчины и убирать грязь).
Недостатки:
- более дорогие, чем у газовой резки оборудование и расходники;
- необходимость наличия электросети (для работы в полевых условиях нужен генератор);
- небольшая толщина реза (до 120 мм);
- более низкое качество резки тонкостенных листов и более широкий пропил по сравнению с лазерной резкой;
- конусность от 3 до 10°;
- сложность процесса требует высокой квалификации работника.
Из обзора видно, что наиболее приемлемыми технологиями для резки листовых металлов являются современные способы. Причем резку тонколистового проката лучше осуществлять лазерной резкой, позволяющей получать чистый аккуратный рез и заготовки без деформации. Плазменную резку, уступающую резке лазером по качеству кромок, применять для металла, имеющего среднюю и большую толщину в пределах 20-40 мм.
