Auswahl der richtigen Schneidparameter für CNC-Plasmaschneidmaschinen

Die Auswahl der Schneidprozessparameter für CNC-Plasmaschneidmaschinen ist entscheidend für die Qualität, Geschwindigkeit und Effizienz der Schneidergebnisse. Um eine CNC-Plasmaschneidmaschine für hochwertige und schnelle Schnitte richtig einzusetzen, ist es unerlässlich, die Parameter des Schneidprozesses genau zu kennen und zu beherrschen. I. Schneidstrom Es ist [...]

Inhaltsverzeichnis

Die Auswahl der Schneidprozessparameter für CNC-Plasmaschneidanlagen ist entscheidend für die Qualität, Geschwindigkeit und Effizienz der Schneidergebnisse.

Der richtige Einsatz einer CNC-Plasmamaschine für hochwertiges und schnelles Schneiden setzt ein tiefes Verständnis und die Beherrschung der Parameter des Schneidprozesses voraus.

I. Schneidestrom

Sie ist der wichtigste Parameter des Schneidprozesses, der direkt die Dicke und die Geschwindigkeit des Schneidens, d.h. die Schneidfähigkeit, bestimmt. Seine Auswirkungen sind wie folgt:

1. Mit steigendem Schneidstrom nimmt auch die Lichtbogenenergie zu, was zu einer höheren Schneidfähigkeit und einer höheren Schnittgeschwindigkeit führt.

2. Mit der Erhöhung des Schneidstroms nimmt auch der Durchmesser des Lichtbogens zu, wodurch der Schnitt breiter wird.

3. Ist der Schneidstrom zu hoch, wird die Düse überhitzt, was zu einer vorzeitigen Beschädigung und einer Abnahme der Schnittqualität führt oder sogar ein normales Schneiden verhindert. Daher ist es notwendig, den geeigneten Schneidstrom und die entsprechende Düse auf der Grundlage der Materialstärke vor dem Schneiden zu wählen.

II. Schnittgeschwindigkeit

Der optimale Schnittgeschwindigkeitsbereich kann anhand der Bedienungsanleitung des Geräts oder durch Versuche ermittelt werden.

Aufgrund von Faktoren wie Materialstärke, Materialart, Schmelzpunkt, Wärmeleitfähigkeit und Oberflächenspannung nach dem Schmelzen ändert sich auch die Schnittgeschwindigkeit entsprechend. Die wichtigsten Auswirkungen sind die folgenden:

Eine mäßige Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit kann die Qualität des Schnitts verbessern, d. h. den Schnitt etwas verengen, die Schnittfläche glatter machen und die Verformung verringern.

Wenn die Schnittgeschwindigkeit zu hoch ist, ist die Energie der Schnittlinie niedriger als der erforderliche Wert, und der Strahl kann die geschmolzene Schmelze nicht sofort abblasen, was zu einer größeren Menge an Luftwiderstand und Schlacke führt, die am Schnitt hängen bleibt, was die Qualität der Schnittfläche beeinträchtigt.

Da die Schneidposition die Anode des Plasmalichtbogens ist, muss die Anodenstelle oder der Anodenbereich bei einer zu niedrigen Schneidgeschwindigkeit einen Platz finden, um den Strom in der Nähe des nächsten Schnitts zu leiten, wodurch mehr Wärme radial auf den Strahl übertragen wird, um die Stabilität des Lichtbogens selbst zu erhalten.

Dadurch wird der Schnitt breiter, und das geschmolzene Material auf beiden Seiten des Schnitts sammelt sich und verfestigt sich an der Unterkante, wodurch schwer zu reinigende Schlacke entsteht. Außerdem bildet die Oberkante des Schnitts aufgrund der übermäßigen Erwärmung und des Schmelzens eine abgerundete Ecke.

Wenn die Geschwindigkeit extrem niedrig ist, kann der Lichtbogen sogar erlöschen. Gute Schnittqualität und Schnittgeschwindigkeit sind also untrennbar miteinander verbunden.

III. Lichtbogenspannung

Die normale Ausgangsspannung des Netzteils wird im Allgemeinen als Schneidspannung betrachtet.

Plasmaschneiden Maschinen haben in der Regel eine hohe Leerlaufspannung und Arbeitsspannung.

Bei der Verwendung von Gasen mit hoher Ionisierungsenergie, wie Stickstoff, Wasserstoff oder Luft, ist die für einen stabilen Plasmalichtbogen erforderliche Spannung höher. Wenn der Strom konstant ist, bedeutet eine Erhöhung der Spannung eine Erhöhung der Lichtbogenenthalpie und der Schneidfähigkeit.

Wird der Strahldurchmesser bei gleichzeitiger Erhöhung des Gasdurchsatzes und der Enthalpie verringert, führt dies häufig zu einer höheren Schnittgeschwindigkeit und einer besseren Schnittqualität.

IV. Arbeitsgas und Durchflussmenge

Zu den Arbeitsgasen gehören Schneidgas, Hilfsgas und für einige Geräte ist auch Startgas erforderlich. Normalerweise sollte das geeignete Arbeitsgas auf der Grundlage der Art, Dicke und Schneidmethode des Materials ausgewählt werden.

Das Schneidgas muss die Bildung eines Plasmastrahls gewährleisten und gleichzeitig geschmolzenes Metall und Oxide aus dem Schnitt entfernen.

Ein zu hoher Gasfluss kann mehr Lichtbogenwärme abführen, die Länge des Strahls verkürzen, zu einer Abnahme der Schneidfähigkeit und zu einem instabilen Lichtbogen führen; ein unzureichender Gasfluss kann dazu führen, dass der Plasmalichtbogen seine notwendige GeradheitDies führt zu flachen Schnitten und auch leicht zu Schlackenaufwurf.

Daher muss der Gasdurchsatz gut auf den Schneidstrom und die Geschwindigkeit abgestimmt sein.

Die meisten modernen Plasmaschneidanlagen regeln die Durchflussmenge über den Gasdruck, denn wenn die Pistolenöffnung fixiert ist, steuert die Regelung des Gasdrucks auch die Durchflussmenge.

Der zum Schneiden einer bestimmten Materialdicke verwendete Gasdruck muss in der Regel nach den Angaben des Geräteherstellers gewählt werden.

Bei anderen speziellen Anwendungen muss der Gasdruck durch tatsächliche Schneidversuche ermittelt werden.

Die am häufigsten verwendeten Arbeitsgase sind Argon, Stickstoff, Sauerstoff, Luft und H35, ein Argon-Stickstoff-Gemisch, usw.

1. Argongas reagiert bei hohen Temperaturen so gut wie gar nicht mit Metallen, und der Plasmalichtbogen aus Argongas ist sehr stabil.

Außerdem haben die verwendete Düse und Elektrode eine relativ lange Lebensdauer. Die Spannung des Argonplasmalichtbogens ist jedoch niedriger und der Enthalpiewert ist nicht hoch, was zu einer begrenzten Schneidfähigkeit führt.

Verglichen mit Luftschneidenwird die Schnittdicke ungefähr um 25% abnehmen.

Außerdem ist die Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalls in einer Argon-Schutzumgebung größer, etwa 30% höher als in einer Stickstoffumgebung.

Daher kann es mehr Probleme mit dem Aufhängen von Schlacke geben.

Auch beim Schneiden mit einem Gasgemisch aus Argon und anderen Gasen besteht die Tendenz zu klebriger Schlacke. Daher wird reines Argongas heute nur noch selten allein verwendet für Plasmaschneiden.

2. Wasserstoffgas wird in der Regel als Hilfsgas im Gemisch mit anderen Gasen verwendet.

Zum Beispiel ist das bekannte H35-Gas (Wasserstoff-Volumenanteil von 35%, der Rest ist Argon) eines der stärksten Gase im Plasma-Lichtbogenschneiden Fähigkeit, die vor allem auf Wasserstoff-Gas ist.

Da Wasserstoffgas die Lichtbogenspannung erheblich erhöhen kann, hat der Wasserstoffplasmastrahl einen hohen Enthalpiewert. Wenn es mit Argongas gemischt wird, wird die Schneidfähigkeit des Plasmastrahls erheblich verbessert.

Im Allgemeinen wird bei Metallwerkstoffen mit einer Dicke von mehr als 70 mm Argon + Wasserstoff als Schneidgas verwendet. Wird der Argon-Wasserstoff-Plasmalichtbogen durch einen Wasserstrahl weiter verdichtet, kann eine noch höhere Schneidleistung erzielt werden.

3. Stickstoff ist ein häufig verwendetes Arbeitsgas.

Unter den Bedingungen einer hohen Versorgungsspannung hat der Stickstoffplasmalichtbogen eine bessere Stabilität und eine höhere Strahlenergie als Argongas.

Auch wenn Schneidstoffe Bei hochviskosen Werkstoffen wie rostfreiem Stahl und Nickelbasislegierungen ist die Menge der unter dem Einschnitt hängenden Schlacke ebenfalls sehr gering. Stickstoff kann allein oder im Gemisch mit anderen Gasen verwendet werden.

Beim automatisierten Schneiden wird häufig Stickstoff oder Luft als Arbeitsgas verwendet, und diese beiden Gase sind zu Standardgasen für das Hochgeschwindigkeitsschneiden von Kohlenstoffstahl geworden. Manchmal wird Stickstoff auch als Startgas für den Lichtbogen beim Sauerstoffplasmaschneiden verwendet.

4. Sauerstoff kann die Schnittgeschwindigkeit von niedrigen Werkstoffe aus Kohlenstoffstahl.

Bei der Verwendung von Sauerstoff zum Schneiden ist der Schneidmodus ähnlich wie beim Brennschneiden. Der Hochtemperatur- und Hochenergie-Plasmalichtbogen erhöht die Schneidgeschwindigkeit, muss aber in Verbindung mit Elektroden verwendet werden, die gegen Hochtemperaturoxidation beständig sind.

Gleichzeitig sollte die Elektrode vor Stößen bei der Zündung des Lichtbogens geschützt werden, um ihre Lebensdauer zu verlängern.

5. Luft enthält etwa 78% Volumenanteil Stickstoff, so dass die Schlackenaufhängung bei der Verwendung von Luft zum Schneiden ähnlich ist wie bei der Verwendung von Stickstoff zum Schneiden.

Luft enthält auch etwa 21% Volumenanteil an Sauerstoff, und aufgrund der Anwesenheit von Sauerstoff, die Schnittgeschwindigkeit von Low-Carbon Stahlwerkstoff bei der Verwendung von Luft ist ebenfalls hoch. Gleichzeitig ist Luft auch das wirtschaftlichste Arbeitsgas.

Wenn jedoch nur Luft zum Schneiden verwendet wird, gibt es Probleme mit hängender Schlacke sowie mit Oxidation und Stickstoffanstieg am Schnittpunkt. Die geringe Lebensdauer von Elektroden und Düsen kann sich ebenfalls auf die Arbeitseffizienz und die Schneidkosten auswirken.

V. Höhe der Düse

bezieht sich auf den Abstand zwischen der Düsenstirnfläche und der Schnittfläche, der einen Teil der gesamten Lichtbogenlänge ausmacht. Da beim Plasmaschneiden in der Regel Stromquellen mit konstantem Strom oder mit steil abfallender Charakteristik verwendet werden, ändert sich der Strom nur sehr wenig, wenn die Düsenhöhe zunimmt.

Allerdings erhöht sich dadurch die Lichtbogenlänge und die Lichtbogenspannung, wodurch sich die Lichtbogenleistung erhöht. Gleichzeitig erhöht sich aber auch der Energieverlust der Lichtbogensäule, die der Umgebung ausgesetzt ist.

Unter der kombinierten Wirkung dieser beiden Faktoren wird die Wirkung des ersteren oft vollständig durch die des letzteren aufgehoben, was die effektive Schneidenergie und die Schneidfähigkeit verringern kann.

Dies äußert sich in der Regel in einer Abschwächung der Schneidstrahlkraft, einer Zunahme der Restschlacke am Boden des Einschnitts und einer Abrundung der Oberkante.

Berücksichtigt man außerdem die Form des Plasmastrahls, so weitet sich der Strahldurchmesser nach dem Verlassen der Pistole nach außen, und die Vergrößerung der Düsenhöhe führt zwangsläufig zu einer Vergrößerung der Schnittbreite.

Daher ist die Wahl der kleinstmöglichen Düsenhöhe von Vorteil für die Verbesserung der Schnittgeschwindigkeit und -qualität.

Wenn die Düsenhöhe jedoch zu niedrig ist, können Doppelbögen entstehen. Mit keramischen Außendüsen kann die Düsenhöhe auf Null gesetzt werden, d. h. die Düsenstirnfläche berührt direkt die Schnittfläche, wodurch gute Ergebnisse erzielt werden können.

VI. Leistungsdichte beim Schneiden

Um einen Plasmalichtbogen mit hoher Kompression für das Schneiden zu erhalten, muss die Schneiddüse verwendet eine kleine Düsenöffnung, eine größere Bohrungslänge und eine verstärkte Kühlwirkung. Dadurch kann der Strom, der durch die effektive Querschnittsfläche der Düse fließt, erhöht werden, d. h. die Lichtbogenleistungsdichte wird gesteigert.

Durch die Kompression erhöht sich jedoch auch die Verlustleistung des Lichtbogens, so dass die tatsächlich zum Schneiden verwendete Energie geringer ist als die Ausgangsleistung der Stromquelle, und die Verlustrate liegt im Allgemeinen zwischen 25% und 50%.

Einige Verfahren, wie z. B. das Wasserdruckplasmaschneiden, können eine höhere Energieverlustrate aufweisen. Dieser Aspekt sollte bei der Festlegung der Parameter für den Schneidprozess oder bei der wirtschaftlichen Berechnung der Schneidkosten berücksichtigt werden.

Die in der Industrie übliche Blechdicke liegt zum Beispiel meist unter 50 mm.

Innerhalb dieses Dickenbereichs entsteht beim herkömmlichen Plasmaschneiden häufig ein Schnitt mit einer größeren Oberkante und einer kleineren Unterkante, wobei die Oberkante des Schnitts zu einer Verringerung der Größengenauigkeit des Einschnitts und zu einem erhöhten Nachbearbeitungsaufwand führen kann.

Beim Schneiden von Kohlenstoffstahl, Aluminium und rostfreiem Stahl mit Sauerstoff- und Stickstoffplasma ist das Material dicker, die Vertikalität der Kante ist besser und der Winkelfehler der Schnittkante beträgt 1 bis 4 Grad, wenn die Blechdicke im Bereich von 10-25 mm liegt.

Wenn die Plattendicke weniger als 1 mm beträgt, steigt der Winkelfehler der Inzision mit abnehmender Plattendicke von 3-4 Grad auf 15-25 Grad.

Es wird allgemein angenommen, dass die Ursache für dieses Phänomen in der ungleichmäßigen Wärmeeinbringung des Plasmastrahls auf die Schnittfläche liegt, d. h. die Freisetzung der Plasmalichtbogenenergie im oberen Teil des Einschnitts ist größer als im unteren Teil.

Dieses Ungleichgewicht der Energiefreisetzung steht in engem Zusammenhang mit vielen Prozessparametern, wie dem Grad der Kompression des Plasmalichtbogens, der Schneidgeschwindigkeit und dem Abstand zwischen Düse und Werkstück.

Eine Erhöhung des Kompressionsgrades des Bogens kann den Hochtemperatur-Plasmastrahl verlängern, um einen gleichmäßigeren Hochtemperaturbereich zu bilden, und gleichzeitig die Geschwindigkeit des Strahls erhöhen, was den Breitenunterschied zwischen dem oberen und unteren Rand des Einschnitts verringern kann.

Die übermäßige Kompression herkömmlicher Düsen führt jedoch häufig zu Doppelbögen, die nicht nur Elektroden und Düsen verbrauchen und den Schneidprozess unmöglich machen, sondern auch die Qualität des Schnittes beeinträchtigen.

Außerdem kann eine zu hohe Schnittgeschwindigkeit und Düsenhöhe den Breitenunterschied zwischen Ober- und Unterkante des Schnittes vergrößern.

VII. Tabelle der Parameter des Plasmaschneidprozesses

Luftplasma-/Luftschutz-Schneidstrom für kohlenstoffarmen Stahl 130A

Gas auswählen
Schnittluftstrom einstellenDicke des MaterialsLichtbogenspannungAbstand vom Schneidbrenner zum WerkstückSchnittgeschwindigkeitAnfängliche EinstechhöheDurchdringende Verzögerung
PlasmaSchutzgasPlasmaSchutzgas.mmSpannungmmmm/minmmKoeffizient
%
Zweite
LuftLuft723531363.160006.22000.1
41373.149306.22000.2
61383.638507.22000.3
101424.124508.22000.5
121444.120508.22000.5
151504.614509.22000.8
201534.681010.52301.2
251634.6410Von der Kante aus starten
321705.1250

Schneiden von kohlenstoffarmem Stahl mit Sauerstoffplasma/Luftschutz, Stromstärke 130 A.

Gas auswählenSchnittluftstrom einstellenDicke des MaterialsLichtbogenspannungAbstand vom Schneidbrenner zum WerkstückSchnittgeschwindigkeitAnfängliche EinstechhöheDurchdringende Verzögerung
PlasmaSchutzgasPlasmaSchutzgasmmSpannungmmmm/minmmKoeffizient%Zweite
SauerstoffLuft654831282.5 65005.0 2000.1 
41292.8 54205.6 2000.2 
61302.8 40005.6 2000.3 
101343.0 26506.0 2000.3 
121363.0 22006.0 2000.5 
151413.8 16507.6 2000.7 
43201423.8 11307.6 2001.0 
251524.0 6758.0 2001.5 
321554.5 480Von der Kante aus starten
381604.5 305

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Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

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