Выбор правильных параметров резки для станков плазменной резки с ЧПУ

Выбор параметров процесса резки для станков плазменной резки с ЧПУ имеет решающее значение для качества, скорости и эффективности результатов резки.

Чтобы правильно использовать плазменный станок с ЧПУ для качественной и быстрой резки, необходимо глубоко понимать и знать параметры процесса резки.

I. Ток резания

Ток резки является наиболее критичным параметром в процессе плазменной резки, поскольку он напрямую влияет на толщину и скорость реза, определяя тем самым способность к резке. Ток резки влияет следующим образом:

1. Повышенная способность и скорость резки: При увеличении тока резки энергия дуги также увеличивается, что приводит к повышению режущей способности и скорости резки.
2. Более широкие разрезы: Увеличение тока резки также увеличивает диаметр дуги, делая рез более широким.
3. Перегрев форсунки: Если ток резки слишком велик, сопло может перегреться, что приведет к преждевременному повреждению и снижению качества резки. В крайних случаях это может помешать нормальной резке. Поэтому очень важно выбрать подходящий ток резки и соответствующую насадку в зависимости от толщины материала перед резкой.

II. Скорость резания

Оптимальный диапазон скорости резки может быть определен в соответствии с инструкциями к оборудованию или опытным путем. На скорость резки влияют различные факторы, такие как толщина материала, тип материала, температура плавления, теплопроводность и поверхностное натяжение после плавления. Основное влияние на скорость резки оказывают следующие факторы:

1. Улучшенное качество резки: Умеренное увеличение скорости резки может улучшить качество резки за счет небольшого сужения пропила, более гладкой поверхности и уменьшения деформации.
2. Чрезмерная скорость: Если скорость резки слишком высока, энергия линии реза будет недостаточной, что не позволит струе сразу сдуть расплавленный материал. Это приводит к увеличению количества обратного сопротивления и шлака на срезе, что вызывает снижение качества поверхности среза.
3. Проблемы с низкой скоростью: Когда скорость резки слишком низкая, место резки выступает в качестве анода плазменной дуги. Для поддержания стабильности дуги анодное пятно или область должны найти место для проведения тока вблизи ближайшего разреза, передавая больше тепла в радиальном направлении к струе. Это приводит к:
   • Более широкий разрез.
   • Расплавленный материал собирается и застывает у нижнего края, образуя трудноочищаемый шлак.
   • Верхний край среза образует закругленный угол из-за чрезмерного нагрева и плавления.
   • В крайних случаях дуга может погаснуть, если скорость слишком мала.

III. Напряжение дуги

Напряжение дуги, обычно считающееся напряжением резки, является еще одним важнейшим параметром плазменной резки. Аппараты плазменно-дуговой резки обычно работают с высоким напряжением холостого хода и рабочим напряжением. Напряжение дуги влияет следующим образом:

1. Газы с высокой энергией ионизации: При использовании газов с высокой энергией ионизации, таких как азот, водород или воздух, напряжение, необходимое для стабильной плазменной дуги, выше.
2. Повышенная энтальпия дуги и способность к резке: При постоянном токе увеличение напряжения означает увеличение энтальпии дуги, что повышает режущую способность.
3. Повышение скорости и качества резки: Если уменьшить диаметр струи при увеличении расхода газа одновременно с увеличением энтальпии, то это часто приводит к увеличению скорости резания и улучшению качества резания.

IV. Рабочий газ и скорость потока

Рабочие газы при плазменно-дуговой резке

При плазменно-дуговой резке выбор и управление рабочими газами имеют решающее значение для достижения оптимальной производительности резки. Рабочие газы обычно включают в себя газ для резки, вспомогательный газ и, в некоторых случаях, стартовый газ. Подходящий рабочий газ следует выбирать в зависимости от типа, толщины и способа резки обрабатываемого материала.

Роль газовой резки

Режущий газ выполняет несколько важнейших функций:

1. Формирование плазменной струи: Режущий газ ионизируется, образуя плазменную струю, которая является основным режущим инструментом.
2. Удаление расплавленного металла и оксидов: Помогает выводить расплавленный металл и окислы из разреза, обеспечивая чистую кромку реза.

Важность скорости потока газа

Расход газа - критический параметр, который необходимо тщательно контролировать:

• Чрезмерный расход газа: Если поток газа слишком велик, он может рассеять больше тепла дуги, сократить длину плазменной струи, снизить режущую способность и вызвать нестабильность дуги.
• Недостаточный поток газа: И наоборот, если расход газа слишком мал, плазменная дуга может потерять необходимую прямолинейность, что приведет к неглубоким разрезам и повышенному образованию шлака.

Поэтому расход газа должен быть хорошо согласован с силой тока и скоростью резки для поддержания эффективности и качества резки.

Регулирование расхода газа

В большинстве современных аппаратов плазменно-дуговой резки расход газа регулируется путем настройки давления газа. Когда отверстие сопла фиксировано, регулирование давления газа эффективно контролирует расход. Давление газа, необходимое для резки материала определенной толщины, обычно указывается производителем оборудования. Для специальных применений давление газа может потребоваться определить в ходе реальных испытаний резки.

Часто используемые рабочие газы

Наиболее часто используемые рабочие газы для плазменно-дуговой резки включают в себя:

• Аргон (Ar)
• Азот (N₂)
• Кислород (O₂)
• Воздух
• H35 (смесь водорода 35% и аргона 65%)
• Смешанный газ аргон-азот

Каждый газ или газовая смесь обладают специфическими свойствами, которые позволяют использовать их для различных материалов и условий резки. Например:

• Аргон: Обеспечивает стабильную дугу и часто используется для резки цветных металлов.
• Азот: Обеспечивает высокую скорость резки и подходит для нержавеющей стали и алюминия.
• Кислород: Повышает скорость и качество резки низкоуглеродистой стали.
• Воздух: Экономичный вариант для резки различных материалов, хотя может потребовать дополнительной фильтрации.
• H35: Используется для резки толстой нержавеющей стали и алюминия благодаря высокой плотности энергии.

Типы газов в плазменной резке: Свойства и применение

1. Газ аргон

Газ аргон проявляет минимальную реакционную способность к взаимодействию с металлами при высоких температурах, способствуя созданию высокостабильной плазменной дуги. Долговечность сопла и электрода также увеличивается при использовании аргона. Однако аргоновая плазменная дуга работает при более низком напряжении и имеет относительно низкое значение энтальпии, что ограничивает ее возможности резки. По сравнению с воздушной резкой толщина реза, достижимая при использовании аргона, уменьшается примерно на 25%. Кроме того, в среде, защищенной аргоном, поверхностное натяжение расплавленного металла примерно на 30% выше, чем в среде азота, что может привести к образованию большего количества шлака. Даже при смешивании с другими газами аргон имеет тенденцию к образованию липкого шлака, что делает чистый аргон менее благоприятным для плазменной резки.

2. Водородный газ

Водородный газ обычно используется в качестве вспомогательного газа в сочетании с другими. Ярким примером является газ H35, состоящий из водорода 35% и аргона 65%. Эта смесь высокоэффективна при плазменно-дуговой резке благодаря значительному увеличению напряжения дуги, обеспечиваемому водородом, что приводит к образованию плазменной струи с высокой энтальпией. В сочетании с аргоном эффективность резки заметно повышается. Для резки металлических материалов толщиной более 70 мм обычно используется аргонно-водородная смесь. Эффективность резки может быть дополнительно повышена за счет использования водяной струи для сжатия аргонно-водородной плазменной дуги.

3. Азотный газ

Азот - широко используемый рабочий газ в плазменной резке. При высоком напряжении питания дуги азотная плазма обеспечивает лучшую стабильность и более высокую энергию струи по сравнению с аргоном. Это делает азот особенно эффективным для резки высоковязких материалов, таких как нержавеющая сталь и сплавы на основе никеля, с минимальным образованием шлака. Азот можно использовать отдельно или в смеси с другими газами. В автоматизированных процессах резки часто используется азот или воздух, что делает их стандартными газами для высокоскоростной резки углеродистой стали. Азот также используется в качестве газа для запуска дуги при кислородной плазменной резке.

4. Кислородный газ

Кислород позволяет значительно увеличить скорость резки низкоуглеродистой стали. Механизм резки кислородом аналогичен пламенной резке, когда высокотемпературная и высокоэнергетическая плазменная дуга ускоряет процесс резки. Однако для продления срока службы кислорода необходимо использовать электроды, устойчивые к высокотемпературному окислению и защищенные от ударов при возникновении дуги.

5. Воздух

Воздух, содержащий примерно 78% азота и 21% кислорода, при использовании для резки образует шлак, аналогичный азоту. Присутствие кислорода в воздухе повышает скорость резки низкоуглеродистой стали. Воздух также является наиболее экономичным рабочим газом. Однако использование только воздуха для резки может привести к таким проблемам, как образование шлака, окисление и увеличение количества азота на кромках реза. Сокращение срока службы электродов и сопел также может повлиять на эффективность работы и увеличить затраты на резку.

V. Высота сопла при плазменно-дуговой резке

Определение и значение

Под высотой сопла понимается расстояние между торцом сопла и поверхностью резки. Это расстояние является критическим параметром при плазменно-дуговой резке, поскольку оно влияет на общую длину дуги и, следовательно, на производительность резки.

Влияние на характеристики дуги

Для плазменно-дуговой резки обычно используются источники тока с постоянным током или характеристиками крутого спада. При увеличении высоты сопла ток остается относительно стабильным. Однако длина дуги увеличивается, что приводит к росту напряжения дуги и, соответственно, ее мощности. Это увеличение мощности дуги уравновешивается потерей энергии столба дуги под воздействием окружающей среды.

Влияние на производительность резки

Взаимодействие между повышенной мощностью дуги и потерями энергии может привести к снижению эффективной энергии резания. Это снижение проявляется несколькими способами:

• Ослабление силы режущей струи: Сила режущей струи уменьшается, что снижает эффективность резки.
• Увеличение остаточного шлака: В нижней части разреза остается больше шлака, что свидетельствует о менее чистом разрезе.
• Закругление верхнего края: Верхняя кромка среза становится закругленной, что нежелательно для точной резки.
• Более широкий разрез: Поскольку струя плазмы при выходе из сопла расширяется наружу, увеличение высоты сопла приводит к более широкому резу, что может повлиять на точность и качество реза.

Оптимальная высота сопла

Для повышения скорости и качества резки обычно выгодно поддерживать минимально возможную высоту сопла. Однако если высота сопла слишком мала, это может привести к образованию двойных дуг, что негативно сказывается на процессе резки.

Использование керамических наружных форсунок

Использование керамических внешних сопел позволяет уменьшить проблемы, связанные с малой высотой сопла. Эти сопла позволяют торцевой поверхности сопла непосредственно соприкасаться с поверхностью реза, эффективно устанавливая высоту сопла на ноль. Такая конфигурация позволяет добиться превосходных результатов резки за счет минимизации длины дуги и максимизации эффективной энергии резания.

VI. Плотность мощности резания

Плазменная дуга высокого сжатия для резки

Чтобы получить плазменную дугу высокого сжатия для резки, в режущем сопле используется небольшое отверстие сопла, увеличенная длина отверстия и улучшенные механизмы охлаждения. Эти особенности в совокупности увеличивают ток, проходящий через эффективную площадь поперечного сечения сопла, тем самым повышая плотность мощности дуги. Однако такое сжатие также приводит к увеличению потерь мощности дуги. Следовательно, фактическая энергия, используемая для резки, меньше мощности, выдаваемой источником питания, а типичный уровень потерь составляет от 25% до 50%.

Учет потерь энергии

Некоторые методы, такие как плазменно-дуговая резка с сжатием воды, могут иметь более высокие показатели потерь энергии. Этот фактор следует учитывать при разработке параметров процесса резки или при проведении экономической оценки затрат на резку.

Резка металлических пластин

В промышленности толщина металлических листов обычно не превышает 50 мм. В этом диапазоне при обычной плазменно-дуговой резке часто получаются разрезы с большим верхним краем и меньшим нижним краем. Такое несоответствие может снизить точность размеров разреза и потребовать дополнительной обработки.

Характеристики резки в зависимости от материала

При использовании кислородной и азотной плазменно-дуговой резки таких материалов, как углеродистая сталь, алюминий и нержавеющая сталь, можно сделать следующие выводы:

• Толщина плиты 10-25 мм: Для пластин в этом диапазоне толщины материал толще, что обеспечивает лучшую вертикальность кромки. Погрешность угла режущей кромки обычно составляет от 1 до 4 градусов.
• Толщина пластины <1 мм: По мере уменьшения толщины пластины угловая погрешность разреза значительно увеличивается и составляет от 3-4 градусов до 15-25 градусов.

Причины возникновения угловой ошибки

Основная причина погрешности угла связана с неравномерной подачей тепла плазменной струи на поверхность реза. Выделение энергии плазменной дуги более сконцентрировано в верхней части разреза по сравнению с нижней. На этот дисбаланс энерговыделения влияют несколько параметров процесса, включая степень сжатия плазменной дуги, скорость резки и расстояние от сопла до заготовки.

Оптимизация параметров резки

Увеличение степени сжатия дуги позволяет расширить струю высокотемпературной плазмы, формируя более равномерную высокотемпературную область. При этом также увеличивается скорость струи, что позволяет уменьшить разницу в ширине между верхним и нижним краями разреза. Однако чрезмерное сжатие обычных сопел может привести к образованию двойных дуг, которые не только расходуют электроды и сопла, но и ухудшают качество надреза и могут остановить процесс резки.

Кроме того, чрезмерная скорость резки и высота сопла могут усугубить разницу в ширине между верхним и нижним краями разреза. Поэтому тщательная оптимизация этих параметров имеет решающее значение для получения высококачественных разрезов с минимальной угловой ошибкой и расхождением по ширине.

VII. Таблица параметров процесса плазменной резки

Процесс включает в себя создание электрического канала перегретого, электрически ионизированного газа (плазмы) из плазмореза через заготовку, тем самым разрезая ее. Параметры плазменной резки могут варьироваться в зависимости от типа плазменного газа и используемого тока резки. Ниже приведены оптимизированные параметры для резки низкоуглеродистой стали с использованием различных плазменных газов:

Воздушно-плазменная резка низкоуглеродистой стали/воздушная защита ток резки 130A

Ток резки кислородной плазмы/воздушной защиты для низкоуглеродистой стали 130A

Практические советы

• Обеспечьте правильную вентиляцию: При плазменной резке выделяются пары и газы, которые необходимо правильно вентилировать, чтобы обеспечить безопасную рабочую среду.
• Регулярное обслуживание: Регулярно проверяйте и обслуживайте плазморез и расходные материалы к нему, чтобы обеспечить оптимальную производительность и качество резки.
• Меры предосторожности: При выполнении операций плазменной резки всегда используйте соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ), включая перчатки, защиту глаз и огнестойкую одежду.

Придерживаясь этих параметров и соображений, вы сможете добиться эффективного и качественного реза при работе с низкоуглеродистой сталью с помощью технологии плазменной резки.