Технология резки металла: промышленные методы

О чем речь? Технология резки металла – схема раскроя заготовок разной толщины, конфигурации и сплавов. Различные подходы применяются в зависимости от имеющегося оборудования и конечного результата.

Какие используются? Наиболее распространенными промышленными методами резки являются: газовая, плазменная, лазерная, гидроабразивная. Тонколистовой металл раскраивают, в том числе механическими способами. В быту часто применяется электродуговая резка. Каждая из технологий обладает своими плюсами и минусами.

Технологии резки металла в промышленности

Сегодня наиболее востребованные технологии обработки металла позволяют изготавливать множество деталей с высокой точностью за кратчайшие сроки, чем технология ручной резки металла. На больших производствах распространены следующие методы:

• использование газа;
• применение плазмы;
• гидроабразивная обработка;
• лазерное воздействие;
• различные механические способы обработки металла.

Газовая обработка

Подобно технологии ручной дуговой резки металлов (электродной), этот метод предполагает нагревание материала в ограниченной области до температуры, превышающей точку плавления, под воздействием кислорода и пропана. Хотя точность реза невысока, для него не требуется сложное оборудование, он может выполняться в любых условиях. Резка с использованием электродов дает аналогичные результаты. Но требует подключения оборудования к электросети.

Плазменная резка

Это процесс обработки разных материалов с использованием газа, нагретого до экстремальных температур и ускоренного электрическим полем. Он применяется для резки легированных металлов и мягких материалов толщиной до 200 миллиметров. Результатом являются исключительно тонкие и ровные края без необходимости последующей обработки. Технология ручной плазменной резки металла считается одной из самых точных и эффективных, при этом окружающий разрез материал не перегревается, его структура остается неповрежденной.

Лазерная резка

Превосходство ее над плазмой заключается в использовании мощного лазерного луча. Он моментально плавит, сжигает и испаряет металл, оставляя идеально чистый край. По технологии резки листового металла толщиной более 15 мм, зона работы дополнительно охлаждается инертным газом, воздухом или водой. Лазерная резка широко применяется для изготовления сложных деталей из цветных металлов, сплавов и сталей толщиной 12–20 мм, Метод обладает возможностью обрабатывать сверхтонкие и хрупкие материалы.

Гидроабразивная резка

Метод отличается от других способов воздействия: не тепловой, а механический. Используется в качестве инструмента вода с абразивным порошком под высоким давлением. Этот метод позволяет выполнять резку тонких слоев металла толщиной до 300 мм с температурой не выше 90 градусов Цельсия, что исключает термические изменения и выделение горячих паров. Гидроабразивная обработка на станках с ЧПУ облегчает работу с пакетами листового металла, что удобно для массового производства. Недостаток – возможность возникновения коррозии.

Особенности технологии плазменной резки металла

Металлы различаются по своим характеристикам, что влияет на выбор метода обработки. Плазменная резка предпочтительна для обработки металлов различной толщины:

• алюминия до 120 мм;
• меди до 80 мм;
• сталей до 50 мм;
• чугуна до 90 мм.

Но при толщине металла от 120 до 200 мм выгоднее использовать газокислородную резку. При выборе оборудования надо учитывать теплопроводность металла: это влияет на теплоотвод и максимально допустимую толщину листа обработки. Так, для меди она должна быть меньше, чем для нержавеющей стали.

Скорость этого метода просто зашкаливает и в разы превосходит кислородную горелку, что делает его несравненно привлекательнее при обработке деталей толщиной от 40 до 60 миллиметров. Важно отметить, что плазменный рез обеспечивает исключительную точность и устраняет возможность появления нежелательных отложений. Он дает возможность выполнять обработку в разных формах, исключая риск перекаливания благодаря местному нагреву области работы.

Современные станки для плазменной резки, оснащенные автоматическим программным управлением ЧПУ, обеспечивают значительное увеличение скорости обработки металлов, включая титан, чугун, мель, сталь и другие. При этом нет необходимости смены оборудования. Конструкция станков исключает использование баллонов со взрывоопасным газом, что увеличивает безопасность операций. Стоимость оборудования остается достаточно небольшой.

Несмотря на присутствие недостатков, метод плазменной резки обладает рядом преимуществ. Он является термическим, что оказывает воздействие на кромки металла, приводя к частичной потере материала, увеличению твердости края. Это требует дополнительных затрат на дальнейшую обработку. Тем не менее, качество кромок при плазменной резке превосходит характеристики получаемых при газокислородной. Отсутствие окалины и уменьшение ширины зоны с цветами побежалости в пять раз делают первый метод более эффективным.

Плюсы и минусы технологии резки металла лазером

Инициированное в активной среде монохроматическое когерентное излучение, получаемое под воздействием различных энергетических факторов, называется лазерным лучом, просто лазером. Этот физический процесс основан на способности вещества излучать фотоны определенной энергии при столкновении атомов с другими когерентными без их поглощения. Полученные «лишние» фотоны являются носителями лазерного луча и играют важную роль в данном явлении.

Процесс лазерной резки включает в себя нагревание металла до температуры плавления, а затем кипение с использованием лазерного излучения. Для разреза толстых листов в зону работы надо подавать газ, такой как азот, гелий, аргон, кислород или воздух, чтобы убирать расплавленный металл и продукты горения. Кислород наиболее эффективен для этой цели, увеличивая скорость и глубину действия. В процессе лазерной резки испарением используется значительное количество энергии, поэтому он более подходит для работы с тонкими металлами.

Установки включают в себя оптический резонатор, который представляет собой систему зеркал, способных увеличивать мощность излучения. Его источником служит рабочая (активная) среда, а для создания условий для электромагнитного излучения нужен источник энергии (система накачки). Лазер может обрабатывать практически все виды конструкционных материалов и заготовок разных форм и размеров, включая самые тонкие и мягкие, такие как бумага, резина и полиэтилен, которые не поддаются обработке фрезой.

Генерация лазерного луча основана на воздействии фотонов определенной энергии на активную среду, такую как рубиновый кристалл, чтобы вырвать их близнецов из атомов вещества. Фотоны не поглощаются, а затем поддерживают возникновение новых, сталкиваясь с атомами в оптическом резонаторе, состоящем из параллельных зеркал. Одно из них пропускает луч в направлении оптической оси, обеспечивая узконаправленное излучение.

• Лазерная резка металла, теория и технология имеет неоспоримые преимущества, которые стоит выделить. Способность работать с материалами различной толщины, например, сталью до 30 мм, алюминием до 20 мм, медью и латунью до 15 мм.
• Отсутствие контакта с поверхностью металла при резке позволяет обрабатывать хрупкие и легкодеформируемые материалы.
• Высокая скорость выполнения операций. Возможность создания изделий с разнообразной конфигурацией. Получение чистых краев и минимального количества отходов. Точность работы на уровне до 0,1 мм.

Благодаря более плотной раскладке деталей на листе, экономится металл. Отметим, что высокое энергопотребление и стоимость оборудования являются недостатками лазерной резки.

Где применяется технология газовой резки металла

Суть процесса кислородной резки заключается в том, что при сжигании огнем этого газа с металлом происходит его окисление, в итоге последний становится жидким. Метод применяется в разных отраслях промышленности, таких как судостроение, авиастроение и машиностроение. Главным преимуществом технологии кислородной резки металла является ее высокая скорость и точность, что позволяет быстро и качественно выполнять обработку на производстве.

В ремонтных, строительных и сельскохозяйственных фирмах газовая резка применяется как неотъемлемая часть процесса. Благодаря простоте выполнения операции и мобильности оборудования, специалисты часто предпочитают этот способ. Он не требует дополнительных источников энергии, что делает процесс экономически выгодным и эффективным.

Кроме того, газовая резка металла позволяет работать с разными поверхностями различной толщины, обеспечивая высокую точность и качество реза. Поэтому данная технология становится неотъемлемой частью многих производственных процессов, где нужна точная и быстрая резка. Работа нагревателя заключается в том, что он доводит металл до очень высокой температуры, в среднем до 1100 градусов Цельсия. Затем при подаче кислорода происходит воспламенение потока горящего газа. Он используется для резки металлических листов при условии постоянного и стабильного поддержания нужного объема кислорода.

При резке металла очень важно, чтобы температура горения была ниже, чем температура плавления материала. Иначе расплавленные без сгорания участки будут трудно удаляться из рабочей зоны. Это вызывает проблемы при резке и может повлиять на качество получаемого материала. Таким образом, важно учитывать специфику процесса сгорания материала при обработке. Нагреватель, кислород и способ подачи газа – все играет важную роль в результате.

Резак – ключевой элемент, он нужен в точном дозировании смесей газов и кислорода для создания газовоздушной смеси, необходим их для воспламенения и его подачи. Помимо этого, резка газом является методом обработки металла, который обладает целым рядом преимуществ. В частности, технология позволяет работать с материалом разной толщины при высокой производительности. Неудивительно, что объемы производства сварщика могут достигать значительных цифр и измеряться тоннами в день.

Газовая резка уже давно применяется в различных отраслях промышленности, благодаря эффективности и универсальности. С помощью резака можно работать с самыми разными материалами, включая металлы разной толщины, что делает метод незаменимым инструментом для многих производств. Благодаря возможности создавать качественные и точные срезы, она стала неотъемлемой частью разных сфер промышленности. Одним из ключевых преимуществ газовой резки является ее высокая производительность, позволяющая обрабатывать материалы большого объема в кратчайшие сроки. Она активно используется в промышленности и строительстве, от создания металлоконструкций до производства автозапчастей.

Газоплазменная резка – технология, которая полностью автономна, не требует подключения к источникам питания и позволяет сварщику работать даже в отдаленных местах, на объектах без доступа к электричеству. Уникальность данного метода в его универсальности и возможности работать с различными материалами, за исключением латуни, нержавеющей стали, меди и алюминия. По мнению экспертов, газоплазменная резка обладает рядом преимуществ, которые делают ее неотъемлемой частью в сфере металлообработки.

Технология гидроабразивной резки металла

Гидроабразивная резка металла это процесс, при котором материал обрабатывается потоком воды с добавлением абразивных частиц. Для этого используется специальный насос, который создает высокое давление для направления потока воды.

Вся система состоит из нескольких компонентов, включая трубки для передачи воды и режущую головку, через которую она проходит и превращается в тонкую струю. Она способна разрезать практически любой материал, на который направлена. Максимальное давление, которое может создаваться установкой гидроабразивной резки, достигает 6900 бар, что в разы превышает давление в обычных пожарных рукавах. Техническое зрение, встроенное в сопло гидроабразивного станка, обеспечивает точность и эффективность процесса.

Гидроабразивная резка представляет собой эффективный способ обработки материалов, который легко контролировать. Существует два основных типа: абразивная и нет. Для резки более твердых материалов обычно используют абразивные вещества, которые смешиваются с водой в специальной камере перед выходом струи.

Гранитный песок является широко распространенным материалом для этого. При работе с более толстыми или твердыми материалами важно использовать соответствующие абразивы. С их помощью возможно выполнить обработку материалов различного происхождения. Керамика, металлы, камни и массивные пластиковые изделия обычно поддаются резке с помощью абразивных материалов. Но следует отметить особые случаи, включающие закаленное стекло и драгоценные алмазы, которые не предназначены для обработки абразивами. Разрезание первого можно осуществить с использованием струи воды, но это приведет к его разрушению.

Часто задаваемые вопросы о технологиях резки металла

Как влияет мощность и система охлаждения лазера на резку металла?

Мощность лазеров в резаках для металла различается, что позволяет решать разнообразные задачи. Более сильная обеспечивает качественную обработку и позволяет работать с толстыми материалами, однако потребляет больше энергии. Эффективное охлаждение трубки лазера критически важно для продолжительного срока службы. Обычно используется водяная система с датчиком потока, контролирующим температуру.

Что такое копьевая кислородная резка металла?

Кислородно-копьевая резка используется для разделки массивов стали, отходов производства и скрапа. Основное преимущество метода – в высокой скорости выполнения операции. Это достигается за счет использования высокоэнергетичной струи, что сокращает расход стальных копий и обеспечивает более быстрое сгорание металла.

Какие типы лазеров применяются при резке металла?

Сегодня на промышленных предприятиях используются такие типы лазеров для резки металла:

• Твердотельные, использующие кристаллические драгоценные камни или редкоземельные соединения в качестве активной среды.
• Газовые лазеры, где активаторами являются инертные газы, возбуждаемые электрическими разрядами или химическими реакциями.
• Волоконные, изготовленные целиком из оптоволокна или комбинированные с другими элементами.

Выбор конкретного типа лазера зависит от требуемой производительности, характеристик материала и особенностей конкретного производства.