Существует максимальная рекомендованная производителем толщина пробивки (прожига отверстия). Она, как правило, существенно отличается от максимальной заявленной толщины разрезаемого материала.

Существует минимальная толщина разрезаемого металла, но реализовать это можно только специальными приспособлениями, препятствующими короблению материала в зоне резки. Без таких приспособлений обеспечить безаварийную резку невозможно. Кроме того, резка малых толщин осуществляется на очень больших скоростях и не всякое оборудование обеспечивает нужные динамические характеристики, к тому же на больших МТР это может быть опасно для оператора.

Режущая кромка плазменной струи в первом приближении является конусом, поэтому с увеличением толщины разрезаемого материала растет значение отклонений по геометрии деталей. При этом важную роль начинает играть и комбинация газов, и конструкция плазматронов, и пр.

С ростом толщины разрезаемого материала скорость резки падает нелинейно, поэтому эффективная область применения плазменной резки четко ограничена энергетическими значениями источника питания. Сегодня для черной стали реальный технологический максимум 30 мм.

Для каких технологических задач целесообразно применение плазменной резки?

Сегодня материалы принято разделять на следующие диапазоны толщин:

0,3 … 2,0 мм

1,0 … 6,0 мм

6,0 … 30,0 мм

До 50,0 … 60,0 мм

До 100,0 … 160,0 мм

До 250,0 мм

До 1000,0 мм и более

В диапазоне №1 лучше всех зарекомендовали себя дыропробивные прессы с УЧПУ и установки лазерной резки. Диапазон №2 – лазерная резка или гидроабразивная, но в ряде случаев эффективной может быть и узкоструйная плазменная резка. Диапазон №3 – чистое применение плазменной резки. Применение гидроабразивной или лазерной резки в этом диапазоне обуславливается особыми требованиями к деталям или материалам. Диапазон №4 и 5 делят между собой плазменная и газокислородная резка, причем необходимость в плазменной резке обусловлена только тем, что нержавеющие стали сегодня проще резать именно плазменной резкой, а не кислородно­флюсовой. Диапазон №6 и 7 – только кислородная или кислородно­флюсовая резка. Технически гидроабразивная резка способна резать и до 100,0 мм, но скорость и качество оставляют желать лучшего.

Итак, как мы видим, технология плазменной резки не является абсолютно универсальной технологией получения деталей. Требуется комплексная оценка материалов, толщин, качества кромки, производительности.

Таблица 1

Технологические части оборудования для плазменной резки

Хочется плазменную резку деталей с фаской?

Демонстрация установки плазменной резки с ротационной головкой, которая быстро и без видимых усилий делает сложные детали с фаской, на получение которой при классической технологии требуется много часов дорогостоящей фрезеровки, – приводит в восторг и инженера, и обывателя. Первая естественная реакция: «Хочу такую!»

Инженер тоже человек, он тоже подвержен эмоциям. Его мозг начинает лихорадочно искать оправдания, чтобы заполучить такое чудо техники на свое производство. Но что в реальности важнее: эмоции или технологическая необходимость? При спокойной оценке возможностей установки плазменной резки с ротационной головкой появляются вопросы:

• При сравнении карт раскроя с фаской и без, в варианте с фаской в металлолом уходит 5...10% дополнительного металла.
• Как правило, хорошо получается только односторонний вариант фаски без притупления, а вот настроить Х, К­образные фаски гораздо сложнее. Машинное время увеличивается из­за необходимости нескольких проходов.
• Точность серийных деталей растет, а вот остальная часть производства к этому не готова и получившийся положительный эффект внедрения новой технологии сводится на нет. Зачастую конструкция изделия может быть изменена коренным образом, но этого не происходит.
• Временные затраты на освоение каждой новой детали с фаской значительно выше, чем без нее, поэтому для разовых заказов растут трудозатраты и количество брака.

Как решить проблему значительного задымления, характерного для плазменной резки?

Для многих инженеров, которые впервые решили внедрить оборудование плазменной резки, становится неприятными сюрпризом огромное количество дыма, который образуется в процессе работы. Особо опасен дым при резке нержавеющих сталей и меди. При резке алюминиевых сплавов, получающиеся окислы алюминия налипают на все подряд в виде белой пыли и часто даже не доходят до фильтрующих устройств. Как это ни парадоксально, но плазменная резка в единицу времени образует больше дыма одним резаком, чем газокислородная несколькими резаками. Вот уже 30 лет множество компаний стараются найти решение этой проблемы. Инженерная мысль во многих странах шла параллельными курсами. Одной из первых эффективных конструкций раскройных столов была конструкция «водяного стола». Решение простое, не лишенное изящества, но с недостатками, которые в настоящее время поставили крест на этой конструкции для всех отраслей кроме судостроительной. Многолетний опыт и появление новых надежных исполнительных устройств (как правило пневмоцилиндров) привело к созданию конструкции «сухого» раскройного стола с управляемыми вентиляционными каналами. Клапан в системе воздушных каналов раскройного стола открывается именно в той зоне стола, где в это время находится резак и происходит дымовыделение. Но поймать дым и отвести его из зоны резки и места работы человека – это только половина дела. Как уже было отмечено, дым является вредным и опасным для окружающей среды. Именно поэтому завершающим устройством является фильтро­вентиляцтонная установка (ФВУ). Наибольшее распространение нашла конструкция ФВУ с бумажными фильтрами. Следует знать, что правильный выбор ФВУ зависит от многих факторов: площади секции стола из которого происходит дымоудаление, характеристик фильтрующих элементов, толщины и вида разрезаемого металла, мощности источника плазменной резки, сечения вентиляционных каналов, удаленности ФВУ от раскройного стола и т.д.

Плазменное оборудование простое в эксплуатации?

Оборудование для плазменной резки обычно состоит из следующих основных технологических частей (табл. 1).

Как видно из таблицы, для каждой конкретной технологической задачи требуется выбрать соответствующий тип и конструкцию плазменного оборудования. Так, например, для ручной резки, где не требуется высокое качество (человек и не может рукой обеспечить повторяемость и точность ведения инструмента как станок) и ПВ редко превышает 40%, вполне очевидно применение инверторного типа источника питания с одногазовым плазматроном с воздушным охлаждением. Применение подобного плазменного оборудования на портальной установке с УЧПУ скорей всего приведет к низкому качеству получаемых деталей, низкой производительности и надежности установки в целом.

Современная плазменная система для промышленного применения – это сложное и высокоточное изделие. Двухгазовый плазматрон состоит из большого числа элементов, каждый из которых изготовлен с точностью ±0,01 мм, может содержать детали из композитных материалов и пр. Источник питания содержит в себе необходимый объем запрограммированных протоколов образования и поддержания плазменной дуги, имеет цифровую связь с автоматической газовой консолью, УЧПУ, исполнительными устройствами установки.

Именно поэтому обслуживание современных плазменных установок требует специально обученного персонала, выполнения обслуживания строго по регламенту. Если на предприятии нет такого персонала, то для безаварийной эксплуатации дорогостоящего оборудования жизненно необходим найм сторонних специалистов. Не стоит забывать и о том, что обслуживанию должно подвергаться и оборудование, которое использует систему плазменной резки как рабочий орган (например портальная установка с УЧПУ). В случае, если по каким­то причинам машина­носитель потеряла свои точностные и динамические характеристики, то высокоточная плазменная система может резать только бракованные детали.

Еще одним из подводных камней эксплуатации современных установок плазменной резки является организация питания газами. Воздух требует очень качественной очистки и охлаждения, подача газообразного кислорода требует дополнительного оборудования для хранения, транспортировки кислорода к плазменному оборудованию. Это касается и применения таких газов как азот, аргон, водород и смесей для плазменной резки. В случае, если нет надежной и качественной подачи газов для плазменной резки к современному плазменному оборудованию, то весь смысл применения дорогостоящего оборудования теряется (мы опять возвращаемся к ручной плазменной резке).

Многие до сих пор верят, что плазменная резка за счет своей скорости и значительной тепловой мощности на кв. мм режет детали без термических деформаций. Увы, это совсем не так. Термические деформации присутствуют всегда, но научиться использовать их правильно – это инженерное искусство! Применение специализированных САПРов по формированию Управляющих Программ (УП) в большинстве случаев сводится только к решению геометрической задачи рационального расположения заготовок на материале. Даже самый современный САПР не учитывает, как изменяется геометрия вырезаемых деталей и материала заготовки под воздействием тепла от плазменной дуги.

Выводы

Плазменная резка деталей – это современный и эффективный технологический процесс, но требуется правильно оценить его возможности, дополнительные затраты по внедрению и эксплуатации этого оборудования.

Информации о процессе немного, специалистов, которые разбираются в нем еще меньше. Нужно посещать выставки, семинары, конференции – не стесняться спрашивать и получать достоверную информацию не только у производителей, но и у тех кто уже применяет плазменную резку в производстве.

Директор ООО «АВТОГЕНМАШ»

Владимир Александрович Кольченко

(4822) 32­86­33, 32­86­44

www.autogenmash.ru