Революция в области плазменной резки с ЧПУ: 7 ключевых параметров для максимальной точности и эффективности

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

Для правильного использования плазменного станка с ЧПУ для качественной и быстрой резки необходимо глубоко понимать и владеть параметрами процесса резки.

I. Ток резания

Это важнейший параметр процесса резки, который напрямую определяет толщину и скорость резки, т.е. режущую способность. Его эффекты следующие:

1. По мере увеличения тока резки энергия дуги также увеличивается, что приводит к повышению режущей способности и увеличению скорости резки.

2. С увеличением тока резки диаметр дуги также увеличивается, что делает рез шире.

3. Если ток резки слишком высок, сопло перегреется, что приведет к преждевременному повреждению и снижению качества резки или даже сделает нормальную резку невозможной. Поэтому перед резкой необходимо выбрать подходящий ток резки и соответствующее сопло в зависимости от толщины материала.

II.Скорость резания

Оптимальный диапазон скоростей резания можно определить в соответствии с инструкцией к оборудованию или экспериментальным путем.

Из-за таких факторов, как толщина материала, тип материала, температура плавления, теплопроводность и поверхностное натяжение после плавления, скорость резки также изменяется соответствующим образом. Ее основные эффекты следующие:

Умеренное увеличение скорости резки может улучшить качество реза, т. е. слегка сузить рез, сделать поверхность реза более гладкой и уменьшить деформацию.

Если скорость резки слишком высокая, энергия линии реза будет ниже требуемого значения, и струя не сможет немедленно сдуть расплавленный режущий материал, что приведет к увеличению количества обратного сопротивления и шлака, висящего на срезе, что приведет к снижению качества поверхности реза.

Если скорость резки слишком низкая, поскольку местом резки является анод плазменной дуги, для поддержания стабильности самой дуги анодное пятно или анодная область должны найти место для проведения тока вблизи ближайшего реза, что позволит передавать больше тепла радиально струе.

Поэтому разрез становится шире, а расплавленный материал по обе стороны разреза собирается и застывает на нижнем крае, образуя трудноочищаемый шлак. Кроме того, верхний край разреза образует закругленный угол из-за чрезмерного нагрева и плавления.

При очень низкой скорости дуга может даже погаснуть. Таким образом, хорошее качество резки и скорость резки неразделимы.

III. Напряжение дуги

Нормальное выходное напряжение источника питания обычно рассматривается как напряжение резки.

Станки плазменной резки с ЧПУ обычно имеют высокое напряжение холостого хода и рабочее напряжение.

При использовании газов с высокой энергией ионизации, таких как азот, водород или воздух, напряжение, необходимое для стабильной плазменной дуги, выше. При постоянном токе увеличение напряжения означает увеличение энтальпии дуги и режущей способности.

Если уменьшить диаметр струи, одновременно увеличивая расход газа и увеличивая энтальпию, то это часто приводит к повышению скорости резки и улучшению ее качества.

IV.Рабочий газ и расход

Рабочие газы включают режущий газ, вспомогательный газ, а для некоторого оборудования также требуется пусковой газ. Обычно соответствующий рабочий газ следует выбирать на основе типа, толщины и метода резки материала.

Режущий газ должен обеспечивать образование плазменной струи, удаляя при этом расплавленный металл и оксиды из зоны реза.

Избыточный поток газа может отнимать больше тепла от дуги, сокращать длину струи, приводить к снижению режущей способности и нестабильности дуги; недостаточный поток газа может привести к потере плазменной дугой необходимой прямолинейности, что приведет к неглубоким разрезам, а также легко вызовет налипание шлака.

Поэтому расход газа должен быть хорошо согласован с током и скоростью резки.

Самый современный машины плазменной резки контролируйте расход с помощью давления газа, поскольку при фиксированном отверстии пистолета контролируйте давление газа, а также расход.

Давление газа, используемое для резки материала определенной толщины, обычно необходимо выбирать в соответствии с данными, предоставленными производителем оборудования.

Если имеются другие специальные применения, давление газа необходимо определить путем реальных испытаний резки.

Наиболее часто используемыми рабочими газами являются аргон, азот, кислород, воздух, а также смесь аргона и азота H35 и т. д.

1. Аргоновый газ практически не реагирует ни с одним металлом при высоких температурах, а плазменная дуга аргонового газа очень стабильна.

Более того, используемые сопло и электрод имеют относительно длительный срок службы. Однако напряжение аргоновой плазменной дуги ниже, а значение энтальпии невысоко, что приводит к ограниченной режущей способности.

По сравнению с воздушной резкой толщина реза уменьшится примерно на 25%.

Кроме того, в защитной среде аргона поверхностное натяжение расплавленного металла больше, примерно на 30% выше, чем в среде азота.

Поэтому могут возникнуть проблемы с зависанием шлака.

Даже при резке смешанным газом аргона и других газов будет наблюдаться тенденция к образованию липкого шлака. Таким образом, чистый аргоновый газ в настоящее время редко используется отдельно для плазменной резки.

2. Водородный газ обычно используется в качестве вспомогательного газа в смеси с другими газами.

Например, известный газ H35 (объемная доля водорода 35%, остальное – аргон) является одним из самых сильных газов по способности плазменной резки, что обусловлено в основном водородом.

Поскольку водородный газ может значительно увеличить напряжение дуги, что делает плазменную струю водорода имеющей высокое значение энтальпии. При смешивании с аргоном режущая способность плазменной струи значительно улучшается.

Как правило, для металлических материалов толщиной более 70 мм в качестве режущего газа обычно используется аргон + водород. Если использовать водяную струю для дальнейшего сжатия аргон + водородной плазменной дуги, можно достичь еще более высокой эффективности резки.

3. Азот — широко используемый рабочий газ. для станков плазменной резки с ЧПУ

В условиях высокого напряжения электропитания азотная плазменная дуга имеет лучшую стабильность и большую энергию струи, чем аргоновый газ.

Даже при резке материалов с высокой вязкостью, таких как нержавеющая сталь и сплавы на основе никеля, количество шлака, нависающего под надрезом, также очень мало. Азот можно использовать отдельно или в смеси с другими газами.

При автоматизированной резке в качестве рабочего газа в плазменной машине часто используется азот или воздух, и эти два газа стали стандартными газами для высокоскоростной резки углеродистой стали. Иногда азот также используется в качестве газа зажигания дуги при кислородно-плазменной резке.

4. Кислород может увеличить скорость резки низкоуглеродистых сталей.

При использовании кислорода для резки режим резки аналогичен резке пламенем. Высокотемпературная и высокоэнергетическая плазменная дуга увеличивает скорость резки, но ее необходимо использовать в сочетании с электродами, устойчивыми к высокотемпературному окислению.

В то же время электрод следует защищать от ударов во время зажигания дуги, чтобы продлить его срок службы.

5. Воздух содержит около 78% объемной доли азота, поэтому ситуация с шлаковым навесом, образующаяся при использовании воздуха для резки, аналогична ситуации при использовании азота для резки.

Воздух также содержит около 21% объемной доли кислорода, и из-за присутствия кислорода скорость резки низкоуглеродистой стали стальной материал Использование воздуха также высоко. В то же время воздух является и самым экономичным рабочим газом.

Однако при использовании только воздуха для резки возникают проблемы с зависанием шлака, а также окислением и повышением азота в месте разреза. Низкий срок службы электродов и сопел также может повлиять на эффективность работы и стоимость резки.

V. Высота сопла

Относится к расстоянию между торцом сопла и поверхностью резки, что составляет часть всей длины дуги. Поскольку плазменная резка обычно использует постоянный ток или источники питания с крутым падением тока, ток изменяется очень мало после увеличения высоты сопла.

Однако это увеличит длину дуги и приведет к увеличению напряжения дуги, тем самым увеличивая мощность дуги. Но в то же время это также увеличит потери энергии столба дуги, подвергающегося воздействию окружающей среды.

При совместном воздействии этих двух факторов эффект первого часто полностью нейтрализуется вторым, что может снизить эффективную энергию резания и ухудшить режущую способность.

Обычно это проявляется в ослаблении силы режущей струи, увеличении остаточного шлака в нижней части надреза и закруглении верхней кромки.

Кроме того, учитывая форму струи плазменной резки, диаметр струи расширяется после выхода из пистолета, а увеличение высоты сопла неизбежно приведет к увеличению ширины разреза.

Поэтому выбор минимально возможной высоты сопла способствует повышению скорости и качества резки.

Однако, если высота сопла слишком мала, могут возникнуть двойные дуги. Использование керамических внешних сопел может установить высоту сопла на ноль, то есть торец сопла напрямую контактирует с поверхностью реза, что может дать хорошие результаты.

VI. Плотность мощности резания

Для получения плазменной дуги высокой компрессии для плазменной резки режущее сопло использует малую апертуру сопла, большую длину отверстия и усиленный охлаждающий эффект. Это может увеличить ток, проходящий через эффективную площадь поперечного сечения сопла, то есть увеличить плотность мощности дуги.

Однако сжатие также увеличивает потери мощности дуги, поэтому фактическая энергия, используемая для резки, меньше выходной мощности источника питания, а ее коэффициент потерь обычно составляет от 25% до 50%.

Некоторые методы, такие как резка плазменной дугой с компрессией воды, могут иметь более высокую скорость потери энергии. Этот вопрос следует учитывать при проектировании параметров процесса резки или экономическом учете затрат на резку.

Например, толщина металлического листа, обычно используемого в промышленности, обычно составляет менее 50 мм.

В этом диапазоне толщин обычная плазменная резка часто образует разрез с большей верхней кромкой и меньшей нижней кромкой, причем верхняя кромка реза может привести к снижению точности размеров разреза и увеличению объема последующей обработки.

При использовании кислородно-азотной плазменной резки углеродистой стали, алюминия и нержавеющей стали, когда толщина листа находится в диапазоне 10-25 мм, материал получается толще, вертикальность кромки лучше, а погрешность угла режущей кромки составляет от 1 градуса до 4 градусов.

При толщине пластины менее 1 мм по мере уменьшения толщины пластины погрешность угла разреза увеличивается с 3-4 градусов до 15-25 градусов.

Принято считать, что причиной этого явления является неравномерный подвод тепла плазменной струи к поверхности реза, то есть выделение энергии плазменной дуги в верхней части реза больше, чем в нижней.

Этот дисбаланс выделения энергии тесно связан со многими параметрами процесса плазменной резки с ЧПУ, такими как степень сжатия плазменной дуги, скорость резки и расстояние от сопла до заготовки.

Увеличение степени сжатия дуги может расширить струю высокотемпературной плазмы, образовав более однородную высокотемпературную область, и в то же время увеличить скорость струи, что может уменьшить разницу ширины верхнего и нижнего краев надреза.

Однако чрезмерное сжатие обычных сопел часто приводит к образованию двойных дуг, которые не только расходуют электроды и сопла, делая процесс резки невозможным, но и приводят к снижению качества реза.

Кроме того, чрезмерная скорость резки и высота насадки также могут увеличить разницу в ширине между верхним и нижним краями разреза.

VII. Таблица параметров процесса плазменной резки

Низкоуглеродистая сталь, воздушно-плазменная/воздушная защитная резка, ток 130А

Резка низкоуглеродистой стали кислородно-плазменной/воздушной защитой, ток 130А.