В металлообработке масштабно используются 2 популярных метода раскроя и резки заготовок — лазерная и плазменная. Выбор между ними гибок и определяется индивидуальными условиями работ (цель, вид материала, особенности готовой детали или конструкции, толщина заготовки, размеры и степень точности реза) при сохранении отменного качества готовой продукции.
Каждый метод резки имеет достоинства и недостатки, которые во многом влияют на конечный выбор между ними. Рассказываем, как мастера осуществляют этот выбор на практике.
Технология лазерной резки
Что такое лазерная резка металла? Это бесконтактная его обработка, при которой материал режется при помощи лазера — т. е. сфокусированного пучка света большой мощности. Выделяющееся при этом тепло поглощается материалом, в результате чего его температура заметно повышается, и когда достигается значение точки кипения, материал плавится (при сублимационной резке — испаряется). Сублимация предполагает удаление металла из зоны реза в парообразном состоянии, а расплавленная масса удаляется при помощи подающегося под давлением газа, который одновременно охлаждает металлическое изделие.
Таким образом можно вырезать отверстия диаметром, равным толщине металлической заготовки — от 1 до 20 мм. Толстые листы (особенно из сплавов) лазерной резке, в отличие от плазменной, не подвергают: теряется качество и экономическая выгода.
Резка лазером доступна практически для любого материала от пластика до древесины. Так же как с металлическими заготовками, при этом обеспечена высокая точность реза, гладкость срезов и одновременно их повторяемость. Поэтому лазерная методика активно используется в промышленности, в том числе для раскроя металлических заготовок (создания разверток).
Хотя в случае с металлическими изделиями на производительность процесса оказывает влияние светоотражаемость. Лазерная резка для поверхностей, близких по этому показателю к зеркальным, часто невозможна, плазменная — наоборот.
Технология плазменной резки
Основа принципа работы при плазменной резке металла — это такая же термическая резка, как с лазерным резаком, но обработка заготовок идет с использованием плазменной дуги. Дуга — это струя горячего газа, атомы которого находятся в заряженном состоянии. Металлическую заготовку заземляют, чтобы она играла роль второго электрода. При попадании на нее выходящий из небольшого сопла (под давлением), с высокой скоростью, газ образует электрическую цепь между заготовкой и резаком.
В результате в зоне контакта выделяется огромная тепловая энергия, поднимается температура вплоть до 20 000 °C, и металл под воздействием режущего газового потока плавится. Расплавленные отходы убирают со срезов при помощи того же газа, подаваемого на высокой скорости.
Из-за того, что газ колеблется в зоне реза, контуры срезов и углов оказываются не слишком точными, и после резки металла плазмой кромки приходится обрабатывать. Поэтому мелкие изделия или сложные вырезы формировать этим способом бывает затруднительно. К тому же плазменная обработка нередко оставляет окалину — ее несложно убрать, но это требует дополнительных производственных затрат.
Плазменная и лазерная резка металла: сходства и отличия. Что лучше?
В чем ключевая сущность лазерной и плазменной резки металлов, объединяющая их по сути процесса — сказано выше: обе методики подразумевают термическую резку с применением источников высокой энергии.
- Металлическая заготовка подвергается воздействию газа высокого давления — азота аргона, кислорода или сжатого воздуха.
- Поток газа выходит из сопла или аналогичного устройства, позволяющего регулировать его силу.
- Металл под воздействием газа плавится.
- Оба метода позволяют вырезать внутренние углы (правда, плазменный — только с радиусом).
- Зона работ достаточно велика.
- Обработка требует установки системы для сбора дыма, т. к. иначе испаряющиеся металлические частицы могут осесть на предметах в рабочей зоне.
В качестве эффективной альтернативы плазменной и лазерной резки — одновременно — иногда рассматриваются:
- гидроабразивная резка, более рентабельная при обработке листов большой толщины;
- газокислородная резка (точность ее низка, зато она также позволяет обрабатывать толстые заготовки из металла);
- электроэрозионная, высокоточная, но требующая больших затрат времени обработка.
А чем отличается лазерная резка от плазменной резки металла, помимо отличий рабочего инструмента (лазерный луч и струя ионизированного газа)?
- Плазменный резак может резать только металлические изделия — проводники электричества, иначе не замкнется электроцепь. Область работы лазерных аналогов шире.
- Плазма оперативно режет и раскраивает толстые металлические заготовки, толщиной от 2-3 мм, при этом дает качественные отверстия минимальным диаметром в 0,9…1,4 от толщины заготовки (оптимальная разница — в 2 раза). Лазер дает отверстия минимальным диаметром 0,3…0,4 от толщины заготовки, его также применяют для тонкой обработки — гравировки, резки. Впрочем, сложные фигуры лазер выдает с ожидаемой чистотой только при толщине образца до 7 мм, в противном случае угол реза смещается.
- Конусность кромок при лазерной резке заготовок толщиной от 6 мм составляет до 0,7°, при плазменной — 3-11°. Сквозные отверстия у лазера снизу слегка увеличены в диаметре, у плазмы наоборот.
- Ширина реза плазмы больше по диапазону — 0,8…1,5 мм против 0,2…0,375 мм у лазера.
- Однако плазменная дуга нестабильна, нередко дает сильную окалину (см. выше). Термическое влияние у лазера меньше, а плазма может покоробить, деформировать заготовку.
- Тонколистовые металлические изделия, до 6 мм толщиной, лазер режет быстрее и точнее, чем плазма. Толщиной от 6 мм — с той же скоростью, но чище, т. к. меньше область термовоздействия.
Таким образом, лазерные станки для максимальной производительности при точном раскрое целесообразно применять в сфере тонколистового проката (заготовки толщиной до 3,5 см, на практике до 1,9 см) и при сложной резке (геометрия контура, декор-элементы). Плазменные — для работы с толстыми заготовками, в том числе металлическими пластинами толщиной до 1,5 дюймов. Это ключевое различие.
Плазма снижает затраты при низких требованиях к качеству, когда некритичны затраты на снятие окалины и шлифовку кромок и поверхностей (шероховатость обычно составляет 6,3…12,5 мкм). Лазер — наоборот (дает шероховатость 1,25…2,5 мкм), но при увеличении объема заказа стоимость лазерной резки снижается.
Преимущества плазменной резки
- Большая продуктивность при работе с металлическими заготовками, отличающимися хорошей электропроводностью (в среднем при толщине заготовки от 6 мм)
- Возможность работать с высокоотражающими металлами, отклоняющими лазерный луч
- Бесшумность
- Экологическая безопасность (благодаря испарению металла)
- Заметная оперативность и точность при работе на станках с ЧПУ по сравнению со шлифованием, распилом
- Сравнительно низкая энергозатратность
- Приемлемая экономичность, в том числе в сравнении с лазерной резкой
- Доступная цена расходников
Преимущества лазерной обработки
- Возможность выдавать сложную продукцию на высокой скорости, с высокой точностью характеристик и разнообразием задач
- Высокая производительность
- Оперативность
- Повторяемость
- Энергоэффективность, экологическая чистота
- Максимально сниженное количество отходов
- Универсальность в выборе материалов для двухмерной, трехмерной резки (при небольшой толщине заготовок), в том числе возможность работы с хрупкими, легко деформирующимися металлами
- Экономичность в расходе материалов
Особенности применения
Как работает плазморез (плазменный резак по металлу)? Он формирует плазменную дугу при помощи плазмотрона — сжимает дугу и насыщает ее газом. Обрабатывать таким образом можно металлические листы толщиной от 20 мм, в том числе чугунные заготовки, при их толщине до 90 мм (зато максимальная толщина нержавейки — 150 см). Традиционно плазменными горелками режут также латунь, алюминий, медь и сталь — токопроводящие металлы.
Лазерные резаки делят на 3 типа — неодимовые (кристаллические), волоконные и с применением углекислого газа (резаки СО2). У каждого свой диапазон мощности и область применения.
- Резаки СО2 применяют для резки электрически стимулируемый углекислый газ.
- Неодимовые версии формируют лазерный луч 2 способами — через Nd:YVO и Nd:YAG (легированные неодимом ортованадат иттрия и алюмоиттриевый гранат соответственно).
- В волоконных моделях применяется стекловолокно, которое обладает способностью усиливать мощность луча, исходящего от установки «просачивающегося лазера».
Наиболее популярными являются лазерные резаки СО2 — при отменной универсальности отличаются невысокой, но достаточной для большинства работ мощностью и доступной ценой.
Режут лазером сталь, латунь, никель, алюминий, вольфрам. В зависимости от особенностей производства (не только в промышленной или транспортной сфере, как для плазменных резаков, но и в ювелирной, сувенирной сфере, электронике, медицине) — также керамику, кремний или древесину.
Выбор метода для резки металла
- Если требуется высокая точность с минимальной деформацией металлического листа, а также небольшой площадью нагрева — предпочтительна лазерная резка. Особенно если объемы работы немаленькие.
- Если высокая точность не входит в перечень важных факторов резки, обработке подлежат заготовки большой толщины — оптимально использование плазменного оборудования.
Впрочем, стоит учитывать также фактор влияния расходов на стоимость услуги. В целом изначально производственное оборудование для лазерной резки с ЧПУ, т. е. компьютерным числовым управлением, дороже, чем для плазменной, в 4-6 раз. Энергопотребление и газорасход при резке тонкометаллических изделий у лазерного и плазменного оборудования приблизительно равные, при увеличении его толщины возрастают (в среднем для лазера они несколько выше).
При этом затраты на обслуживание и ремонт выше у плазменных резаков, т. к. больше объем отходов. Однако точную себестоимость услуг плазменной либо лазерной резки предсказать заранее нельзя.
Хотите получить консультацию по вопросам обработки металлических изделий? ПК «Антей» предлагает высококлассные услуги резки в произвольном объеме, соответственно нуждам заказчиков. Звоните или приезжайте: мы всегда готовы к сотрудничеству.