Плазменная и лазерная резка металла: сравнительный анализ

Содержание:

  1. Оборудование лазерной резки
  2. Оборудование плазменной резки
  3. Заключение

Появление в металлообработке плазменного и лазерного резания ускорило, упростило и повысило качество многих технологических операций. Современные станки разработаны с использованием двух принципиально разных технологий, каждая из них имеет свои сильные и слабые стороны. Требования к линейным параметрам и характеристикам деталей влияют на выбор конкретного метода.

Оборудование лазерной резки

Технические возможности различных моделей существенно отличаются, но у всех есть общие рабочие агрегаты:

  • источник энергии;
  • источник луча;
  • резонатор;
  • механический блок;
  • электронное управление.

Металл прогревается до температуры плавления концентрированным лучом, для улучшения условий резания и уменьшения затрат в рабочую зону подается кислород, гелий, аргон или другой газ. За счет них возрастает скорость нагрева и увеличивается глубина резания.

Лазерная установка может быть твердотельной, газовой и газодинамической.

В первом случае луч создается в рубине, неодимовом стекле, алюмоиттриевом гранате (твердых телах). Энергию продуцирует газоразрядная лампа. Во втором – он образуется в газовой среде, по способу положения установки могут быть продольными, поперечными и щелевыми. Молекулы газа возбуждаются электрическими разрядами.

В газодинамических установках средой является углекислый газ высокой температуры (1000–3000 °С), возбуждение делает специальный маломощный лазер.

Преимущества:

  • нет контакта рабочего органа и листа – исключаются риски деформаций и разрушений;
  • высокая точность изменения направления резания – снимаются ограничения по геометрической конфигурации;
  • оптимальное размещение заготовок на листе – уменьшается количество непродуктивных отходов материала;
  • относительно низкая себестоимость – в сравнении с другим современными методами использование экономически целесообразно;
  • обработка с точностью 0,02–0,05 мм – лучший показатель среди всего оборудования для резки;
  • конусность кромки ≤ 2°;
  • минимальное плавление углов и врезок;
  • шероховатость среза 1,25–2,5 мкм.

Недостаток – максимальная толщина обрабатываемых заготовок составляет 30 мм, что ниже, чем у других станков. Есть грат (окалина), что создает проблемы при дальнейшей обработке деталей.

Оборудование плазменной резки

Металл плавится плазмой, нагретой до температуры 5–30 тыс. градусов. Процесс происходит в охлаждаемом плазмотроне, при таких температурах появляется способность газа проводить ток и держать электрическую дугу. Из-за расширения объема в 50–100 раз увеличивается скорость вытекания струи, улучшается выдувание металла. Промышленность выпускает оборудование с двумя способами образования дуги. Прямого действия – электрическая дуга появляется между листом материала и плазмотроном, косвенного – дуга образуется внутри плазмотрона.

Преимущества способа:

  • толщина заготовок до 150 мм – увеличивается номенклатура;
  • не имеет значения светопропускаемость и светоотражаемость листа – обрабатываются прозрачные и зеркальные поверхности;
  • станки устанавливаются в различных режимах – расширяются возможности.

Недостатки:

  • плавление углов и врезок;
  • большая себестоимость работ и относительно низкая производительность;
  • широкая полоса нагрева металла, которая меняет физические свойства периметра кромок;
  • конусность до 10°, что увеличивает потери металла;
  • шероховатость среза 6,3–12,5 мкм – могут не выдерживаться ТЗ.

Заключение

Лазерный метод резки экономически выгодно использовать при массовом изготовлении деталей из тонких непрозрачных материалов. В отличие от плазменного, он пригоден для резания диалектиков. Способ целесообразно применять для изготовления тонких заготовок из металлов и их сплавов.

Детали с прямыми контурами и радиусами поворотов, превышающими толщину металла, режутся обоими методами с одинаковым качеством обработки, за исключением шероховатости среза. Плазменный из-за широкой полосы нагрева ограничивает минимальный зазор между кромками ≥ 2,5 мм, у лазерных расстояние уменьшается до 0,5 мм. Конусность среза искажает геометрию отверстий и контуров срезов – изменяются диаметры и радиусы поворотов на обратной стороне детали.

Советы технологов:

  1. При толщине листа ≤ 6 мм оба метода по всем параметрам идентичны. Для резания более толстых деталей экономически выгоднее использовать плазменные установки.
  2. Неметаллические заготовки обрабатываются только лазерными установками. Это правило касается и массового изготовления небольших деталей с жесткими требованиями по точности линейных параметров.
  3. Если отверстия предназначаются под метизы, то выгоднее использовать станок плазменной резки.

Окончательное решение о выборе метода резки принимается после анализа возможностей оборудования и требований к деталям и заготовкам.