Станки координатной раскройки металла с лазерной, плазменной и гидроабразивной технологиями – разновидности, сферы применения, преимущества и недостатки

Когда перед компаниями встаёт задача выбрать станок для координатной раскройки металла, многие сталкиваются с трудностями решения это вопроса. Потому что станкостроители предлагают промышленникам развёрнутый ассортимент оборудования. Есть механические координатно-пробивные прессы. Между собой они различаются габаритами, производительностью и степенью автоматизации (о них мы писали здесь). А вместе с этим на рынке многообразие инновационных станков с лазерной, плазменной и гидроабразивной технологиями координатной раскройки стали, меди, алюминия, титана и других металлов. Далее речь пойдёт именно о них, чтобы вы могли составить представление о том, какой соответствует вашим потребностям.

Что такое станки координатной раскройки металла?

Станки с лазерной, плазменной или гидроабразивной технологией координатной раскройки металла предназначены для высокоскоростного и безупречного проделывания отверстий в листовом материале. В одних случаях используется метод выжигания (лазер, плазма), в других – метод локального разрушения структуры металла (вода с абразивом). И первые и вторые ничто иное, как альтернатива сверлению или пробиванию. Вдобавок некоторые станки имеют функцию штампования, что позволяет дополнительно создавать:

• контурные детали;
• формовочные заготовки;
• растянутые поверхности листовых панелей.

Подобные виды оборудования разработаны в целях обеспечения высокой гибкости и эффективности обработки листовых материалов на производстве. В настоящее время станкостроители всё чаще оснащают выпускаемые машины числовым программным управлением (ЧПУ). Благодаря этому компьютеризированная числовая штамповка представляет собой скоростной и высокоточный процесс формования и раскроя листового материала. Что в свою очередь оптимизирует работу предприятия и минимизирует риски брака.

Сфера применения

Лазерные, плазменные и гидроабразивные станки координатной раскройки металла применяются в различных отраслях промышленности. Одни из них предназначены для изготовления заготовок, из которых в дальнейшем будут собирать разные конструкции и технику. Другие используются для выпуска законченных деталей, т.е., готовых к эксплуатации.

Многие предприятия сегодня стараются оптимизировать производственные процессы, поэтому интересуются лазерными, плазменными и гидроабразивными станками координатной раскройки металла. Некоторые уже модернизировали свои технологические парки. Поэтому вы с большой вероятностью сможете встретить такие станки на предприятиях, входящих перечисленные ниже сферы экономики:

1. Автомобилестроение. На станках делают внешние панели кузова, петли капота/багажника, детали каркаса кузова, рамы, лонжероны и другое.
2. Судостроение. Вырезают элементы корпусных конструкций, таких как: листы обшивки, шпангоуты, транцы, перекрытия.

• Станкостроение. Выпускают панели корпусов для станков и конвейерных линий, защитные экраны, дверцы и другое.

Список далеко не ограничивается перечисленными сферами, поскольку толщина обрабатываемого металла варьируется от 0,2 до 10 мм. А есть станки, способные взять толщу листа 20–30 мм.

Разновидности технологий

Рынок промышленного оборудования включает многообразие инновационных станков с лазерной, плазменной и гидроабразивной технологиями координатной раскройки. Они способны обрабатывать сталь, медь, алюминий, титан и другие металлы с высокой точностью. Хотя методы обработки с помощью плазмы и гидроабразива не новы, (технологии появились ещё в 30-50 гг. 20 века, а лазеры с 1960-х гг), многие годы они были доступны лишь крупным промышленным компаниям.

Сегодня станок для немеханической раскройки металла может приобрести любой предприниматель. К тому же архитектура узлов претерпела инновационные преобразования для оптимизации рабочих процессов. Именно поэтому эти станки называют инновационными.    

Плазменная раскройка

В плазменных установках для резки металлов используются электричество и сжатые газы (обычно аргон, азот, кислород и т. д.). Газ нагнетается через сопло горелки под высоким давлением. В то же время через сопло подаётся электрическая дуга. Синтез газа и электричества нагревает газ до такой степени, что он входит в четвёртое состояние вещества, известное как плазма.

Температура плазмы достигает 5000°–30000°C, а скорость от 500 до 1500 м/с. Естественно, она плавит любые металлы на своём пути. При этом избыток материала сдувается потоком плазмообразующего газа. Поэтому для определённого типа и толщины материала операторам и технологам следует заранее подбирать газ:

• активный (кислород, воздух);
• неактивный (азот, аргон, водород, водяной пар).

Плазма способна раскраивать металлы толщиной до 350 мм. Зависит от характеристик твёрдости материалов.  

Лазерная раскройка

Лазерная резка — передовой метод раскройки металлов. В технологии применяются сфокусированные лучи для выжигания материала. В сопле работают изогнутые линзы для создания сферической точки фокусировки света на поверхности металла. Луч плавит и испаряет материал, оставляя после себя точный рез с качественной кромкой. Процессу обработки также способствует сжатый газ. (Если использовать азот, то нормальное давление — 1,6-1,8 МПа, а если кислород — 0,5-0,6 МПа. Расход последнего практически в три раза меньше).

Гидроабразивная раскройка

Гидроабразивная резка — промышленный инструмент, который используется для резки широкого спектра материалов с высокой точностью. Процесс обработки холодный, что в корне его отличает от лазерной и плазменной технологий. Здесь используются: струя воды под высоким давлением или комбинация воды и абразива (обычно граната*). В составе они режут любые материалы, встречающиеся на своём пути. Действие больше похоже на эрозию, которое происходит с очень высокой скоростью.

Смесь воды и абразивов под высоким давлением буквально обрушивается на целевой материал через керамическое сопло. Огромное давление (обычно более 3,5 тыс. бар на 5 см²) создаёт тонкую режущую струю на кончике сопла, разрушительную для любого препятствия. Если станок оборудован ЧПУ, то сопло двигается по заданной траектории, координаты которой задаются оператором с помощью программного обеспечения.

* Гранатовый песок — это абразивный материал природного происхождения, который на 98% состоит из гранул альмандинового граната. 2% в составе — ильменит, 1% — кварц. Кристаллы имеют угловатую форму. Благодаря высокой плотности 4,1-4,3 г/см³ и твёрдости 7,5-8 по шкале Мооса, данный песок является эффективным материалом для абразивной обработки.

Какие материалы можно обработать

Инновационные станки координатной раскройки предназначены для обработки всех видов металла, от алюминия и меди, до закалённой стали и титана. Поэтому необходимо верно подобрать технологию режущего элемента и скорость выполнения задачи. Вдобавок следует учесть ограничения по толщине материала или принять во внимание плоскостность его поверхности.

Гидроабразивная резка использует тонкую струю воды под высоким давлением для резки мягких материалов, таких как медь и алюминий. Хотя некоторые модели станков способны справиться с инструментальной сталью и титаном.

Лазерные станки могут резать весь спектр металлов. Они хорошо подходят для вырезания сложных рисунков на листах, коробах, контейнерах или трубах. Вдобавок они могут использоваться для гравировки изделий.

Плазменные резаки менее универсальны по сравнению с гидроабразивными и лазерными резаками. Потому что слишком мощные. С их помощью нельзя резать титан и любой другой термочувствительный материал. Только мягкую сталь, нержавеющую сталь, алюминий, медь, латунь и углеродистую сталь. При этом резка чего-либо толще 2,5 см с помощью плазменных резаков, может оказаться сложной задачей, к тому же с сопутствующими дефектами.

Преимущества и недостатки перечисленных технологий

У координатной раскройки лазером, плазмой и водой с абразивом есть ряд весомых преимуществ перед традиционными конкурентными системами, такими, как: пробивание и сверление. Но есть у этих технологий и недостатки. Все плюсы и минусы необходимо учитывать перед выбором станка.  

Лазерная резка металла использует лазерный луч для резки материалов. Он более точен, чем плазменная резка, и потребляет меньше энергии при резке алюминия и стали. 

Преимущества лазера:

• Надёжность.
• Высокая скорость.
• Аккуратная обработка кромок.
• Режет сложные формы на более высоких скоростях.
• Одновременно режет множество материалов разной толщины.
• Способен раскраивать очень узкую деталь или заготовку.
• Универсальность: режет металлы и неметаллы.

Недостатки:

• Высокое энергопотребление.
• Дорогой метод по сравнению с другими технологиями.
• При размещении лазеров требуется высокий уровень точности.
• Трудно использовать при обработке рефлексивных металлов.

Гидроабразивная раскройка

Для гидроабразивной раскройки металла используется струя воды под высоким давлением, либо комбинация воды и абразивного вещества, обычно граната. Вода больше подходит для резки мягких материалов, таких как медь и алюминий, а при работе с твёрдыми металлами добавляется абразивный материал. 

Преимущества гидроабразива:

• Не перегревает прилегающий к разрезу материал, сохраняя его форму.
• Можно резать практически любой материал.
• Не производит опасных отходов.
• Снижает затраты на утилизацию.
• Может резать толстые материалы.
• Высокая точность.

Недостатки:

• В процессе появляется абразивная пыль, способная засорять подвижные узлы станка.
• Шумный метод, если только раскройка не производится исключительно водой.
• Низкие скорости резки для большинства видов металлов.
• Абразивные материалы дорогие.

Плазменная раскройка

Плазменная технология с высоким разрешением, известная своей способностью резать различные металлы, является наиболее экономичной из трёх описанных здесь вариантов. 

Преимущества:

• Экономичный.
• Режет любые металлы.
• Впечатляющее качество отверстий.
• Высокая скорость резки и раскройки.
• Обеспечивает хорошую точность (не менее 0,008”).

Недостатки:

• Выделяет дым в процессе резки.
• Менее точный, чем вода и лазер.
• Смена материалов требует замены сопла.
• Плохое качество кромки на некоторых материалах.

Что касается гидроабразивных резаков, то во время процедуры резки они создают много шума, который может повредить слух. Таким образом, ношение средств защиты органов слуха является обязательным в течение всего времени эксплуатации водомёта.

Лазерные резаки оставляют следы ожогов на кромке реза (синие цвета побежалости) и могут выделять токсичные пары в процессе обработки. Что касается плазменных резаков, они оставляют большую зону термического влияния (ЗТВ), производят окалины и шлак на кромке реза. Оборудование этого типа также становится источником мелкодисперсной пыли и паров, которые опасны для здоровья человека, если их не контролировать.

Примеры оборудования с описанием

Предлагаем вашему вниманию беглый обзор оборудования станков с лазерной, плазменной и гидроабразивной технологиями координатной раскройки металла, с кратким описанием и основными характеристиками.

Станок для гидроабразивной резки ONEJET50-G3015

Станок для гидроабразивной резки портального типа. Универсальный. Компактный. Высокоточный. Предназначен для обработки: стали, титана, алюминия, меди, латуни, бронзы, вольфрама, углеродного волокна, керамики, стекловолокна, стекла, кевлара, гранита, древесины и других листовых материалов. Адресован предприятиям, которым требуется промышленная машина с небольшой занимаемой площадью.

Отличается полной герметичностью гидросистемы. Сервоприводы и другие движущиеся части получают смазку автоматически. Бункер подачи абразива оснащён точным шаговым двигателем. Работа сопла управляется программным обеспечением.

Система PLC совместима с более, чем 90 различными форматами файлов, включая все основные типы файловых программ САПР (Система автоматизированного проектирования (англ. Computer-aided design (CAD)), а также такими форматами графических файлов, как JPEG, GIF и PNG.

Станок для плазменной резки металла BLDHG4080

Станок для плазменной резки стальных листов и труб. Может быть дооснащён несколькими плазменными и газовыми горелками. Есть пакет безопасности, обеспечивающий полное соответствие директиве ЕС по машинному оборудованию. Отличается портальным дизайном и производительностью в компактном корпусе.

Прочный портал из стальной конструкции с механически обработанными сопрягаемыми поверхностями обеспечивает станку жёсткость и точность. Сварные детали для тяжёлых условий эксплуатации поддерживают Т-образные направляющие с тройной механической обработкой, обеспечивая прочное и стабильное основание. Станок оснащён прецизионной линейной направляющей по оси Y, прецизионными 3-осевыми реечными приводами, цифровыми приводами переменного тока и бесщёточными двигателями переменного тока, что обеспечивает высокую производительность резки.

Числовое управление и привод имеют модульную интегрированную конструкцию, а кнопки и шасси полностью защищены от стальных конструкций, что предотвращает электромагнитное излучение и обеспечивает антистатичность. Система автоматической регулировки высоты помогает эффективно избежать столкновения с деталями и заготовками.

Лазерный станок с ЧПУ для резки металла LF3015LN

Лазерный станок раскроя листового материала из нержавейки, титана, черных и легированных сталей, цветных металлов, таких как: медь, латунь, бронза, а также для гравировки. Режущим инструментом выступает лазерное излучение, генерируемое источником Raycus или IPG. Срок службы излучателя до 100 000 часов. Передача потока от источника лазерного излучения в зону резки осуществляется по оптоволоконному кабелю.

Установка отличается высокой скоростью резки, небольшими издержками на обслуживания и мощной конструкцией с низким потреблением энергии (в сравнение с теми же с CO2-станками со схожей мощностью). Высокая скорость (до 140 м/мин) обеспечивается за счёт лёгкого алюминиевого портала оси «Х». Прочность станку гарантирует станина из сортового металла, сваренная секциями из прямоугольных труб. Линейные направляющие каретки от тайваньской компании HIWIN. 

Они обладают:

• малошумностью;
• низким трением;
• высокой точностью и надёжностью;
• внушительной грузоподъёмностью, плавным ходом и лёгкость установки.

Централизованная автоматическая система смазки упрощает обслуживание станка и обеспечивает безотказную работу подвижных узлов.

Реле и автоматы французской энергомашиностроительной компании Schneider Electric. Сервоприводы и контроллеры приводов Yaskawa (Япония). Режущая головка швейцарской компании Raytools AG. Программное обеспечение CYPCUT на русском языке. Управление станком осуществляется через промышленный PLC. Поддерживаемые форматы файлов G код, DXF, DWG, PLT, ENG.

Представленное в обзоре оборудование изготавливается в Китае и поступает в РФ для продажи. Каждый станок сертифицирован. По качеству исполнения машины мало чем уступают аналогам из США и ЕС. Заявленные производителями сроки службы составляют не менее 10 лет. Данное оборудование и многое другое вы можете приобрести с помощью государства, в рамках национальной программы «Развитие промышленности и повышение её конкурентоспособности».

Станкостроители предлагают предприятия металлообработки развёрнутый спектр станков лазерной, плазменной и гидроабразивной координатной раскройки метала. Хотя используемые технологии не новы, т.к., известны ещё с середины 20 века, сейчас они стали доступны предприятиям крупного, среднего и малого бизнеса. Это в свою очередь позволяет вывести производство на новый уровень, обеспечив для заказчиков высокую скорость и безукоризненная точность обработки.