Станки с плазменной резкой: строение и принцип работы

Рост темпов строительства, увеличение производственных мощностей, усложнение технологических процессов диктуют свои требования в области металлообработки. Отчасти этим и обусловлена востребованность производительного и экономного оборудования для резки металлов.

Существенную долю рынка занимают станки с плазменной резкой, работающие в комплексе с компьютеризованным ЧПУ. У многих аналогов они выигрывают благодаря возможности обрабатывать металлы до 100 мм толщиной (иногда до 150), а также высокой скорости и превосходной точности.

На рынке профессионального оборудования представлены как станки плазменной резки российского производства, так и зарубежные модели. Имеются варианты для резки в автоматическом или ручном режиме, включая переносные устройства. Но лучшим образом себя показывает портальный станок плазменной резки – стационарная установка с реечным приводом и ЧПУ.

Итак, как работает специализированное оборудование для плазменной резки и на чём основана эта уникальная технология?

Строение и принцип работы

Станок плазменной резки в стандартном исполнении включает:

• сам резак, т.н. плазмотрон;
• воздушный компрессор, отвечающий за поставку воздуха под определённым давлением;
• источник питания, преобразующий 1- и 3-фазный ток в постоянный.

Главный компонент станка для плазменной резки – это плазмотрон. Именно он отвечает за качественные характеристики реза. Плазмотрон состоит из:

• сопла, где образуется режущая струя;
• электрода;
• охладителя.

Помимо этого, имеется расширенная система различных кабелей и трубок. Всё это предназначено для соединения головных компонентов: компрессора, резака, источника питания. Особое внимание уделяется каналу, по которому подаётся воздух с заданным давлением от компрессора до плазмотрона.

Портальный станок плазменной резки выделяется наличием рабочего стола определённых размеров, реечного привода, обеспечивающего безлюфтовое движение. Такие станки подразделяются по типам движения портала. Это может быть:

• монопривод;
• двухприводная система;
• сервопривод;
• и даже шаговые двигатели.

Дополнительный функционал предусматривает возможности косого реза и одновременной резки несколькими плазмотронами. Портальные станки считаются наиболее производительными и отличаются наилучшим качеством реза, в результате чего в короткое время окупают свою немалую цену.

Портативное, более мобильное, оборудование для плазменной резки состоит из продольной рамы. На ней имеются рейки, где передвигается каретка. К самой каретке прикреплены плазмотрон и блок ЧПУ. Лист железа крепится к раме, и далее каретка с плазмотроном, перемещаясь, осуществляет раскрой материала. Кстати, портативные станки эффективно справляются не только с металлом, но и с композитами, деревом, полимерами.

Источники плазменной резки

Характеристики источника питания зависят от производительности и мощности оборудования. Его предназначение заключается в подаче тока определённой силы. Роль источника могут выполнять:

• трансформатор, дающий возможность более эффективно работать с трубами или металлом увеличенной толщины;
• инвертор, более подходящий для небольших цехов. Основное преимущество – это экономное энергопотребление.

Трансформаторный источник питания считается более надёжным благодаря малой восприимчивости к перепадам напряжения в сети. Широко применяется вместе со станками плазменной резки, автоматическими линиями с ЧПУ. Отличается долгим сроком службы без потери качественных характеристик. Основными недостатками являются высокое энергопотребление, большие вес и габариты, что обуславливает низкий КПД. Широко востребован благодаря возможности получения выходного тока до 180 ампер, что позволяет уверенно работать в самых сложных условиях.

Инвертор отличается гораздо меньшими габаритами и весом, позволяет значительно экономить электроэнергию. Однако максимально возможный ток в 70 ампер ограничивает сферу использования. К тому же, инвертор плохо переносит колебания напряжения. Ремонт достаточно сложен и обычно осуществляется в сервисных центрах.

Какой именно выбрать источник плазменной резки, каждый решает сам исходя из конкретных задач и требований. Источник питания может идти в комплекте со станком, но можно подобрать его и отдельно с условием, чтобы он подходил по параметрам.

Эксплуатационные преимущества аппарата

Почему ведущие крупномасшатбные предприятия и профессиональные мастера приобретают именно станки плазменной резки металла с ЧПУ и отказываются от лазерной, гидроабразивной и традиционной газокислородной технологий? Всё это благодаря уникальным эксплуатационным преимуществам:

• плазма на станке позволяет резать металл идеально ровно и точно, при этом на месте среза не остаются наплыв, грат и другие дефекты. Кромка после плазменной резки не нуждается в дополнительной обработке;
• зона реза не нагревается сильно, термическое воздействие совсем небольшое, благодаря чему исключается деформация даже очень тонкого металла;
• безопасность при работе и минимальный уровень загрязнения окружающей среды;
• возможность работы практически с любыми металлами (чугун, алюминий, нержавейка, титан и т. д.). При смене материала для резки нужно всего лишь выставить нужную мощность и давление воздуха, нет необходимости менять плазмотрон;
• производительность плазменных агрегатов выше в разы, чем, например, у газокислородных;
• невосприимчивость к поверхности металла (она может быть загрязнена, с элементами ржавчины или даже покрашена);
• расширенные возможности для нормирования технологических процессов.

Экономическая составляющая зависит от ряда факторов, среди которых толщина и вид металла. Покупка станка оправдана при постоянной работе:

• с алюминием, включая сплавы на его основе (до 12 см);
• меди (до 8 см);
• легированных и углеродосодержащих сталей (до 15 см);
• чугуна (до 9 см).

В плане этих задач плазма лидирует даже в сравнении с лазерными станками. Хотя стоит заметить, что с тонкими металлами и сложными фигурными вырезами лазер справляется лучше. А для особо толстых (до 500 мм) больше подходит кислородная технология. Зато лазер режет медленней и плохо справляется с алюминием и нержавейкой, а, например, водно-абразивные приборы стоят дорого и не могут работать с ржавеющими металлами.

У всех есть свои преимущества и недостатки. И мало какой производственный объект будет оснащать цеха станками нескольких типов. Т.е. плазменное оборудование – наиболее оптимальное и универсальное решение.

Для решивших купить станок плазменной резки металла с ЧПУ цена – не главный критерий. А она, кстати, очень даже немаленькая, особенно для портальных установок (но обычно ниже лазерных). Всё же решающим фактором для многих является производительность и качество реза, от которых напрямую и зависит окупаемость оборудования. Соответственно, учитывая качественные характеристики, продуктивность и экономность, цену также можно отнести к преимуществам.

Особенности процесса резки

Станок с плазменной резкой ЧПУ раскраивает металл посредством ионизированного газа, который условно можно поделить на две категории:

• активный (т. е. кислород), идеальный для чёрных металлов.
• неактивный – водород, азот и даже водяной пар. Наиболее результативен при раскрое цветмета и многих сплавов (высоко- и низкоуглеродных, конструкционных, высоколегированных, нержавеющих).

В более технологически сложных комплексах используются газовые смеси, где с кислородом сочетаются водород, аргон, гелий. Благодаря этому исключается азотирование и окисление в районе реза, тем самым обеспечивается более высокое качество.

Плазмообразующая среда – главная характеристика всех станков для резки. Регулируется она пропорцией используемых газов и настройками плазмотрона. Изменение плазмообразующей среды позволяет менять температуру теплового потока, его скорость, плотность. Делается это с учётом обрабатываемого материала, химсостава, вязкости, физических свойств. Неправильно подобранные параметры приводят к появлению подплывов и других дефектов.

Станки плазменной резки листового металла с ЧПУ функционируют в нескольких режимах:

• Простой (используется ток, воздух и азот), не позволяет получить большую длину дуги, что ограничивает работу с металлами более 10 мм толщиной.
• Резка с использованием защитного, плазмообразующего газа или даже воды. Такие способы защищают место среза от воздействия окружающей среды.

Резка может осуществляться дугой или струёй:

Первый метод подразумевает, что разрезаемый материал выступает проводником, становится участником электроцепи. Т.е. дуга формируется между электродом и режущимся металлом. Выходящая из плазмотрона струя газа совмещается с дугой. Метод называется плазменно-дуговым и считается наиболее эффективным.

При работе струёй дуга формируется между электродом и соплом, соответственно, металл не является частью цепи. Из плазмотрона вырывается струя плазмы, которая и производит резку. Способ больше подходит для материалов, которые не способны быть проводниками.

Принцип действия установки

Действие станков основывается на уникальных свойствах ионизированного газа (т.е. плазмы), подающегося под большим давлением. Поэтапно процесс можно описать так:

1. в плазматроне поджигается электродуга. Дуга образуется между электродом и самим металлом (в других ситуациях – внутри плазмотрона, между электродом и соплом);
2. поджиг дуги осуществляется разными способами: с помощью импульса, замыкания или форсунки. В случае с форсункой необходимо её эффективное охлаждение;
3. к соплу от компрессора подаётся газ (или воздух) с давлением от 3,5 до 10 атмосфер;
4. электрическая дуга превращает этот газ в струю плазмы.

Сопло имеет конструкцию, сужающуюся в нижней части. Это позволяет более эффективно сжимать нагретый до невероятной температуры воздух. Он выходит из сопла с бешеной скоростью. После этого он соприкасается с поверхностью металла, разогревая место контакта. Место реза начинает плавиться, образуются мельчайшие капельки металла, которые в процессе сдуваются воздушной струёй.

В результате такого процесса плазма разогревается до 5–30 тысяч градусов по цельсию. Это позволяет работать с любыми металлами, включая тугоплавкие сплавы.

Применение установок

Плазменные станки с ЧПУ выбираются для отраслей, где требуются близкие к идеальным точность и ровность реза. Это машино-, судо-, приборостроительные сферы, металлопрокатные заводы и т. д. Но монтаж оборудования для плазменной резки не ограничивается производственными и промышленными предприятиями. Станки нередко выбирают для комплектования частных мастерских, включая кузнечные цеха.

Итак, какими возможностями обладают плазменные станки:

• Резка листового материала. Это основная область, для которой достаточно небольшого компактного устройства. Плазме поддаётся большое количество разнообразных металлов. Толщина поддающихся материалов пропорциональна их теплопроводимым свойствам. Т.е. чем они выше, тем меньше должна быть толщина металла.
• Резка трудноподдающихся обработке металлов. Плазма одна из немногих без проблем справляется с чугуном, а также достаточно капризной нержавеющей сталью. При этом место реза получается чистым, без грота и оплавлений, что особенно ценно при производстве высококачественных изделий.
• Резка труб. При работе с трубопрокатом большого диаметра сложно обойтись только автогенным аппаратом. Тут и приходят на помощь плазменные труборезы, которые могут оснащаться дополнительными приводами для автоматизации процесса. К тому же, плазма гораздо чище и ровнее способна разрезать трубу, чем тот же автоген.
• Художественная фигурная резка. Станок позволяет вырезать оригинальные узоры сложной геометрической формы из листового металла. Изделия находят применение в строительстве, приборостроении, а также в качестве декоративных компонентов для украшения фасадов, заборов, беседок. Посредством фигурной резки можно воплотить любые дизайнерские задумки.
• Резка других материалов. Помимо прочего, станок плазменной резки купить можно и в целях обработки бетона, камня и других прочных материалов с плотной структурой (толщиной до 100 мм). Однако для этих целей необходимы специальные станки или модернизация существующего оборудования.
• Резка отверстий. С данной задачей прекрасно справляются практически все станки плазменной резки.

Технология начала активно внедряться во все промышленные сферы не так давно, но уже приобрела массу почитателей среди профессиональных мастеров, специалистов разного уровня. Они оценили универсальность плазменного метода резки, его высокое качество, а главное – экономическую эффективность.

Сегодня у многих на слуху мировые гиганты Hypertherm, Kjellberg, а также российские бренды. Один из ведущих отечественных разработчиков – это ПЛАЗМАКРОЙ, выпускающий высококачественное инновационное оборудование по доступным ценам. Количество производителей плазменного оборудования неуклонно растёт, что обусловлено всё возрастающим спросом. Уже сейчас можно говорить о будущем плазмы, которая, возможно, вскоре вытеснит с рынка многие аналоги и станет общедоступным инструментом для металлообработки.

Заказать плазменный станок