Резание. Резка металла что такое

Лазерная резка металла: что такое лазерная резка

В современной промышленности применяется много автоматизированных способов обработки материалов, один из самых точных – лазерная резка металла. В основе лазерной технологической установки может быть твердотельный, газовый или волоконный лазер.

Метод резки лазером позволяет обрабатывать заготовки самой сложной формы, как плоские, так и объемные. Минимальная толщина металлических листов составляет 0,2 мм. Максимум разный для различных материалов: 30 мм для стали, для сплавов алюминия и нержавеющей стали - 25 мм, латунь – 12 мм; медь до 15 миллиметров. Чем ниже теплопроводность материала, тем легче его разрезать лазером.

Принцип действия устройства для лазерной резки

Процессом фасонной резки управляет компьютер. Именно он в соответствии с чертежом по заданной траектории направляет высоко-мощный лазер на металлическую заготовку, которая находится на координатном столе.

Под воздействием сфокусированного луча толщиной несколько микрометров, но обладающего большой энергией, металл в точках контакта плавится, а затем испаряется. Прилегающие к разрезу участки тоже нагреваются, но остаются неповрежденными.

При этом независимо от толщины материала, края разреза получаются идеально ровными, без заусенцев или наплывов. Поэтому дополнительная механическая обработка детали не требуется.

Испарения из рабочей зоны удаляют при помощи кислородной продувки (для черного металла) либо струей воздуха или азота (для заготовок из нержавеющей стали, алюминия и латуни).

Технология лазерной резки металлов

Процедура резки достаточно проста. Лазер – это тонкий луч, который на металлической заготовке образует точку. Металл на этой точке быстро нагревается до температуры плавления и начинает закипать, а затем испаряться. Если режется тонкий металлический элемент, то это происходит именно так. С толстыми деталями немного сложнее, потому что большое количество металла не может испаряться. Поэтому в технологию добавляют газ, который выдувает расплавленный металл из зоны реза. В качестве газа можно использовать кислород, азот, любой инертный газ или обычный воздух.

Виды лазерной резки

В основе технологического процесса лежат несколько элементов, которые и определяют процесс резки металлов лазером. А именно:

источник энергии;
рабочий элемент, который и образует лазерный поток;
блок, в состав которого входят специальные зеркала, такой прибор называется оптический резонатор.

Именно рабочий элемент и создает классификацию лазерных установок, в которых сам режущий инструмент разделяется по мощности.

Мощностью не больше 6 кВт – называются твердотельными.
6-20 кВт – это газовые.
20-100 кВт – газодинамические.

К первой позиции относятся технологии, в которых используется твердое тело: рубин или специальное стекло с добавками флюорита кальция. Такие лазеры могут создать мощный импульс буквально за несколько долей секунд, к тому же они работают как в импульсном режиме реза, так и в непрерывном.

Вторая позиция – это лазер на основе газовой смеси, которая нагревается электрическим током. Электроэнергия придает направленному потоку газов монохромность и направленность. В состав смеси входят углекислый газ, азот и гелий.

Третья позиция – это также газовый лазер на основе углекислого газа. Газ нагревают и пропускают через узкий проход, где он остывает и расширяется одновременно. При этом выделяется огромная тепловая энергия, которая и режет металл большой толщины. Точность реза высокая, потому что данный вид лазера обладает большой мощностью. При этом расход энергии луча небольшой.

Режимы резки

Параметров, которые влияют на резку, достаточно много. Это и скорость проводимого процесса, и мощность лазера, его плотность, фокусное расстояние, диаметр луча, состав излучения, вид и марка разрезаемого металла. К примеру, низкоуглеродистые стали режутся быстрее, чем нержавейка, почти на 30%. Если кислород заменить обычным воздухом, то скорость реза снижается почти в два раза. Скорость резки алюминия лазером мощностью 1 кВт составляет в среднем 12 м/с, титана – 9 м/с. Эти показатели соответствуют технологии, в которой применяется кислород.

Выбирая определенный режим резки, необходимо понимать, что от выбранных параметров будет напрямую зависеть и качество реза. Оно характеризуется точностью вырезанной детали, шириною реза, шероховатостью поверхности образованных кромок, их ровностью, наличием на них оплавленного металла (грата), зоной температурного влияния лазера (глубиною). Но, как показывают исследования, на качество больше всего влияет скорость резки и толщина заготовки.

Для примера можно привести показатели качества лазерного процесса, который производился при мощности 1 кВт, с использованием кислорода, газ подавался в зону резки под давлением 0,5 МПа. При этом диаметр сфокусированной точки составлял 0,2 мм.

Есть еще один параметр резки металлов при помощи лазера – это точность. Определяется она в процентном соотношении и зависит от качества самого технологического процесса. Требования к данному параметру основываются на толщине разрезаемой детали и на том, для каких нужд данная заготовка будет использована. Что касается толщины, то погрешность может составлять 0,1-0,5 мм, если лазером разрезается металлический профиль толщиною до 10 мм.

Комплексные услуги металлообработки

Мы готовы предложить Вам как полный цикл производства, так и отдельные услуги металлообработки:

Примеры лазерной резки

Подробнее смотрите в разделе: Примеры лазерной резки

lasermet.ru

Что такое плазменная резка металла

Листовой металлопрокат в условиях современной экономики получил достаточно широкое применение. Из него производят огромное количество корпусных деталей сосудов, аппаратов, оборудования, техники и даже мебели. До недавнего времени основным методом его обработки считалась штамповка. Но даже с применением современных координатных комплексов с ЧПУ, все равно эта технология имеет массу ограничений, особенно по толщине металла и подбору инструментов. Разумной альтернативой, открывающей куда больше возможностей, можно считать плазменную резку. О том, что это за технология, какими преимуществами и недостатками обладает, попробуем разобраться далее.

Принцип действия

В рабочей зоне любого металлообрабатывающего станка всегда находятся в контакте два компонента: сама деталь и режущий инструмент. Такой принцип остается в независимости от типа оборудования, меняется лишь схема их взаимного перемещения и тип инструмента. Так, в токарном станке эту функцию выполняет резец, во фрезерном – фреза, а на комплексе плазменной резки сама плазма. Она формируется на выходе из сопла газового резака, который установлен на движущейся каретке.

Здесь можно сразу сделать два вывода по поводу организации процесса:

Обрабатываемая листовая деталь находится неподвижно на рабочем столе. Двигается только рабочий орган. Перемещения его имеют линейный характер: вдоль стола вместе с кареткой, а в поперек – по самой каретке;
Сопло и поверхность детали не имеют непосредственного физического контакта.

Линия реза формируется за счет генерации высокотемпературной струи плазмы, что приводит к плавлению металла в зоне контакта. Методик создания плазмы есть несколько, но чаще всего используется схема с созданием электрической дуги:

В зависимости от конструкции сопла, дуга зажигается между электродами, либо между форсункой и обрабатываемым металлом. Возбудителем является краткосрочный высоковольтный импульс или короткое замыкание;
Как только дуга сформировалась, в сопло подается газ под высоким давлением, что в совокупности приводит к формированию плазменной струи с температурой до 30000 градусов и скоростью до 1500 м/с.

Что касается газа, то тут возможный варианты. Например, кислород и воздух – это идеальный выбор, когда требуется резать черные металлы (углеродистую сталь). Если на стол попадает листовой прокат из нержавейки, легированных сталей, алюминия, сплавов, тогда предпочтительнее задействовать аргон, азот или водород.

Лазер или плазма – что лучше?

Одним из неоспоримых преимуществ плазменной резки в сравнении с той же штамповкой, является относительная свобода с выбором траектории реза и большой диапазон толщин. На таком станке можно сделать раскрой листа толщиной до 200-220 мм, хотя в массовой практике обычно ограничиваются цифрой в 25-35 мм.

По этим параметрам плазма вполне сопоставима с комплексами лазерной резки, к тому же стоимость такой обработки ниже. Тем не менее есть очевидные предпосылки для того, чтобы сдвинуть чашу весов в другую сторону. Для этого достаточно пройтись по основным параметрам:

Ширина реза. Определяется геометрическими параметрами активной среды. При плазменной резке составляет около 1-1,5 мм, тогда как лазер обеспечивает показатели порядка 0,2-0,375 мм;
Точность. Ввиду объективных причин здесь также преимущество на стороне лазеров. Они позволяют обеспечивать размеры с допуском ±0,05 мм против 0,1-0,5 мм при плазменной резке;
Минимальное отверстие. Лазерные установки позволяют формировать отверстия диаметрами от 1/3 толщины до равных толщине листа. При плазменной резке невозможно добиться диаметра меньше 1,5 толщины. По объективным причинам его форма также будет далека от идеальной, а с увеличением толщины и вовсе приобретает выраженную эллиптичность;

Конусность. При плазменной резке сопло технологически располагается под углом к поверхности детали. Это провоцирует характерный скос кромок, достигающий 3-10 градусов. Луч лазера попадает на лист перпендикулярно, поэтому технологические уклоны либо отсутствуют, либо не превышают 0,5-1 градуса;
Качество кромки. Одной из особенностей плазменной резки является серьезной тепловая нагрузка на металл в зоне действия струи. Как результат, далеко не всегда качественная форма кромки и окалина, которая существенно усложняет ее дальнейшую обработку. Лазер после себя подобных неприятностей, как правило, на оставляет.

Как видим методика плазменной резки металла открывает широкие возможности для производителей. Тем не менее, с чисто технической стороны, она заметно уступает лазерам.

metallmaster.pro

Резка - Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Резка — это разделение физического объекта на две или более части с помощью прямого силового воздействия режущим инструментом.

Различные виды ножниц — портняжные (слева), канцелярские (в центре), кухонные (справа).

В быту обычно применяется нож или пила, тогда как в медицине чаще используется скальпель или микротом. Как правило, твёрдость режущего инструмента должна быть выше, чем твёрдость разрезаемого объекта, тем не менее для резки пригоден любой острый предмет с сопоставимой твёрдостью, если он применяется с достаточной силой. Для резки могут быть использованы даже жидкости, если они используются с нужной силой, например, гидроабразивная резка.

Принцип использования[ | ]

Стеклорез с режущим диском из закалённой стали (левый край), выступами для надламывания и шариком на конце рукояти для подбивания края стекла.

Резка является физическими процессами растяжения-сжатия и сдвига, и происходит лишь когда в материале возникает полное напряжение (создаваемое режущим инструментом), превышающее предел прочности материала разрезаемого объекта. Простейшее применимое к процессу уравнения выглядит как: напряжение = сила / площадь. Напряжение, создаваемое резкой, прямо пропорционально силе, с которой режут, и обратно пропорционально площади соприкосновения.[1] Следовательно, чем меньше площадь (то есть чем острее режущий инструмент), тем меньше необходимо силы для разрезания чего-либо. Это, как правило, видно на примере того, что режущие кромки всегда имеют минимальную толщину для разрезания мягких материалов, и толще для твёрдых материалов. Можно взглянуть на прогрессию лезвия кухонного ножа, мясницкого ножа, топора и увидеть баланс между лёгкостью действия разрезания тонким лезвием против силы и прочностью режущей кромки более толстого лезвия.

Резка металла[ | ]

Резка лежала в основе промышленности на протяжении всей истории и там используется широкий спектр режущего инструмента. Для резки металлов применяются многие методы и они могут быть сгруппированы по используемым физическим методам.

формирование детали — пиление, сверление, фрезерование, токарная обработка;
сдвиг — перфорация, штамповка прессом, резка ножницами;
истирание — шлифовка, притирка, полирование, гидроабразивная резка;
нагревание — газовая резка, плазменная резка, лазерная резка;
электрохимический — травление кислотой, обработка электроразрядом.

Каждый метод имеет собственные ограничения в точности, стоимости и воздействии на материал. Например, термические способы могут повредить качеству термообработанных сплавов, а лазерная резка является наименее подходящей для материалов с высокой отражающей способностью, таких как алюминий.[2] Лазерная резка даёт возможность производства плоских деталей, а травление и гравировка даёт детали со сложным или простым дизайном. Эти методы используются с другими вариантами резки для ускорения технологических процессов и гибкости в возможностях.[3]