Станки плазменной резки с ЧПУ

 
ПлазмаТехСервис-Украина - металлорежущие станки плазменной резки с ЧПУ


главнаяоборудованиепрограммыуслугифотогалереязаказконтактыкарта сайта
Статьи по металлообработке
Выбор подходящего станка
Муки выбора
(Выбор способа резки)
Термическая резка проката. Классификация и области применения.
Плазменная обработка металлов
Плазменная резка - экономически эффективный процесс...
Опыт эксплуатации лазерных и плазменных установок для резки на американских заводах
Применение технологии воздушно-плазменной резки металлов в строительстве
Гидроабразивная резка
Hot Price !
Металлорежущие станки плазменной резки с ЧПУ
АртПлазма
Цена: от 15000 $



Портальные станки термической резки с ЧПУ
АртПлазма 6025 big
газовая и плазменная резка
резка под углом
Цена: от 29000 $



Машины плазменной резки с ЧПУ
PlazMax
плазменная резка
Цена: от 11730 $



Машины термической резки с ЧПУ
SteelTailor-E
газовая и плазменная резка
Цена: от 5190 $



Переносные машины термической резки с ЧПУ
SteelTailor Dragon  III
газовая и плазменная резка
Цена: от 11600 $



Портальные машины термической резки с ЧПУ
SteelTailor G3-A
газовая и плазменная резка, серводвигатели
Цена: от 17820 $



Переносные машины термической резки с ЧПУ
SteelTailor
газовая и плазменная резка
Цена: от 6930 $



Портальные машины термической резки с ЧПУ
SteelTailor Dragon
газовая и плазменная резка
Цена: от 14330 $



Эконом-машины термической резки с ЧПУ
ZZ
газовая и плазменная резка
Цена: от 5690 $



Машины для плазменной резки труб с ЧПУ
TubeTailor
Цена: 12000 $



Машины для газовой резки фасок
Koala
Цена: от 2070 $



Аппараты воздушно-плазменной резки
Powermax, Hypertherm
Цена: от 2118 $
Spartus, Польша NEW!
Цена: от 900 Евро
Jasic
Цена: от 910 $



Расходные материалы к установкам Hypertherm
Электроды
Цена: от 3,19 Евро
Сопла
Цена: от 1,69 Евро



Станки гидроабразивной резки с ЧПУ
ArtJet
Цена: от 114912 $



Оптоволоконный
лазерный станок с ЧПУ

LM3015G
Цена: от 80 300 $


Опыт эксплуатации лазерных и плазменных установок для резки на американских заводах


Как и всякая новая технология, лазерная резка, а она уже применяется на американских заводах примерно 20 лет, подверглась за это время значительным усовершенствованиям в части увеличения толщины разрезаемого материала и скорости его разрезания. Новейшие и самые крупные установки для лазерной резки оснащают теперь лазерами мощностью до 6 кВт. Хотя мощность лазеров у типовых установок не превышает 2,3- 3 кВт, но и это дает возможность стабильно резать стальные листы толщиной до 19 мм, а в отдельных случаях до 25, 4 мм. Для лазерной резки пластин толщиной до 12,7 мм из коррозионно - стойкой стали применяют закачиваемый под высоким давлением азот.

Постепенно повышаются и скорости резки. Если на типовых лазерных установках оцинкованную листовую низкоуглеродистую сталь толщиной 1,63 мм режут со скоростью 12,7 м/мин, то на лазерных установках последних выпусков эту же сталь, но уже толщиной 2 мм, режут теперь со скоростью свыше 20 м/мин. Кроме того, скорости быстрых перемещений рабочих органов достигают у них 20 м/мин. В результате производительность таких установок при лазерном сверлении листов толщиной 2 мм может достигать 3 – 4 отверстия в секунду.

Еще одной тенденцией развития лазерных установок является их автоматизация. Той или иной формой автоматизации охвачена почти треть лазерных установок. Здесь можно отметить устройства для загрузки крупногабаритных листов, загрузочно-разгрузочные системы, а также башенные накопители, в которые заготовки сортируют по толщине и типу материала. Управление установками осуществляется обычно от ЧПУ типа СNC, в том числе на базе персональных компьютеров.

В свое время установки для плазменно-дуговой резки имели определенные технологические ограничения по минимальной толщине разрезаемого материала и точности резки. В современных же установках можно осуществлять резку с получением скосов. Повышена сила тока, на которую рассчитаны источники питания и скорость подъема – опускания плазменных резаков. В последние 5 лет установки стали оснащать сервоприводами переменного тока, а их точностную настройку производить с помощью реечно-зубчатых передач, что позволило повысить точность и повторяемость установок для плазменной резки примерно до уровня установок для лазерной резки, хотя в отношении точности позиционирования плазменные установки все еще отстают. Скорости быстрых перемещений достигают в них в настоящее время 7,5 м/мин. Благодаря увеличению быстродействия систем управления увеличилось ускорение / замедление плазменных резаков, что в свою очередь благоприятно повлияло на качество получаемых при резке кромок.

Производители горелок и источников питания для прецизионных плазменных установок предлагают в настоящее время оборудование, рассчитанное на ток 100 А и 120 А и позволяющее разрезать листы из низкоуглеродистой стали толщиной свыше 19 мм со скоростью 1,12 м/мин. Установки оснащают усовершенствованными системами газового контроля, связанными с УЧПУ, что практически исключает время наладки и возможные ошибки при настройке параметров газового потока. Еще 5 назад одним из наиболее очевидных недостатков плазменных установок по сравнению с лазерными было значительно большее время, требовавшееся для их подготовки к процессу резки (горелку нужно было сперва позиционировать, затем медленно опустить до касания с разрезаемым материалом и только затем могла начаться обработка), причем за соблюдением требуемого расстояния от сопла горелки до разрезаемого материала следила система обратной связи по величине напряжения дуги. Теперь подъемные устройства горелок работают быстро и точно от систем ЧПУ, увеличивая тем самым производительность и качество реза.

Точность лазерной резки достигает 0,1 мм при повторяемости ± 0,05 мм, причем качество реза стабильно высокое, поскольку зависит только от постоянства скорости перемещения лазерного луча, параметры которого остаются постоянными, тогда как более низкая точность (0,25 мм) и повторяемость 0,175 мм) плазменной резки, а также более низкое качество реза обусловлены трудностями поддержания в удовлетворительном состоянии ее компонентов – сопел, электродов и т.д. Усовершенствования применительно к плазменной резке состоят в увеличении срока службы этих компонентов и обеспечении в течение этого срока стабильности их работы, а следовательно, и качества реза.

Как лазерные, так и плазменные установки выполняют в настоящее время, как правило, с подвижным порталом, так что они схожи теперь между собой не только внешне, но и по компоновке – содержат стол, на котором устанавливают листовые заготовки, подвижный портал с режущей головкой и УЧПУ для управления перемещением этой головки по заготовке, причем некоторые установки - как лазерные, так и плазменные - оснащают двумя головками. Однако это рационально только для резки небольших деталей. При резке крупных деталей или таких, где основными требованием является точность формы вырезаемых деталей, такая компоновка неэффективна.

Большинство выпускаемых теперь лазерных установок выполнено с летающей оптикой или подвижным лазерным лучом. Разрезаемый материал остается при этом неподвижным, а лазерный луч перемещается по нему, осуществляя программируемые резы. Сам лазер располагают непосредственно на раме установки либо рядом с ней (в этом случае система подачи луча направляет его по осям Х и Y). Установки с летающей оптикой предназначены для обработки заготовок размерами от 1,2 х 2,4 до 3 х 7,8 м и оснащены двумя спутниками, причем каждый из них расположен на своем рабочем столе. После отрезания одной заготовки спутники вместе со столами меняются местами и отрезанную заготовку снимают со спутника. Такая конструкция позволяет обеспечить максимальное время использования лазерного луча, а, следовательно, и максимальную производительность установки. Продолжают выпускать и установки комбинированного типа, в которых заготовку устанавливают на столе с перемещением по оси Х, а лазерная головка перемещается по оси Y. Они, хотя и проще по конструкции, но менее производительны, чем установки с летающей оптикой. Так, скорость позиционирования у последних выше в 3 – 10 раз, грузоподъемность вдвое, а если добавить второй стол, то и сменная производительность становится выше на 50 – 100 %.

В отличие от обычных прецизионные плазменные установки работают без охлаждения, что требует применения рабочего стола с водяным охлаждением. Это приводит к необходимости использования компоновки с неподвижным столом и подвижным порталом. Размеры этого стола варьируются в пределах от 1,2 х 1,2 до 3 х 18 м. Здесь также встречаются установки с двумя спутниками (аналогично лазерным), но большинство производителей предпочитает просто удлинять рабочий стол, чтобы на нем могли поместиться 2 заготовки требуемой длины. Удлинение возможно не более, чем на 8,4 м, иначе не будет обеспечено постоянство давления рабочего газа и качества реза.

Сравнение скоростей лазерной и плазменной резки различных сталей и алюминия, обеспечивающих достаточно высокое качество реза, приведено в табл. 1. При этом лазерная резка холодно- и горячекатаной стали производится лазером мощностью 3 кВт и требует использования в качестве вспомогательного газа кислорода. Использованием азота под высоким давлением можно добиться более высоких скоростей, но при резке холоднокатаных сталей он не применяется.

Таблица 1

Сравнительные скорости лазерной и плазменной резки


Разрезаемый материал Толщина, мм Скорость резания, м/мин
Лазерная резка Прецизионная плазменная резка
Холоднокатаная сталь 0,9 10 3,5 (30 А)
1,52 7,5 5,0
3,1 4,2 3,2
4,7 3,2 2,0
Горячекатаная сталь 6,25 2,5 3,5
9,4 1,6 2,5
12,7 1,2 2,0
15,9 0,9 1,5
19,1 0,75 1,12
Коррозионно-стойкая сталь 0,9 10 3,0
1,5 7,5 2,5
3,4 3,75 2,25
4,7 2,25 2,0
6,25 1,4 15
9,4 0,5 1,12
12,7 0,25 1,0
Алюминий 0,9 8,75 3,0
1,5 6,25 2,5
3,4 2,4 2,25
4,7 1,4 2,0
6,25 0,9 1,5
9,4 0,45 1,12
12,7 - 1,0


Если не указано другое значение, то величина подаваемого на электрод тока составляет 120 А. Обобщая приведенные в табл. 1 данные, можно утверждать, что, как правило, чем тоньше разрезаемый материал, тем выше скорость лазерной резки по сравнению с плазменной и наоборот.

Немаловажным фактором для резки является прошивка первоначального отверстия для ее начала. У некоторых лазерных установок имеется возможность с помощью процесса так называемой летающей прошивки в холоднокатаной стали толщиной 2 мм получать до 4 отверстий в секунду. Получение одного отверстия в более толстых (до 19,1 мм) листах из горячекатаной стали при осуществлении лазерной резки осуществляют с помощью силовой прошивки примерно за 2 с. Применение обоих этих методов позволяет увеличить производительность лазерной резки до уровня, достигаемого на вырубных прессах с ЧПУ. Что касается прецизионной плазменной резки, то применение высокоскоростных подъемников для горелок и более быстродействующих УЧПУ с усовершенствованным программным обеспечением позволило довести время прошивки одного отверстия в тонколистовой холоднокатаной стали с 5 (примерно 5 лет назад) до 2 с.

По мнению многих специалистов качество деталей, полученных при лазерной резкой, выше, чем полученных при плазменной. При лазерной резке на тонколистовом материале не остается окалины и, если позволяет мощность лазера, практически реальным становится резка плит толщиной 19, 1- 25,4 мм. Кромки реза у листов толщиной 6,25 мм и меньше остаются гладкими и прямолинейными, а у листов большей толщины кромки имеют некоторые отклонения со скосом примерно 0,50. Диаметры отверстий, просверленных лазером, имеют в нижней части больший диаметр, чем в верхней, но остаются круглыми и хорошего качества независимо от мощности просверлившего их лазера. Получение отверстий диаметром в половину толщины просверливаемого материала возможно в стали толщиной до 12,7 мм, а диаметром в целую толщину лишь при условии максимальной мощности лазера.

Качество деталей, полученных плазменной резкой, безусловно улучшается по мере совершенствования этого процесса, хотя все еще существуют определенные трудности при получении круглых отверстий с ограниченной конусностью до диаметра, меньшего половины толщины обрабатываемого материала. Однако во многих случаях такие отверстия вполне приемлемы для дальнейшей обработки. Чаще всего на этих деталях окалина в целом отсутствует, но в переходных точках и зонах, где меняется направление движения плазменной головки, она легко удаляется. Сравнительные количественные параметры качества лазерной и плазменной резки приведены в табл. 2.

Таблица 2

Количественные параметры качества лазерной и плазменной резки


Параметры Резка
Лазерная резка Прецизионная плазменная резка
Окалина Обычно отсутствует Обычно имеется (небольшая)
Конусность Менее 1 град. Около 3 град.
Получаемые отверстия Круглые и чистые Круглые при толщине материала до 6,25 мм, но эллиптические в более толстых материалах
Размеры деталей Возможно получение совсем небольших деталей Лучше всего подходит для деталей средних размеров
Ширина реза 0,2 - 0,375 мм 0,5 - 0,75 мм
Коррозионно-стойкая сталь Окалина и окислы не образуются при использовании азота Незначительная окалина образуется при использовании азота, метана или пропана
Алюминий Окалина незначительна или отсутствует Имеется небольшая окалина
Прижоги Незаметны Присутствуют на острых наружных кромках деталей
Тепловое воздействие Очень мало Немногим больше, чем при лазерной резке
Возможность резки неметаллических материалов Имеется Отсутствует


При сравнении стоимости эксплуатации установок для лазерной резки холоднокатаной стали, оснащенных СО2 – лазером мощностью 3 кВт, и установок для плазменной резки, рассчитанных на силу тока в электроде 120 А, следует учитывать ряд одинаковых или аналогичных параметров, существующих при работе этих установок и влияющих на эксплуатационные расходы. Это относится, в частности, к стоимости электроэнергии и вспомогательных газов, а также расходуемых материалов. Другие параметры, например, количество просверливаемых отверстий на одну деталь оказывают влияние на часовую стоимость эксплуатации прецизионной плазменной установки в большей степени, чем на тот же показатель для лазерной, поскольку расходуемые компоненты, например, сопла и электроды рассчитаны на определенное количество стартов или прошивок. Чем больше отверстий требуется прошивать в детали для ее резки, тем выше стоимость часа работы плазменной установки. В табл. 3 показана сравнительная стоимость эксплуатации лазерной и плазменной установок, исходя из 66 %-ного рабочего цикла (для лазерной установки) или времени работы плазменной головки.

Таблица 3

Сравнительная стоимость эксплуатации лазерной и плазменной установок


Параметры Резка
Лазерная при толщине разрезаемой стали, мм Плазменная при толщине разрезаемой стали, мм
1,52 3,175 1,52 3,175
Скорость, м/мин 7,62 4,25 5,08 2,54
Стоимость электроэнергии, долл./ч 2,49 2,33
Стоимость газов, долл./ч 3,20 0,30
Стоимость расходуемых материалов, долл./ч 2,50 17,88 19,71
ВСЕГО 8,19 20,51 22,34
Производительность, м/ч 300 168 200 100
Стоимость одного метра реза, долл. 0,027 0,043 0,1 0,22


Полученные данные базируются на следующих показателях:
1) стоимость 1 кВт-ч электроэнергии равна 0,55 долл.;
2) стоимость часового расхода 1 куб. фута кислорода 0,025 долл., азота 0,025 долл., смеси азота с пропаном (используемой при плазменной резке алюминия и коррозионно - стойкой стали) 0,013 долл.

В табл. 4 при тех же условиях приведена стоимость резки других материалов.

Таблица 4

Стоимость резки стали и алюминия


Материал Толщина, м Стоимость резки, долл.
Лазерной Плазменной
В час 1 метра В час 1 метра
Холоднокатаная сталь 6,25 7,55 0,073 23,21 0,162
9,4 7,55 0,112 24,22 0,238
12,7 7,55 0,155 25,65 0,317
19,1 7,55 0,248 26,13 0,574
Коррозионно-стойкая сталь 1,52 13,57 0,043 31,42 0,310
4,7 20,29 0,221 27,85 0,343
6,25 28,87 0,518 28,95 0,475
9,4 34,99 1,749 33,20 0,729
Алюминий 1,52 10,92 0,043 31,42 0,310
4,7 19,10 0,343 27,85 0,343
6,25 19,10 0,525 28,95 0,475
9,4 26,99 1,482 33,20 0,729


В числе основных газов, используемых при лазерной резке, включают гелий, азот, углекислый газ, а в качестве вспомогательных – кислород (при резке углеродистой стали) или азот (при резке коррозионно - стойкой стали и алюминия). Энергетические расходы включают расходы на электроэнергию для самой установки, лазера и охлаждающего устройства, а к числу расходуемых компонентов относятся внутренняя и внешняя оптика, линзы, сопла, фильтры, вакуумный насос и турбинное масло.

В составе газов, участвующих в осуществлении плазменной резки – кислород для углеродистой стали и смесь азота с пропаном для коррозионно-стойкой стали и алюминия. К энергетическим расходам здесь относят расходы на электроэнергию для создания плазмы и для питания самой установки для плазменной резки. В числе расходуемых компонентов – сопло, электрод, рассекающее кольцо, крышки, керамическая направляющая и экран. В качестве варианта можно использовать слаботочные электроды и сопла, что ведет к повышению качества резки, но за счет снижения ее производительности.

Все расходуемые компоненты рассчитаны на 66 % - ный рабочий цикл, базирующийся на расчетах производителя, а стоимость эксплуатации установки рассчитывают, исходя из получения 200 отверстий или пусков в час. Очевидно, эксплуатационные расходы во многом зависят от типа применяемого оборудования и приведенные выше данные при сравнении двух процессов можно рассматривать лишь как ориентировочные. В целом же, исходя из стоимости затрат на расходуемые компоненты, можно считать, что лазерная резка эффективнее плазменной для более тонких листовых материалов, а плазменная – для более толстых (типа плит).

Эксплуатационные расходы у обоих типов резки имеют широкий разброс и во многом определяются геометрическими параметрами заготовки, числом отверстий в ней, видом и толщиной разрезаемого материала. Число отверстий или стартов особенно важно для плазменной резки. Производители рассчитывают параметры электродов и сопел в зависимости от рекомендуемого числа стартов. Оно может колебаться от 300 – 500 для одного типа горелок до 500 – 1000 для другого. Кроме того, срок службы горелки и других расходуемых компонентов определяется видом и толщиной разрезаемого материала и длительностью рабочего цикла горелки.

Поскольку стоимость расходуемых материалов составляет 35 – 40 долл., количество вырезаемых в деталях отверстий может стать решающим для определения эксплуатационных расходов. Рассмотрим в качестве примера резку листовой заготовки размерами 1,5 х 3 м и толщиной 6,25 мм из горячекатаной стали, раскраиваемой на 20 деталей. Если для каждой детали требуется 15 прошивок отверстий и 2 мин на отрезку, то горелка выполнит 300 стартов за 40 мин резки или 450 стартов в час. Эксплуатационные расходы превысят 40 долл./ч, что значительно выше, чем указанная ранее сумма 23,2 долл./ч. Хотя расходы на лазерную резку также зависят от вида и толщины разрезаемого материала, эта зависимость значительно меньше, чем у плазменной. Здесь стоимость расходуемых элементов определяется не числом прошиваемых отверстий, а часами эксплуатации. Разумеется, резка деталей с большим количеством отверстий из достаточно толстых материалов приводит к снижению срока службы линзы и сопла. При усредненных расчетах эксплуатационных расходов срок службы фокусирующей линзы принимают равным 500 ч. Фактически же, если режут преимущественно тонколистовую сталь толщиной 1,5 – 2 мм, этот срок может превышать 1000 ч, а при резке толстолистовой (12,7 мм) может составить не более 400 ч.

Общеизвестно, что установка для прецизионной плазменной резки дешевле, чем для лазерной. В среднем такая установка с одним столом, рассчитанным на заготовки размерами до 1,5 х 3 м и ток питания 100 А – 120 А, стоит примерно 150 – 230 тыс. долл. Даже если к ней добавить второй сменный стол и накладные расходы, то средняя цена этой установки составит около 200 тыс. долл. В то же время стоимость установки для лазерной резки с двумя столами, оснащенной лазером мощностью 3 кВт с летучей оптикой, достигает 475 – 525 тыс. долл.

На основании этого можно определить издержки амортизации для каждого типа установки, которые включают ежемесячные платежи, стоимость расходуемых компонентов, накладные расходы, изменяющиеся в зависимости от производительности этих установок. Если примем среднюю стоимость установки для плазменной резки 200 тыс. долл. и установки для лазерной резки 500 тыс. долл., то ежемесячные платежи получим из расчета оплаты 90 % стоимости установки при 8 % (20,23 долл. на 1000 долл. займа) в течение 5 лет из расчета односменной работы или 160 ч работы установки в месяц. Стоимость расходуемых компонентов рассчитывают, исходя из резки холоднокатаной стали толщиной 1,52 мм и горячекатаной толщиной 6,25 мм. Итоговые данные приведены в табл. 5.

Таблица 5

Стоимость резки 1м листовой стали


Параметры Резка
холоднокатаной стали толщиной 1,52мм горячекатаной стали толщиной 6,52мм
лазерная плазменная лазерная плазменная
1-смен. 3-смен. 1-смен. 3-смен. 1-смен. 3-смен. 1-смен. 3-смен.
Часовая стоимость установки, долл. 56,98 18,96 22,75 7,58 56,98 18,96 22,75 7,58
Часовая стоимость расходуемых компонентов, долл. 8,19 8,19 20,51 20,51 7,55 7,55 23,21 23,21
Накладные расходы (рента, зарплата оператора, вспомогательных рабочих), долл./ч 35,0 30,0 35,0 30,0 35,0 30,0 35,0 30,0
ИТОГО, долл./ч 100,17 57,15 78,26 58,09 99,53 56,51 80,96 60,79
Общая длина резки, выполненной в течение часа (при рабочем цикле 66%) 300,0 200,0 300,0 200,0 200,0 100,0 154 154
Стоимость 1м резки, долл. 0,33 0,39 0,19 0,28 0,98 0,55 0,57 0,43


Из табл. 5 очевидно, что дороже всего обходится лазерная резка горячекатаной стали толщиной 6,52 мм в одну смену, а дешевле всего односменная плазменная резка холоднокатаной толщиной 1,52 мм. Эти данные согласуются и с часовой стоимостью оборудования. Сравнительная стоимость лазерных установок выше стоимости плазменных как при односменной, так и при трехсменной работе. В то же время в целом лазерная резка стоит значительно дешевле плазменной, хотя существенно дороже для толстолистовой стали. Большим количеством отверстий лазерная резка приобретает большую экономическую эффективность при резке толстолистовых сталей в тех случаях, когда требуется резка деталей с, а также при двух- или трехсменной работе, когда часовую стоимость оборудования можно списать на большее количество рабочих часов. И наоборот, эффективность плазменной резки с увеличением сменности снижается, потому что часовая стоимость расходуемых компонентов начинает превышать часовую стоимость установки.


В.А. Потапов
Источник: "Станки, современные технологии и инструмент для металлообработки"

- Главная - Оборудование - Программы - Услуги - FAQ - Статьи - Фотогалерея - Заказ - Контакты - Карта сайта -
Copyright © ПлазмаТехСервис-Украина. Все права защищены.
моб.тел. +38 (050) 318-22-10, e-mail: info@plasma.mk.ua, сайт: www.plasma.mk.ua
Рейтинг@Mail.ru