Насколько выгодна автоматическая резка металла?

Главная / Библиотека / Новости / Машины термической резки металла: какой тип подходит для вашего производства?

Машины термической резки с ЧПУ имеют широкое распространение во многих отраслях материального производства. Практически на любом предприятии, специализирующемся на работе с металлом, используется термическая резка. Зачастую данные машины имеют портальную форму с приводными каретками на поперечной балке, которые перемещают рабочий инструмент. В качестве рабочего инструмента может использоваться газовый резак, плазмообразующая горелка, сопло с отверстием узкого диаметра для фокусировки струи, головка с линзами для фокусировки лазерного луча.

Каждая технология резки имеет свои преимущества, особенности и ограничения. При выборе технологии резки следует обращать внимание не только на стоимость самой машины, но и на стоимость ее обслуживания и расходных элементов к ней.

Машинная резка металла: принцип работы и разновидности

Машинная резка помогает ускорить однообразные процессы по раскройке металлов и повысить качество результата. В них задействуются те же принципы работы, что и в ручном оборудовании: смесь горючего газа и кислорода для образования пламени, а также подача струи режущего кислорода, либо воздушно-плазменная резка со струей воздуха от компрессора и электрической дугой. В последнем типе воздух нагревается от дуги и переходит в состояние плазмы, которой осуществляется резка. Разница автоматической установки от ручной заключается в том, что машины имеют ЧПУ, полностью контролирующее движения горелки. Режущая головка с соплом передвигается на кронштейнах и роликах, обеспечивая равномерный проход и точность действий. Оператору остается только установить деталь на стол и запустить программу.

Типы машин для резки металлов делятся по:

способу реза (что воздействует на металл);
габаритам (для гаража или производства);
конструкционному исполнению;
прорезаемой толщине (от 1.5 до 300 мм).

Еще одним различием является чистота реза, где после одних можно сразу сваривать детали, а после других потребуется легкая зачистка УШМ.

Большие и мощные станки термической резки используют на заводах и других предприятиях по металлообработке. В частной сфере применяются компактные машины по сравнительно доступной цене, располагаемые на верстаке или отдельной подставке, которые легко помещаются в гараже или небольшой мастерской. Главное преимущество машин для термической резки — полная автоматизация процесса.

Газовая резка

Газовая (газо-кислородная) резка имеет ограниченный диапазон обрабатываемых материалов (низколегированные и углеродистые стали) в силу их физических особенностей (необходима температура расплавления металла, чтобы его можно было прорезать струёй сжатого кислорода), но в то же время данный тип резки позволяет разрезать как средние, так и большие толщины (рекомендуемый диапазон 3 – 300 мм).

Процесс резки происходит следующим образом: сначала металл предварительно нагревается до температуры расплавления, затем в место локального расплавления подается струя кислорода для разделительного реза.

После процедуры резки газом на торце получившейся детали образуется окалина, которая требует последующей механической обработки.

Эксплуатационные затраты (сюда входит стоимость газов и расходных частей) на газо-кислородную резку низкие, а обслуживание машины не составляет большой сложности (при условии работы на машине).

Очевидные преимущества данного метода: большой диапазон толщин, простота в эксплуатации, универсальность относительно окружающей среды.

Недостатки: обработка низколегированных и углеродистых сталей, большое термическое влияние в зоне реза, низкая скорость резки.

Что можно выполнять при помощи машинной резки

Машины для резки используются, чтобы автоматизировать и ускорить процесс. Оборудование способно кроить заготовки по ровным или волнистым линиям под дальнейшую сварку, снимать фаски на кромке, либо вырезать уже готовые изделия из металла (слесарные ключи, фланцы, металлические украшения для заборов, фрагменты лестниц и пр.). В зависимости от типа установленной горелки машины режут углеродистую сталь, нержавейку и алюминий. Возможна пакетная резка тонких листов 1.0 мм, снижающая температурную деформацию и образование выплавленного железа в шлаке, как если бы каждый лист кроился отдельно.

Какие типы машин используются для резки металла — во многом определяют задачи производства. Чем мощнее источник тока, тем большую толщину прорежет горелка. Чем функциональнее аппарат, тем более сложные фигуры он сможет вырезать. От источника пламени зависит точность готовой детали, а габариты рабочего стола определяют максимальный размер обрабатываемых заготовок.

По скорости газопламенная машинная резка гораздо превосходит возможности ручного кроя. Заготовительная прямолинейная резка на листе толщиной 5 мм ведется со скоростью 660 мм в минуту. На заготовке с сечением 300 мм этот показатель составляет 110 мм/мин. Вырезка фасонных элементов возможна до 590 мм на толщине 5 мм за 60 секунд.

Применение машинной резки позволяет сузить рабочую площадь, сконцентрировав выполнение многочисленных подготовительных процессов в одном месте. Это помогает сэкономить и на количестве персонала, где для установки деталей потребуется один-два человека в зависимости от габаритов изделия. Раскрой материала станком дает высокую точность и защищает от человеческого фактора и брака вследствие высокой погрешности ручного реза. Автоматические машины способны резать узко и оставлять меньше отходов, что снижает траты на материалы. С таким оснащением возрастают объемы выпускаемой продукции.

Гарантирую, в будущем у нас будут тонны полезных материалов и инсайдов из мира промышленного оборудования — не забудь подписаться на рассылку, чтобы не пропустить!
Дмитрий Ягольник
Эксперт по сварочному оборудованию

Конструктивные особенности серии KING, Dekart

Стандартно станок комплектуется цветным 10 дюймовым контроллером CNCUT-10A и новым плазменным THCZZ-PTHC. Суппорт с двойной функцией плазменной и газокислородной резки. Рельсы. Газокислородный резак. Существует несколько размеров этой машины.

Устройство ЧПУ машины KING

Система ЧПУ представляет собой двухосный цифровой контроллер для станков использующих для резки плазмотроны или газокислородные резаки. Все операции имеют меню и графические подсказки, полный пакет функции, все понятны и легки в эксплуатации. Система использует высокоскоростную структуру управления ARM9 и DSP, чтобы сделать процесс резки более стабильным и надежным.

Дисплей: ЖК-экран высокого разрешения 800*600 с диагональю 10,4 дюйма, 260 000 цветов
Процессор: промышленный чип ARM9
Хранение файлов: электронный накопитель 1G
Память: 256M
Внешний интерфейс: USB
Клавиатура: интерфейс PS2, клавиатура на базе печатной платы
Шасси: полностью экранированная металлическая конструкция. Защита от электромагнитного излучения и статического напряжения
Рабочая мощность системы: постоянный ток DC + 24 В
Рабочая среда системы: температура от -10 ° C до +60 ° C; относительная влажность 0-95% без конденсации
Поддержка языков: английский, русский, китайский
Библиотека стандартных деталей: больше 40 стандартных заготовок с изменяемыми размерами и типами деталей (отверстие, деталь)

Калибровка угла поворота детали относительно листа. Система может развернуть деталь (группу деталей) относительно листа. Достаточно указать две точки на кромке листа и вся система координат развернётся параллельно листу. Также можно вручную ввести угол поворота деталей.

Функция раскладки деталей. Оператор, без участия инженера программиста, может размножить детали на ЧПУ, указав необходимое количество деталей и тип раскладки (матрица, шахматный порядок, ячейка).

Возможность сохранения отработанных программ во внутренней памяти и USB накопителе. Возможность редактирования программ через текстовый редактор.

Описание G и M кодов

Код	Функция	Код	Функция
G99	Вращение Масштаб Зеркальное отражение (XY)	G00	Быстрое перемещение
G92	Установка координат	G01	Линейная интерполяция
G91	Относительная система координат	G02	Круговая интерполяция по часовой стрелке
G90	Абсолютная система координат	G03	Круговая интерполяция против часовой
G20	Английская система (в дюймах)	G04	Программный останов (пауза)
G21	Метрическая система (в миллиметрах)	M07	Включение резки (плазма, газ)
G41	Компенсация ширины реза слева	M08	Выключение резки
G42	Компенсация ширины реза справа	M02	Конец программы
G40	Отмена компенсации ширины реза

Программное обеспечение

FastCAM имеет 30-летнюю историю R & D и известный бренд в мире индустрии резки и сварки. Программное обеспечение FastCAM является профессиональным в области рисования, встраивания и программирования для газовой, плазменной, лазерной и водоструйной резки NC. Его легко изучить и использовать без использования ПК и AutoCAD. FastCAM предоставляет многоязычное программное обеспечение, техническую поддержку и обучение в Америке, Европе, Азиатско-Тихоокеанском регионе и Китае. FastCAM продвигает новые технологии, чтобы повысить производительность, улучшить качество и сократить затраты.

Программное обеспечение FastCAM имеет четыре модуля для резки с ЧПУ:

Модуль чертежа FastCAM:

Draw: аналогично CAD, для рисования всех видов деталей
Совместимость с САПР и Оптимизатор: чтение и оптимизация файлов DXF/ DWGпутем удаления, сжатия, извлечения, взорвания
Функции резания: компенсация Kerf, плазменный мост, обрезка общей линии, углы, слои САПР, метка слова

Модуль автоматического вложенности FastNEST:

Ручное вложение, простое и удобное в использовании
Автоматическое вложение в строку или в матрицу
Полное автоматическое вложение
Интерактивное вложение путем автоматического и ручного вложения
Обычный срез и продолжение разреза, чтобы уменьшить предварительный пробой
Остаток гнездования для нерегулярных остатков или частей

Модуль автоматической фильтрации FastPATH:

Программирование: автоматическое и ручное управление включает в себя маркировку, оптимизатор пути, многослойную резку
Поддержка нескольких элементов управления ЧПУ, ESSI и EIA G / M кода
ПоддержкаKerfs comp, pre-pierce, stitch & tag cutting

Модуль проверки FastPLOT:

Контроль ЧПУ: автоматическая и ручная симуляция, проверка компенсации размеров и коррекции
Расчет затрат: использование, длина разреза, стоимость прокалывания и резки
Передача файлов ЧПУ в файлы CAM / DXF / DWG.

Примеры оправданного применения машин для термической резки

Выгода от применения машин для термической резки возрастает пропорционально частоте их задействования. Если на предприятии присутствуют однотипные процессы по раскрою металла, где важна точность, и есть потенциал для увеличения сбыта готовой продукции, то автоматизация значительно ускорит производство и повысит доходность. Например, на заводе по выпуску металлических дверей будет выгодно задать размеры кроя стальных листов под полотно, с прорезанием замочных скважин, врезных петель, деталей цельногнутого профиля, которые потом можно сразу пускать в дело (гнуть, сваривать) без предварительной зачистки кромки болгаркой.

В противовес станкам для воздушно-плазменной резки гидравлические гильотины, которые дешевле и часто применяются при изготовлении металлических дверей, способны выполнять только ровный рез по прямой линии, и часть операций придется осуществлять вручную плазморезом. В таком случае понижается точность результата и придется дорабатывать детали шлифовальной машинкой, что значительно замедляет производственный процесс.

Машины термической резки пригодятся и для выпуска навесного оборудования к сельскохозяйственной технике. В ЧПУ можно задать размеры деталей и станок быстро и точно выкроит заготовки под ковши экскаваторов, кожухи почворезок, различные плуги и фрезы, шнеки, а сварщику останется только собрать конструкцию и сварить.

Оправданы автоматические аппараты и в случае серийного выпуска металлической мебели. Оборудование точно нарежет детали к шкафам, верстакам, кондукторам. Все элементы будут иметь одинаковые размеры и их можно сразу сваривать без предварительной зачистки.

Преимущества:

Стабильная работа, высокая частота эффективной плазмы, легкая переносная конструкция;
Поддержка двух способов резки — пламенем и плазмой;
Экономические преимущества — структура и дизайн, легкая в упралении;
Высокое качество резки, высокая точность повторяемости контура

Наиболее эффективное использование плазменной технологии резки при раскрое стального листа толщиной до 20-25мм, при толщинах углеродистой стали свыше 30 мм, целесообразно применять газопламенную технологию. Этот продукт предназначен для крупных, средних и малых предприятий, широко используется в производстве автомобильной, судостроительной, и другой инженерной техники, сельскохозяйственных машинах. Применяется для раскроя углеродистой стали (газовая резка), а также нержавеющей стали (плазменная резка). Чертежи, изготовленные в CAD программах, являются основой для создания управляющей программы. Большинство современных конструкторских программ позволяют сохранять чертежи в формате *DXF (такие как AutoCAD, SolidWorks, Компас). С помощью программного обеспечения, поставляемого с оборудованием, компьютерная графика в формате *DXF, может быть сведена к G коду. Оборудование оснащено USB интерфейсом для удобной передачи управляющей программы.

Как определить выгодность автоматизации?

Выгодность применения машин для термической резки металла определяется по двум факторам: объему резки и требованиям к точности. Когда в производственных процессах приходится резать небольшой объем заготовок, например детали для выпуска 10-20 мангалов в месяц, а основное время затрачивается на сборку и упаковку, то эксплуатация автоматической резки не оправдана. Но ситуация меняется, когда производство мангалов ведется в глобальных масштабах по 300-1000 единиц в месяц и существует большая сеть по сбыту продукции. В таких случаях каждодневные однотипные процессы по крою, снятию фаски и прочие операции, выполняемые в автоматическом режиме, значительно ускорят выпуск товаров и уменьшат количество задействованных для этого людей.

Второй фактор — требования к точности реза. Если на производстве используются дорогие металлы (листы или труба из нержавеющей стали, алюминия и т. д.), то высокоточный крой с узким резом и минимумом отходов поможет сократить расходы на материалы. Оправдано применение машин для автоматической резки металлов и в случае требования высокой точности к деталям, которые потом будут использоваться в конструкциях, не допускающих погрешности в размерах (фланцы труб и емкостей с высоким давлением, коллекторы химических установок, сложные водяные фильтры и т. д.). Ручная резка не даст такой точности и займет больше времени, поэтому выгодно купить автоматическую установку и оптимизировать производственный процесс.

Комплектация машины серии KING, Dekart

№	Название	Кол-во	Ед. изм.	Спецификация
1	KING 2040G/2540G	1	шт.	C алюминиевыми направляющими
2	Каркас портала	1	шт.	Алюминиевый профиль и балка из стали 45
3	Расстояние между рельсами по оси У	от 2000 до 2500 мм	мм	Эффективная ширина реза от 1500 мм до 2000 мм
4	Длина оси Y	4000 мм	мм	Эффективная длина реза 3 000 мм
5	Система привода оси X	1	шт.	Шаговый двигатель серии 57 или 86 с редуктором
6	Система привода оси Y	2	шт.	Шаговый двигатель серии 57 или 86 с редуктором
7	Система привода оси Z	1	шт.	Шаговый подъемный двигатель
8	Редуктор	3	шт.	Немецкий бренд сделанный в Китае
9	ЧПУ контролер	1	шт.	CNCUT-10A 10,4-дюймовый контроллер
10	Защита кабеля при перемещении по оси X и Y	2	шт.	Промышленный кабель-канал цепного типа
11	Линейная направляющая оси X	2	шт.
12	Y-образная направляющая	2	шт.	T90 Тяжелый рельс высокой прочности
13	Шкаф управления	1	шт.	С компонентами OMRON, SIEMENS, SCHNEIDER
14	Режущий режим	1	шт.	Плазменная и газокислородная резка
15	Газокислородная горелка	1	шт.	Longteng
16	Программное обеспечение контроллера	1	шт.	FLSK 2300
17	Программное обеспечение для вложения	1	шт.	FASTCAM STANDARD VERSION
18	Устройство контроля высоты дуги THC	1	шт.	PTHC

Шаговые двигатели	Редуктор	Зубчатая передача
Рельсы	Зубчатая рейка	Программное обеспечение FastCam

Типы машин по способу реза

Для резки в машинах используются три основных процесса: воздушно-плазменный, газопламенный (воздушно-топливный) и лазерный. Но третий слишком дорогой и специфичный, поэтому рассмотрим только первые два. У каждой есть свои особенности и плюсы.

Воздушно-плазменная резка

Здесь работает источник тока, образующий электрическую дугу. Компрессор качает воздух, проходящий через сопло. От нагрева дуги воздушный поток переходит в состояние плазмы, способной разрезать твердые материалы. Чем мощнее аппарат, тем большую толщину прорежет станок. Диапазон силы тока у таких машин от 40 до 300 А, что позволяет раскраивать сечение стали от 6 до 60 мм. Такой рез очень узкий и с гладкой кромкой, не требующей дальнейшей механической обработки.

Вместе со сжатым воздухом (Air) может подаваться технический кислород (O2). Это обеспечивает ровный высокоскоростной рез черных металлов. После кроя поверхность сразу готова под сварку. Применение в качестве плазмообразующего и защитного газа только обычного воздуха (Air) дает более тонкую прорезь и экономит материал. Это сочетание подходит для малоуглеродистой стали и цветных металлов.

Вот несколько наиболее популярных машин, поддерживающий такой способ реза:

СИБИРЬ АРМ К 1,5/3,0 — модель с ЧПУ и трехкоординатным перемещением режущей головки. Поддерживает автоматический поиск металла и высоту резака над ним. Плазма образуется от источника тока инверторного типа Сибирь 105 ПР. Габариты рабочей зоны составляют 1500х3000 мм, а максимальная прорезаемая толщина достигает 100 мм.
Сварог Valiant 3.0 — новинка от сварочного бренда, обладающая высокой точностью управления 0.1 мм. Поддерживает воздушно-плазменную и газоплазменную резку. Оснащена ручным наклоном плазмотрона для снятия фасок, есть защита от электромагнитных помех. ЧПУ с памятью 4 ГБ для хранения шаблонов деталей. Управляющие программы взаимодействуют с системой автоматизированного проектирования, что дает минимальные отходы материала.

Газопламенная резка (воздушно-топливная резка)

В оборудовании с таким процессом в горелку подходит три канала:

горючий газ (метан, ацетилен или пропан);
технический кислород для поддержания горения;
режущий кислород для рассекания уже прогретого металла.

Это более грубый способ машинной резки, позволяющий кроить металлы толщиной 200-300 мм, но с меньшей ровностью кромки. Сразу пустить заготовки под сварку не получится и придется обрабатывать края болгаркой. Зато процесс кроя очень быстрый.

Отличным вариантом машины с таким способом реза является Messer Quicky-E. Она относится к портативным станкам, работающим на горючем газе и кислороде. Поддерживает движение вперед и назад с задаваемой оператором скоростью, а также циркульную вырезку фланцев. Она разработана для работы в полевых условиях и удобна для частой транспортировки. Максимальная толщина реза 100 мм.

Некоторые станки универсальны и поддерживают работу с горелками обоих видов (воздушно-плазменные и воздушно-топливные), что расширяет возможности по их эксплуатации.

Плазменная резка

Плазма – это так называемое «четвертое» состояние вещества, которое образуется с помощью высокотемпературной электрической дуги (которая зажигается между электродом и соплом/изделием) и воздуха, либо специального газа под высоким давлением.

Получаемая в ходе данного процесса плазма имеет высокую электропроводимость, с помощью чего нагревает металл до расплавления, затем в зону резки подается сжатый газ для выдувания данного металла из зоны реза.

При плазменной резке используются следующие газы:

Активные – кислород, воздух.
Инертные – азот, аргон, водород.

Преимущества данного метода:

Широкий выбор опций при плазменной резке позволяет разрезать любые металлы от черных, цветных до специальных сплавов;
Возможность контроля плазменной дуги для вырезания круглых отверстий, плазменной маркировки;
Скорость резки малых и средних толщин много выше относительно газовой резки;
Небольшая зона термического влияния, обеспечивающая маленькие термические поводки и небольшое выгорание легирующих элементов;
Хороший торец после резки, не требующий последующей механической обработки.

Недостатками плазменной резки являются:

Конусность дуги (при недостаточном контроле срез кромки будет неровным);
Высокий уровень шума;
При резке образуется много вредных дымов, которые необходимо вовремя собирать и фильтровать;
Стоимость выше, чем у газовой резки.

Типы машин по конструкции

Ведущими производителями сварочного оборудования ESAB, Fubag, Сварог и другими разработаны различные типы машин для резки металла: компактные, устанавливаемые в гараже, которые режут заготовки на площади до 1м2, либо крупные аппараты для резки гигантских деталей до 30 м в длину. Делятся такие установки по конструкции на две категории.

Портальный тип

Машина термической резки портального типа имеет П-образную раму, передвигающуюся на рельсах. На кронштейне закреплена режущая головка, способная совершать поперечные движения и удаляться или приближаться к поверхности по высоте. За счет такого исполнения длина заготовок может быть от 1 до 30 м. Но станок требует достаточно места в цеху и предназначен для стационарного использования. Машина термической резки портального типа с ЧПУ пригодна для кроя ровных и волнистых линий, снятия фаски и выреза крупных и мелких деталей по заложенному в программный блок шаблону или введенным значениям.

Вот некоторые популярные машины портального типа:

СИБИРЬ АРМ 1,0/1,0 — это один из самых малогабаритных станков с рабочим полем 1000х1000 мм. Установка режет плазмой металл с толщиной до 12 мм. Точность резки составляет 0.5 мм. К машине можно подключаться по Wi-Fi или сетевому разъему Ethernete удаленно для наблюдения за процессом или отслеживания ошибок.
ESAB SUPRAREX SXE BIG — одна из самых крупных моделей портального типа с двумя поперечными каретками. Способна одновременно резать две независимые линии за один шаг, что повышает производительность. Поддерживает резку плазмой и газокислородным пламенем. Настраивается по углу фаски даже в процессе реза. Может кроить решетчатые листы.

Консольный тип

Второй вариант конструкционного исполнения — машина термической резки консольного типа. Станок оснащен полозьями или рельсами, расположенными близко друг к другу, которые устанавливаются сбоку от заготовки или непосредственно на нее (при крупных размерах и ровной поверхности). Режущая головка вынесена на кронштейне и совершает продольные и поперечные движения для реза различной сложности. Машина используется со столом либо без него. Аппарат поддерживает эксплуатацию в частично-мобильном режиме — его можно перевезти в микроавтобусе или пикапе на место работы и порезать заготовки там, а потом вернуть в гараж или мастерскую.

Вот несколько популярных агрегатов из этой категории:

MESSER PORTACUT – консольная машина с небольшим блоком, позволяющим регулировать скорость передвижения режущей головки и положение пламени по углу наклона и высоте. Способна вырезать окружности, совершать криволинейные линии, прямолинейные резы и под углом. Является одним из самых доступных аппаратов по цене.
Fubag INCUT 10 – машина термической резки консольного типа с ЧПУ. Обладает дисплеем, панелью управления и программным обеспечением для задавания карты раскроя с минимальными отходами металла. При работе можно загружать и внешние управляющие кроем программы через разъем USB.

Основные особенности и преимущества

Стабильная работа, высокая частота эффективной плазмы, легкая переносная конструкция.
Поддержка двух способов резки – газовым пламенем и плазмой.
Экономические преимущества – конструкция и дизайн, легкая в управлении.
Высокое качество резки, высокая точность повторяемости контура вырезаемых деталей.
Наиболее эффективное использование плазменной технологии резки при раскрое стального листа толщиной до 20-25 мм, при толщинах углеродистой стали свыше 30 мм, целесообразно применять газопламенную технологию.
Встроенная система THC (Torch Height Control) – система регулировки высоты резака.
Чертежи, изготовленные в CAD программах, являются основой для создания управляющей программы.
Программное обеспечение позволяет сохранять чертежи в формате .dxf, совместимом с большинством программ проектирования (такие как AutoCAD, SolidWorks, Компас).
С помощью программного обеспечения машины компьютерная графика в формате .dxf может быть сведена к G-коду.
Машина оснащена USB-интерфейсом для удобной передачи управляющей программы.

Виды машин

В настоящее время на производствах применяются следующие основные виды термической резки:

плазменная;
кислородная (газовая);

лазерная.

Станки, предназначенные для выполнения каждой из этих операций, могут различаться конструктивно, по функционалу и габаритам.

Особенности конструкции газового станка

Оборудование для резки металла этого типа оснащено специальной головкой, из которой под давлением вырывается струя кислорода, смешанного с горючими газами. Столы в портальных машинах этого типа имеют особую конструкцию, позволяющую им выдерживать высокие температуры и нагрузку от очень тяжелых заготовок. Как и в плазменных, в таких станках имеются резак, устройства для его перемещения и система управления. Газ при работе подается из подключенных баллонов. Безопасность резки обеспечивается специальными огнепреградительными клапанами.