Centrum wiedzy ESAB

Jaka jest najlepsza metoda cięcia grubych blach stalowych?

30/09/2013

Cięcie tlenowe, plazmowe, laserowe czy strumieniem wody?

Istnieje wiele sposobów cięcia grubej blachy z miękkiej stali. Część z nich nadaje się do automatyzacji, a część nie. Niektóre nadają się do cieńszych blach, a inne do grubszych. Niektóre są szybkie, a inne wolne. Niektóre są tanie, a inne drogie. I niektóre są dokładne, a inne nie. Ten artykuł zawiera krótki przegląd czerech głównych metod stosowanych w maszynach CNC do wycinania kształtów, porównuje wady i zalety poszczególnych procesów, a także przedstawia kilka kryteriów, które można zastosować przy wyborze najlepszego procesu do danego zastosowania.

Cięcie tlenowe
Cięcie palnikiem tlenowym czy cięcie gazowe jest zdecydowanie najstarszym procesem cięcia miękkiej stali. Generalnie jest to prosty proces, a sprzęt i materiały eksploatacyjne są stosunkowo tanie. Palnik tlenowy potrafi przeciąć bardzo grubą blachę i ogranicza go głównie ilość dostarczanego tlenu. Czasami można usłyszeć o przypadkach przecięcia palnikiem tlenowym stali o grubości 900 a nawet 1220 milimetrów. Jednak w przypadku wycinania kształtów z blachy stalowej, do większości prac używana jest blacha o grubości 300 milimetrów i cieńsza.

Prawidłowo ustawiony palnik tlenowy zapewnia równą, prostopadłą powierzchnię cięcia. Na dolnej krawędzi zostawia trochę żużlu, a górna krawędź jest jedynie lekko zaokrąglona w wyniku działania płomieni podgrzewających. Taka powierzchnia idealnie nadaje się do wielu zastosowań bez dalszej obróbki.

Cięcie tlenowe doskonale sprawdza się w przypadku blach o grubości powyżej 25 milimetrów, choć z pewnym trudem można ciąć także blachy o grubości około 6 milimetrów. Proces przebiega stosunkowo powoli z prędkością maksymalną około 500 milimetrów na minutę przy materiale 25 milimetrowej grubości. Kolejną zaletą cięcia tlenowego jest łatwe cięcie wieloma palnikami jednocześnie, co wielokrotnie zwiększa wydajność.

Cięcie plazmowe
Cięcie łukiem plazmowym to wspaniały proces cięcia blach z miękkiej stali, który oferuje znacznie większe prędkości, niż cięcie tlenowe, choć nie zapewnia tak wysokiej jakości krawędzi. Na tym polegają problemy z plazmą. Optymalna grubość blachy, która pozwala uzyskać dobrą jakość krawędzi, w zależności od prądu cięcia, zazwyczaj wynosi od około 6 milimetrów do 40 milimetrów. W przypadku bardzo cienkiej lub bardzo grubej blachy (poza wyżej wymienionym zakresem) ogólna prostopadłość krawędzi ulega pogorszeniu, choć równość krawędzi i ilość żużlu mogą być na całkiem dobrym poziomie.

W porównaniu z palnikiem tlenowym, sprzęt do cięcia plazmowego potrafi być drogi, ponieważ kompletny zestaw obejmuje źródło prądu, chłodnicę wodną (w zestawach powyżej 100 A), regulator gazu, przewody palnika, węże i przewody połączeniowe oraz sam palnik. Jednak wyższa wydajność cięcia plazmowego niż tlenowego pozwala bardzo szybko odzyskać koszty inwestycji.

Można ciąć plazmowo wieloma palnikami na raz, choć dodatkowe koszty zazwyczaj ograniczają ich liczbę do dwóch. Niektórzy klienci wybierają trzy lub cztery zestawy plazmowe w jednym urządzeniu, lecz są to zwykle profesjonalni producenci, którzy wycinają duże ilości tych samych części na potrzeby linii produkcyjnej.

Cięcie laserowe
Proces cięcia laserowego nadaje się do cięcia miękkiej stali o grubości do około 30 milimetrów. Uzyskanie dobrych rezultatów powyżej bariery 25 milimetrów wymaga wysokiej jakości wszystkich elementów, takich jak materiał (stal przeznaczona do cięcia laserowego), czystość gazu, stan dyszy i jakość wiązki.

Cięcie laserowe nie jest procesem bardzo szybkim, ponieważ w przypadku miękkiej stali to w zasadzie proces przepalania, który wykorzystuje ekstremalnie wysoką temperaturę skupionej wiązki lasera zamiast płomienia podgrzewającego. Dlatego szybkość jest ograniczona przez szybkość reakcji chemicznej między żelazem i tlenem. Laser jest jednak procesem bardzo dokładnym. Tworzy bardzo wąską szczelinę, w związku z czym może wycinać wyjątkowo precyzyjne kontury i dokładne małe otwory. Jakość krawędzi jest zazwyczaj bardzo dobra, przy niezwykle małym ząbkowaniu i nawisach metalu, krawędzie są bardzo prostopadłe i występuje niewiele lub brak żużlu.

Inną wspaniałą cechą procesu laserowego jest niezawodność. Trwałość materiałów eksploatacyjnych jest bardzo wysoka, a automatyka maszyn doskonała, dzięki czemu wiele operacji cięcia laserowego może przebiegać bezobsługowo. Wystarczy umieścić na stole arkusz blachy stalowej 250 x 1000 milimetrów o grubości 12 milimetrów, nacisnąć przycisk „Start” i gdyby było to dozwolone to możnaby pójść do domu. Rano czekałyby na rozładunek setki wyciętych części.

W wyniku złożoności podawania wiązki, lasery CO2 nie umożliwiają cięcia przy użyciu wielu głowic w jednej maszynie. Takie cięcie jest możliwe w przypadku laserów włóknowych.

Cięcie strumieniem wody
Strumień wody także doskonale nadaje się do cięcia miękkiej stali, zapewniając równe i niezwykle dokładne cięcie. Dokładność cięcia strumieniem wody może przewyższać dokładność cięcia laserowego, ponieważ gładkość krawędzi może być lepsza i nie występują odkształcenia cieplne. Ponadto, strumień wody nie podlega ograniczeniom dotyczącym grubości, jak cięcie laserowe i plazmowe. Praktyczną granicą przy cięciu strumieniem wody jest około 150 do 200 milimetrów z uwagi na czas potrzebny na przecięcie takiej grubości oraz tendencję strumienia wody do odchylania się.

Wadą cięcia strumieniem wody jest koszt operacji. Wstępne koszty urządzeń są zazwyczaj nieco wyższe, niż w przypadku plazmy ze względu na wysoki koszt pompy multiplikatorowej, choć nie przewyższają kosztów lasera. Jednak roboczogodzina cięcia strumieniem wody kosztuje znacznie więcej, głównie z powodu kosztu granatowego piasku ściernego używanego do cięcia.

Metoda ta także umożliwia cięcie przy użyciu wielu głowic i można to osiągnąć nawet za pomocą jednej pompy multiplikatorowej. Lecz każda kolejna głowica tnąca wymaga dodatkowego przepływu wody, co wymusza zastosowanie większej pompy lub mniejszego otworu.


Kryteria decyzyjne
Jak zatem podjąć najlepszą decyzję dotyczącą używanego procesu?

1. Zacznijmy od grubości:

  • Przy grubości poniżej 2 milimetrów używamy lasera.
  • Przy grubości poniżej 3 milimetrów używamy plazmy lub lasera.
  • Przy grubości poniżej 6 milimetrów używamy strumienia wody, plazmy lub lasera.
  • Powyżej 200 milimetrów używamy cięcia tlenowego.
  • Powyżej 50 milimetrów używamy cięcia tlenowego lub strumienia wody.
  • Powyżej 30 milimetrów używamy plazmy, cięcia tlenowego lub strumienia wody.

2. Rozważmy wymagania dotyczące dokładności i jakości krawędzi:
  • Czy możemy zaakceptować jakość krawędzi przy cięciu plazmowym? Większość wyrobów z blachy stalowej ciętej plazmowo nie stwarza problemów podczas spawania.
  • Czy możemy zaakceptować strefę wpływu ciepła cięcia tlenowego, plazmowego lub laserowego? Jeśli nie, należy użyć strumienia wody.

3. Zastanówmy się, co jest ważniejsze: Wydajność czy koszty?
  • Jeśli najważniejsza jest wydajność, trzymajmy się z daleka od strumienia wody.
  • Jeśli najważniejsze są niskie początkowe koszty inwestycji i niskie koszty eksploatacji, wybierzmy cięcie tlenowe.

Pytania dodatkowe:

Dopuszczenie dodatkowej obróbki

  • Czy dopuszczamy okazjonalny żużel na spodzie blachy? Jeśli nie, należy użyć strumienia wody lub lasera.
  • Czy dodatkowa obróbka wymaga idealnie okrągłych otworów? Jeśli tak, należy użyć strumienia wody lub lasera.

Wiele narzędzi na jednej maszynie

Czy części mogą być cięte za pomocą 2, 4 lub większej liczby palników? Jeśli tak, cięcie tlenowe przewyższa plazmę lub laser. Możliwe jest cięcie wieloma palnikami plazmowymi, choć początkowa inwestycja w cały sprzęt będzie kosztowna. W przypadku cięcia strumieniem wody, jedna pompa multiplikatorowa może pracować z wieloma dyszami tnącymi pod warunkiem, że kupimy pompę o dość wysokim przepływie do zasilenia wielu głowic. Cięcie laserowe tradycyjnie jest ograniczone do jednej głowicy tnącej, choć lasery włóknowe umożliwiają jednoczesne cięcie przy użyciu wielu głowic.

Cięcie wieloprocesowe
Kolejnym aspektem, który komplikuje wszelkie obliczenia jest pomysł cięcia wieloprocesowego – użycie dwóch z wymienionych procesów cięcia w stosunku do tej samej części. Z logicznego punktu widzenia najłatwiej jest połączyć procesy cięcia strumieniem wody i plazmowego lub cięcia strumieniem wody i tlenowego. W przypadku nowej technologii lasera włóknowego można obecnie łączyć cięcie laserowe i plazmowe lub laserowe i tlenowe. Zaletą cięcia wieloprocesowego jest możliwość użycia wolniejszego, dokładniejszego procesu dla niektórych konturów, aby następnie wybrać szybszy i tańszy proces dla pozostałych konturów. W rezultacie powstają części o wymaganej dokładności, jednak przy znacznie niższym koszcie, niż gdyby użyć procesu o wysokim poziomie dokładności do wycięcia całej części.

Podsumowanie
Pokrywające się zakresy grubości i wydajności tych czterech procesów utrudniają wybór jednego z nich do wycięcia konkretnej części z miękkiej stali. Dlatego producenci oraz centra obróbki stali, które zajmują się cięciem różnego rodzaju materiałów, często wybierają maszyny oferujące dwa lub więcej procesów cięcia. Czasami jedynym sposobem określenia, który proces jest optymalny dla danej części, jest wypróbowanie ich na wiele różnych sposobów i sprawdzenie, który jest najlepszy.

 

Kategorie Systemy do cięcia , Słowa kluczowe Laser, Plazma, Procesy, Strumień wody

x
x

x

Loading..