Плазменная и лазерная резка - сравнение методов

• Оснащение для лазерной резки металлов
• Разновидности лазерных систем
• Преимущества лазерной обработки
• Ограничения лазерной резки
• Особенности плазменной резки металлов
• Преимущества плазменной технологии
• Ограничения плазменной обработки
• Рекомендации от специалистов

Применение плазменного и лазерного резания в металлообработке привело к значительным улучшениям в скорости, упрощении процессов и повышении качества изготовляемых компонентов. Эти инновационные технологии основываются на различных методиках и предлагают уникальные преимущества и ограничения в зависимости от требований к точности и качеству производимых изделий.

Оснащение для лазерной резки металлов

Ключевые элементы лазерных систем включают:

• источник питания;

• генератор лазера;

• резонатор;

• механизмы передачи;

• система управления.

Процесс лазерной резки начинается с нагрева металла до температуры его плавления сфокусированным лазерным лучом. Введение таких газов, как кислород, гелий или аргон в область резки способствует более быстрому нагреву и увеличивает эффективность резки.

Разновидности лазерных систем

Существуют три основных типа лазерных установок:

1. Твердотельные лазеры, использующие кристаллы рубина, неодимовое стекло или алюмоиттриевый гранат, активируемые газоразрядными лампами.

2. Газовые лазеры, работающие за счет возбуждения молекул газа с помощью электрических разрядов.

3. Газодинамические лазеры, в которых в качестве активной среды используется углекислый газ при высоких температурах (1000–3000 °C), с возбуждением от маломощного лазера.

Преимущества лазерной обработки

• исключение контакта режущего инструмента с материалом минимизирует риск деформаций и повреждений;

• возможность выполнения точных и сложных геометрических разрезов благодаря высокой точности управления;

• эффективное использование материала за счет оптимизации раскроя;

• низкая себестоимость по сравнению с другими современными методами обработки;

• высокая точность обработки до 0,02–0,05 мм;

• минимальная обработка краев и углов, с шероховатостью среза 1,25–2,5 мкм.

Ограничения лазерной резки

Одним из основных недостатков является ограничение по максимальной толщине резки до 30 мм. Кроме того, в процессе образуется грат, что может вызвать трудности при последующей доработке деталей.

Особенности плазменной резки металлов

Плазменная резка металла производится плазмой с температурой от 5 до 30 тысяч градусов. Эта процедура осуществляется в охлаждаемом устройстве, известном как плазмотрон, где газ при высоких температурах становится проводником электричества и способен поддерживать электрическую дугу. Экспансия газа в 50–100 раз ускоряет поток, что способствует более эффективному выдуванию металла.

Существует два основных метода создания дуги в таком оборудовании: прямой, где дуга формируется между металлическим листом и плазмотроном, и косвенный, где дуга зажигается внутри самого плазмотрона.

Преимущества плазменной технологии

• обработка заготовок толщиной до 150 мм, что расширяет спектр возможных изделий;

• не зависит от светопропускной и отражающей способности обрабатываемого материала, позволяя резать как прозрачные, так и зеркальные поверхности;

• универсальность установки оборудования под разные производственные нужды.

Ограничения плазменной обработки

• изменение формы углов и таяние на местах срезов;

• высокая стоимость и сравнительно низкая эффективность операций;

• расширенная зона нагрева, которая изменяет свойства металла по периметру обработанных кромок;

• конусность кромки до 10° увеличивает объем отходов;

• шероховатость среза в пределах 6,3–12,5 мкм может не соответствовать техническим требованиям.

Лазерная резка выгодна для серийного изготовления тонких деталей из непрозрачных материалов и превосходит плазменную резку при работе с диэлектриками. Этот метод идеален для создания мелких металлических и сплавных компонентов.

При резке деталей с прямыми линиями и радиусами, превышающими толщину материала, оба метода демонстрируют сопоставимое качество обработки, исключая шероховатость среза. Плазменная резка ограничивает минимально возможный зазор между кромками до ≥2,5 мм, в то время как лазер позволяет уменьшить этот параметр до 0,5 мм. Также конусность среза влияет на точность геометрии отверстий и контуров на обратной стороне деталей.

Рекомендации от специалистов

1. При толщине листа до 6 мм оба метода практически равнозначны по качеству и эффективности.

2. Плазменные установки предпочтительнее для резки толще деталей.

3. Для обработки неметаллических материалов следует выбирать лазерные системы, особенно при требованиях к высокой точности в массовом производстве.

4. При необходимости создания отверстий под крепежные элементы экономически выгоднее использовать плазменную резку.

5. Окончательный выбор технологии должен базироваться на анализе характеристик оборудования и требований к продукции.