Лазерный или плазменный станок для резки металла? Что лучше?

Технологии обработки металла развиваются уже на протяжении нескольких веков и предлагают широкий спектр вариантов решения вопроса. На сегодняшний день наиболее популярными вариантами являются лазерная и плазменная резка. Давайте рассмотрим, какой же метод лучше.

Если честно, то этот вопрос не является корректным, поскольку каждый тип станка призван выполнять свою задачу.

Это примерно то же, как спросить: “Что лучше: ложка или вилка?” В принципе, и ложкой и вилкой можно есть. Но ложка лучше подходит для первых блюд, а вилка – для вторых. При этом кто-то может сказать, что ложка – более универсальный инструмент, поскольку ею можно есть и жидкие и жесткие блюда. Однако это не значит, что все должны отказаться от вилок. А если вы редко потребляете первые блюда, то ложка может вообще не понадобиться.

Так же и со станками.

В зависимости от производственных нужд следует подобрать станок, который оптимально подходит для их выполнения.

Кроме того, в некоторых случаях на одном производстве могут потребоваться обе машины для обработки различных аспектов одного производственного процесса.

Если говорить обобщенно, то можно отметить следующее.

Плазменный станок лучше всего подходит для раскроя толстых металлов (обычно 20-25 мм и более), для изготовления деталей с простой конфигурацией, которая не требует острых углов, сложных или мелких отверстий, не имеет строгих требований к точности и качеству резки.

При этих условиях плазменная резка будет экономически эффективной и относительно быстрой.

Лазерный станок целесообразно использовать для раскроя тонких металлов, в основном для материала толщиной 1-10 мм, реже - 10-20 мм и в отдельных случаях для 25 мм. Лазерная резка незаменима в ситуациях, когда качество реза, точность и повторяемость имеют первостепенное значение, особенно в серийном производстве. Оно идеально подходит для создания сложных контуров и обеспечивает высокую скорость резки.

Давайте рассмотрим более подробно особенности и возможности резки лазерными и плазменными комплексами.

Отличия лазерной и плазменной резки металла

1. Лазерний промінь 2. Ріжуче сопло 3. Напрям різу 4. Метал 5. Шлак 6. Газ

Как работает лазерная резка

Лазерная резка предполагает использование высокомощного лазерного источника. Сфокусированный концентрированный лазерный луч попадает на поверхность, нагревая металл до температуры плавления именно в зоне резки, предотвращая деформацию заготовки из-за избыточного температурного воздействия. После чего газ, подаваемый под давлением в зону резки, удаляет расплавленный лазером металл формируя таким образом канал реза с идеальной кромкой.

1. Електрод 2. Повітря 3. Сопло 4. Метал

Как работает плазменная резка

Технология плазменной резки заключается в расплавлении металла плазменной дугой при температуре, которая может достигать 30 тысяч градусов. Для образования плазменной дуги используется струя газа, которая под действием высокой температуры ионизируется в плазмотроне и направляется на металл, и воспламеняющая его искра, возникающая между электродом и самим металлом или наконечником плазмотрона. Этот плазменный поток расплавляет металл, создавая канал реза. Он особенно эффективен для резки толстых металлов.

Возможности плазменной и лазерной резки

Требования к качеству резки определяются спецификой конкретного производства.

Например, для приварного фланца рабочей поверхностью является плоскость фланца. Соответственно, шероховатость, конусность и закалка кромки не оказывают существенного влияния на конечное качество изделия.

Однако при изготовлении, например, звездочки цепного привода, чистота поверхности, отсутствие термических деформаций и точность профиля зубцов имеют критическое значение.

Эту разницу и необходимо учитывать при выборе оборудования для конкретного производства.

Давайте рассмотрим подробнее основные параметры резки.

Ширина реза

Лазер: Лазерная резка обеспечивает узкий рез, обычно в диапазоне от 0,1 до 0,3 мм. Это обусловлено непрерывной и практически постоянной природой лазерного луча.

Плазма: При плазменном раскрое ширина реза является гораздо большей. Это объясняется влиянием высокой температуры, что приводит к дополнительному плавлению материала, и диаметром плазменной струи.

Кроме того, ширина реза при плазменной резке является не постоянной и зависит от толщины металла. Она может колебаться от 0,8 до 2,5 мм в зависимости от конкретных параметров и материала.

Точность:

Лазер: Лазерная резка обеспечивает очень высокую точность, в диапазоне от 0,01 до 0,08 мм. Эта точность остается стабильной в течение времени.

Плазма: Точность резки на плазменных станках составляет от 0,1 мм на 1 м реза, при этом она сильно зависит от износа расходных материалов. То есть на детали длиной 6 м точность будет колебаться в пределах +-0.5мм.

Конусность:

Лазер: Лазерная резка характеризуется минимальной конусностью, чаще всего меньше 1 градуса даже на металлах толщиной до 20 мм.

Плазма: Конусность на плазменных станках может варьировать от 1 до 10 градусов в зависимости от толщины вырезаемых отверстий.

Важно, что при плазменной резке отверстия и криволинейные контуры могут иметь искаженную геометрию. Обычно, из-за изменения направления плазменного пучка, возникает конусность направлена на уменьшение диаметра к нижней кромке отверстия. Также чем ближе диаметр отверстия к толщине металла, тем сильнее проявляется искажение геометрии.

Качество Кромки (Шершавость, Грат, Окалина)

Плазменная резка: Технология плазменной резки обычно не обеспечивает чистый срез. На кромке детали часто можно наблюдать шероховатость, решетку и окалину.

Это означает, что детали, вырезанные на плазменном станке, часто требуют дополнительной обработки, таких как зачистка или шлифование.

Шершавость сильно зависит от состояния расходных элементов, таких как сопло, электрод, защитный экран, а также от скорости резания и рабочего тока источника. Снижение скорости и увеличение тока может снизить шероховатость, но увеличит окалину и риск перегрева кромки.

Лазерная резка: Лазерная резка обеспечивает чистую кромку, которая не требует дальнейшей обработки и характеризуется почти полным отсутствием окалины и решетки. Деталь готова сразу для сварки, покраски и последующей продажи.

Хотя лазерная резка обычно обеспечивает чистую кромку, шероховатость может возникнуть при неправильном подборе мощности лазерного источника относительно толщины металла, а также технологического газа или параметров резки Чем толще металл, тем в большей мощности лазерного источника он нуждается. Поэтому лазерные станки особенно эффективны для обработки тонких и средних металлических листов.

Острые углы

Внутренние углы контура детали, вырезанной на плазме, всегда будут округлены. Это связано с тем, что диаметр плазменного пучка плазмореза значительно превышает диаметр лазерного луча

А внешний угол почти невозможно сделать идеально острыми из-за чрезмерной температуры плазменного потока расплавляющего металл.

Лазерная резка: Лазерная резка, позволяет получить острые внутренние и внешние углы.

В таблице ниже представлены основные отличия качества раскроя между лазерной и плазменной резкой:

Расстояние между контурами деталей.

Плазменная резка: В связи с технологическими особенностями при плазменной резке расстояние между деталями должно составлять по меньшей мере 2.5 — 8 мм в зависимости от толщины металла. Если же расположить детали ближе друг к другу, то будет происходить перегрев и пережиг тонких стенок.

Лазерная резка:  При лазерной резке расстояние между деталями может составлять до 0,5 мм, а < в некоторых случаях даже возможно применять технологию общего реза, где у двух деталей есть одна общая сторона. Это, в свою очередь, позволяет разместить большее количество деталей на одном листе и значительно уменьшить количество обрезков.

Скорость резки

Лазерная резка: Скорость обработки тонких металлов на лазерном станке в несколько раз выше, чем на плазменном. При этом она падает пропорционально увеличению толщины металла.

Скорость резки толстых металлов можно увеличить, используя более мощный лазерный источник, однако это также сильно влияет и на финальную стоимость станка.

Плазменная резка: Скорость резки деталей толщиной до 15 мм на плазменном станке значительно ниже, чем на лазерном. Однако с увеличением толщины металла разница уменьшается.

Потребление электроэнергии

Уровень потребления электроэнергии твердотельного иттербиевого лазерного станка  в несколько раз меньше, чем у плазменного Особенно это заметно на больших объемах.

Расходные элементы и комплектующие

Плазменная резка: Основными расходными элементами для плазменной резки являются электроды, сопла, завихрители, кожухи, защитные экраны, резаки. При интенсивной резке в зависимости от толщины металла комплекта сопло-электрод может хватать на 600-800 прожиганий или на 5-8 часовую рабочую смену.

Защитные экраны, завихрители и др. элементы плазмотрона требуют замены реже. Обычно они выходят из строя при повреждениях в результате неправильных алгоритмов прожигания и резки и при аварийных ситуациях.

Лазерная резка: 

У волоконного лазерного станка основными расходными элементами являются сопла и защитное стекло. При этом срок эксплуатации сопла в среднем составляет около 500 часов работы, а защитного стекла — около 100 часов.

Поскольку у плазмы есть большее количество расходных материалов и они требуют более частой замены, можно отметить, что расходы на расходные элементы плазмы в несколько раз выше чем на лазер.

Плюсы и минусы плазменного и лазерного оборудования

Плазма:

Позитивные аспекты:

• Имеет большой спектр возможных толщин материалов для резки, варьирующихся от 0,5 до 50 мм при прожиге, в зависимости от мощности.
• Показывает оптимальную скорость резки при обработке материалов большой толщины.
• Относительно не высокая первоначальная стоимость оборудования

Ограничения:

• Неэффективна для обработки тонких металлов
• Конусность кромок до 10 5 градусов
• Окалина на кромках
• Широкий рез
• Минимальный диаметр отверстий равна двум толщинам металла. (т.е. при толщине металла 2 мм он будет 4 мм, при толщине 5 мм – диаметр 10 мм)
• Высокие затраты на базовые расходные элементы. (большое количество расходных материалов и высокая частота их замены).
• Имеет более низкую точность по сравнению с лазерной резкой.
• Требует постобработки изделий.
• Показывает более низкую скорость резки на тонких материалах по сравнению с лазерным оборудованием.
• Не способна выполнять множество разновидностей резки, доступных на лазерных станках.

 Лазер

Позитивные характеристики:

• Гарантированная перпендикулярность края. (отсутствует конусность)
• Ширина реза 0,1 до 0,3 мм.
• Практически отсутствует окалина благодаря низкому воздействию тепла на край материала
• Возможно делать отверстия меньше толщины листа.
• Низкие расходы на базовые расходные элементы
• Способность обрабатывать тонкие металлы
• Высокая скорость резки.
• Вырезанная деталь не требует дальнейшей механической обработки и может быть сразу использована для сварки, окрашивания, упаковки и последующей продажи.

Имеющиеся ограничения:

• Оптимальный для работы только с малыми и средними толщинами
• Высокая начальная стоимость оборудования.

Вывод

Исходя из выше указанного, подытожим.

Лазер подходит там, где важна точность, качество, и высокая скорость раскроя.

На лазерном станке по металлу можно вырезать с большой скоростью и точностью, например, обычные шайбы, таблички, корпусные детали, шестерни, сложные элементы дизайна, статорные пластины и т.д.

Плазма нужна для изготовления простых изделий из средних и толстых металлов. Если производственный процесс предусматривает изготовление только таких деталей, мы рекомендуем выбрать плазменный станок. При таких условиях плазморез будет эффективно выполнять свои задачи при невысоких начальных капиталовложениях.

Однако плазма на малых толщинах режет значительно медленнее лазера. Детали после плазменной резки как правило требуют дополнительной механической зачистки из-за наличия грата и окалины. Соответственно детали сложной геометрической формы на ней вырезать почти невозможно.

Поэтому если основная рабочая толщина металла составляет от 0,1 до 15 мм или если ваше производство предусматривает раскрой деталей с не самым простым контуром, а требует большое количество отверстий или углов, вам однозначно стоит сделать выбор в сторону лазерного комплекса для раскроя металла.