Основные методы резки

Основное назначение портальных манипуляторов является автоматизация процесса резки (раскроя) листовых материалов. Инструмент резки, по способу разделения можно отнести к разным типам:

Механический инструмент:

• • пиление;
  • рубка;
  • струйнообразивная резка;

Термическийинструмент:

• • лазерная резка;
  • плазменная резка;
  • кислородная (газовая) резка.

По форме реза - резка разделяется на «фигурную» и «линейную» (прямую). Линейная резка в основном осуществляется методом гильотинной рубки, реже пилением. При резке металла гильотиной используются ножницы и ножи для рубки металла, правильный подбор инструмента позволяет добиться аккуратного среза без смятой кромки и зазубрин. Резка металла гильотиной производится с помощью кривошипных листовых ножниц по разметке или упору в зависимости от толщины листового металла. Также, существует возможность установки ножей для резки углового, круглого и квадратного металлопроката. Резка металла гильотиной позволяет производить как продольную, так и поперечную высококачественную резку металлов с высоким уровнем точности (отклонение линии реза составляет ±10% толщины металла).

Резка пилением часто осуществляется круговой фрезой или ленточной пилой с подачей смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). Точность раза зависит от типа применяемого инструмента и приводного механизма, осуществляющего подачу инструмента или заготовки.

Применение портальных манипуляторов

Портальные манипуляторы позволяют управлять перемещением инструмента и осуществлять фигурную резку по заданной программе. Для фигурной резки используются инструменты с небольшой зоной реза «точечным контактом» и распространением раза по нормали к поверхности c возможностью движения инструмента резки относительно листа в любом направлении. К так называемым «точечным инструментам» резки относятся плазменная, лазерная, кислородная, ультразвуковая резки, а также струйнообразивная резка и точечная рубка (просечная штамповка).

Инструменты фигурной резки

Производство любого изделия основано на постепенной обработке исходной заготовки и ком-позиции этого изделия с другими. Важным разделом обработки материалов является их резка. Какие же подходы к резке существую на сегодняшний день? Рассмотрим плюсы и минусы наиболее востребованных в промышленности методов.

Водоструйная резка

Инструментом водоструйной резки материалов является определенным образом сформированная струя жидкости, исходящая из износостойкого сопла диаметром 0,08-0,5 мм со скоростью (1000 и более м/с) и обеспечивающая рабочее давление на заготовку от 400 МПа и более. Поскольку расстояние от среза сопла до поверхности материала составляет несколько миллиметров, давление струи на поверхность листа превышает предел прочности материала - за счет чего и осуществляется резка. Существуют два способа водоструйной резки материалов: резка водой (гидрорезка) и гидроабразивная резка (вода плюс абразив). Наличие абразива в струе увеличивает ее технологические возможности - жидкостно-абразивной суспензией можно резать твердые и труднообрабатываемые материалы различной толщины 0,1..30 мм. Режимы водоструйной резки осуществляемой обоими способами и могут быть расширены за счет подвода к струйной головке хладагента, способствующего образованию в струе льдинок, которые придают ей дополнительные абразивные свойства. Скорость резки зависит от толщины и свойств обрабатываемого материала и может быть от 0,1 до 15 м/мин. Гидроабразивная резка струей воды высокого давления с добавкой мелкого абразивного порошка имеет ряд принципиальных отличий, которые обеспечивают высокую универсальность процесса и значительно расширяют области его рационального применения: материал, прилегающий к зоне реза, не подвергается перегреву выше 100 °С и структурным изменениям, не возникают термические деформации заготовок; одним и тем же оборудованием могут быть разрезаны или обработаны любые материалы с высокой прочностью и отличными физико-химическими свойствами (стали, сплавы цветных металлов, керамика, стекло, мрамор, железобетон, ткань и др.), что определяет универсальность процесса. Недостатком водоструйной резки является поверхностное насыщение кромки реза абразивными частицами, что может препятствовать их дальнейшей обработке сваркой, необходимость утилизации отработанного абразива, и стоимость насосов высокого давления.

Лазерная резка

Для лазерной резки применяются твердотельные и газовые лазеры импульсного и непрерывного действия. Для увеличения плотности потока излучения и локализации зоны обработки применяют оптические системы. Лазерную резку материалов осуществляют как в импульсном, так и в непрерывном режиме. При резке в импульсном режиме непрерывный рез получается в резуль-тате наложения следующих друг за другом отверстий. Лазеры непрерывного действия на угле-кислом газе мощностью от нескольких сотен Вт до нескольких кВт применяют для газолазерной резки, при которой в зону воздействия лазерного луча подаётся струя газа. Газ выбирают в зависимости от вида обрабатываемого материала. При резке, железа, малоуглеродистых сталей и титана в зону нагрева подаётся струя кислорода. В результате экзотермической реакции окисления металла выделяется дополнительное тепло, что позволяет значительно повысить скорость резки. Характерные режимы газолазерной резки: мощность излучения 300-5000 Вт, плотность потока излучения в зоне обработки 100..150 кВт/см², ширина реза 0,3-1 мм, толщина разрезаемого материала до 10 мм; скорость резки зависит от толщины и свойств обрабатываемого материала и может быть от 0,01 до 10 м/мин. Достоинства газолазерной резки - простота автоматизации процесса, малая ширина реза и небольшая глубина зоны термического влияния, возможность резки неметаллических материалов – стекла, пластиков и ткани с оплавлением кромки реза, что препятствует распусканию нитей материала. Бесконтактное удаление лазером весьма малых масс материала применяют также при динамической балансировке роторов гироскопов и при точной подгонке балансов часовых механизмов, что позволяет существенно повысить точность этих операций и увеличить производительность. Основное преимущество лазерной резки – возможность получения высококачественной резки материалов.  Недостаток – необходимость локальной вентиляции места реза, стоимость оборудования высокая, но все относительно и зависит от задач, поставленных перед инструментом.

Плазменная резка

Плазменная резка металлов осуществляется сжатой плазменной дугой, которая горит между анодом (разрезаемым металлом) и катодом плазменной горелки. Стабилизация и сжатие токового канала дуги, повышающее её температуру, осуществляются соплом горелки и обдуванием дуги потоком плазмообразующего газа (Ar, N₂, H₂, NH₄ и их смеси). Для интенсификации резки металлов используется химически активная плазма. Например, при резке воздушной плазмой - кислород (O₂ ), окисляя металл, даёт дополнительный энергетический вклад в процесс резки - реализуются тот же принцип резки, что и  при газолазерной резке, с разницей лишь в способе подвода энергии в точку реза. Плазменная резка получила широкое распространение вследствие высокой по промышленным стандартам температуры плазмы (~ 104 К), большого диапазона регулирования мощности и возможности сосредоточения потока плазмы на обрабатываемом изделии, ручной и машинной резке. Эффект плазменной обработки достигаются как тепловым, так и механическим действием плазмы (бомбардировкой изделия частицами плазмы, движущимися с очень высокой скоростью - так называемый скоростной напор плазменного потока). Удельная мощность, передаваемая поверхности материала плазменной дугой, достигает 1000-10000 кВт/см², в случае плазменной струи она составляет 10-100 кВт/см2. В то же время тепловой поток, если это необходимо, может быть рассредоточен, обеспечивая «мягкий» равномерный нагрев поверхности, что используется при наплавке и нанесении покрытий. Плазменной дугой режут нержавеющие и хромоникелевые стали, Cu, Al и др. металлы и сплавы, не поддающиеся газовой резке. Высокая производительность плазменной резки позволяет применять её в поточных непрерывных производственных процессах.
Мощность установок достигает 300..400 кВт. Толщина разрезаемого металла 0,1..100 мм,  скорость резки зависит от толщины и свойств обрабатываемого металла и может достигать до 50 м/мин. Ширина реза 0,5...5 мм. Неэлектропроводные материалы (бетоны, гранит, тонколистовые органические материалы) обрабатывают плазменной струей (дуга горит в сопле плазменной горелки между её электродами).Резка может происходить под слоем воды, когда разрезаемый лист погружается в воду на 5..50 мм такой способ резки (под слоем воды, позволяет частично или полностью отказаться от локальной вентиляции реза. Газы, образующиеся при резке растворяются в воде, таким образом, не требуется локальная вентиляция реза. Основное преимущество плазменной резки – возможность получения высокого качества реза (сравнимого с лазерной резкой), относительно низкая стоимость реза, по сравнению с водоструйной или лазерной резкой. Значительная скорость реза и толщина разрезаемого металла (до 100 и более мм).

Кислородная резка

Кислородная резка – способ резки металлических деталей, основанный на свойстве металлов, нагретых до температуры воспламенения, гореть в технически чистом кислороде. При кисло-родной резке на нагретый до 1200-1300 °С металл направляют струю кислорода, прожигающую металл и разрезающую его. Образующиеся окислы железа в расплавленном состоянии вытекают и выдуваются из полости реза. Этим способом режут изделия из углеродистых низко- и средне-легированных сталей обычно толщиной от 1 мм до 200-300 мм (возможна кислородная резка и большей толщины стали). Кислородную резку производят резаком (ручным или машинным) - специальной сварочной горелкой с дополнительным устройством для подвода кислорода. В зависимости от использования для нагрева металла горючего газа различают ацетиленокислород-ную, водородно-кислородную, бензинокислородную и др. Разновидностью кислородной резки является флюсокислородная резка, которой разделяют металлы, трудно поддающиеся резке (высокохромистые и хромоникелевые стали), а также чугуны и алюминиевые сплавы. В этом случае процесс облегчают вдуваемые вместе с кислородом порошкообразные флюсы. Кроме разделительной резки., при которой режущая струя почти перпендикулярна поверхности металла, применяют кислородную обработку (т. н. строжку). При этом режущую струю направляют под небольшим углом (почти параллельно) к поверхности металла. Наряду с Плазменной обработкой кислородная резка в промышленности получила широкое распространение в машиностроении, судостроении, в чёрной и цветной металлургии, в строительстве и др. отраслях. Естественно, зона реза требует вентиляции. Основное преимущество кислородной резки – резка больших толщин.