Качество отверстий

Многие ремонтные мастерские тратят время и деньги на доработку деталей, которые вырезаны на имеющихся в их распоряжении машинах плазменной резки. Доработка заключается в снятии окалины или исправлении размерных погрешностей. Здесь мы обсудим критически важные переменные процесса, которые влияют на точность размеров деталей, вырезаемых с использованием системы плазменной резки. Тщательно контролируя несколько переменных, оператор может минимизировать или устранить проблемы с размерами и, соответственно, связанные с ними затраты на доработку деталей и их утилизацию.

При резке небольших отверстий и сложных форм, таких как пазы, острые углы и изгибы малого радиуса, оператор машины плазменно-дуговой резки сталкивается с особыми проблемами. В целях нашего описания будем считать отверстие небольшим, если его диаметр меньше значения толщины материала, умноженного на 1,5. Однако сложность получения гладких поверхностей деталей – не единственный недостаток работы с обычными системами. Еще более сложно доработать детали, не соответствующие требуемым допускам. Расширение отверстий недостаточного диаметра или отверстий, не имеющих круглую форму, и шлифование шероховатых углов для снятия окалины – это непростые и затратные процедуры.

Чтобы разрешить эти проблемы, во многих производственных цехах приобретают дорогие машины для резки, которые могут обеспечить строгие допуски, или даже еще более дорогие системы лазерной резки. Однако имея в своем распоряжении хорошо настроенную машину плазменной резки и обычный резак, можно получить резы, приближенные по своим характеристикам к строгим допускам. Это возможно благодаря тщательному программированию и хорошему пониманию переменных, влияющих на качестве резки.

Отверстия под болты должны иметь цилиндрическую форму

Чтобы обеспечить хорошее прилегание болта, значения диаметра отверстия сверху и снизу должны быть практически одинаковы. Скорость резки – это параметр, который имеет критически важное значение для цилиндричности отверстия. Программисты указывают скорость резки для линейного перемещения в дюймах в минуту (дюйм/мин) или миллиметрах в минуту (мм/мин), однако при движении по кругу резак должен замедляться, чтобы компенсировать естественную задержку плазменной дуги по мере резки. В большинстве ЧПУ реализована автоматическая компенсация этого явления за счет применения алгоритма, который раскладывает на множители скорость при резке отверстия. В этом расчете, который называется центрипетальным ограничением, принимаются во внимание значения длины радиуса, ускорения резака и минимальной угловой скорости для регулировки фактической скорости резки по кругу. У программиста или оператора есть возможность настроить линейное ускорение или замедление для оптимизации фактической скорости круговой резки, что позволит улучшить цилиндричность. Это означает, что для получения отверстий под болты потребуется запрограммировать другие значения скорости, которые будут более низкими по сравнению со скоростями резки при прямом резе той же самой заготовки.

Высота резки или настройка напряжения

Высота резки (или настройка напряжения) – это еще один важный параметр, который влияет на качество резки отверстий под болты. Для небольших отверстий скорость резки должна оставаться постоянной на всем протяжении реза. При использовании системы регулировки высоты резака (THC) с регулировкой высоты по напряжению высота резки определяется настройкой дугового напряжения, величина которого обычно находится в диапазоне 100–180 В. В зависимости от «чувствительности» системы использование системы регулировки высоты резака для резки небольших отверстий может ухудшить качество резки, а не улучшить его. При резке небольших деталей может возникнуть необходимость заблокировать систему регулировки высоты резака, чтобы не допустить позиционирования резака на слишком большой или маленькой высоте при резке и исключить «нырок» резака в конце реза. Систему регулировки высоты резака можно заблокировать следующим образом: перевести ее в ручной режим по окончании прожига или перепрограммировать деталь, задав замедление перемещения на углу при выполнении резки отверстий без использования системы регулировки высоты резака. Современные системы регулировки высоты резака с более высоким уровнем «чувствительности» могут помочь справиться с дефектами, вызванными неправильной высотой резака.

Программирование входов и выходов

Тип и размер входа и выхода может существенно повлиять на качество резки, особенно в случае резки отверстий под болты и пазов. Два самых распространенных дефекта – это задиры и бугорки. Задир образуется, если дуга снимает лишний материал в конце реза. По мере того как плазменная дуга перемещается от разреза на входе (снятый материал в начале резе) к сохраненной детали, на поверхности заготовки образуются небольшие зубцы или, в отдельных случаях, более крупные области выдолбленного материала. Это приводит к нарушению окружности отверстия.

Бугорки образуются, если вход и выход не накладываются друг на друга должным образом. Некоторое количество материала не полностью удаляется из отверстия, оставляя бугорок невырезанного металла, который не позволяет вставить болт в отверстие.

При этом поиск соответствующих входов и выходов, которые позволят минимизировать задиры и бугорки, в начальной и конечной точках реза может быть сложным заданием. Чтобы найти приемлемую комбинацию, операторы могут использовать метод проб и ошибок. Как правило, закругленный вход с небольшим или отрицательным выходом (отрицательный перегрев) к сохраненной детали обеспечит наилучшее качество отверстия. Иногда лучше использовать короткие прямые входы с небольшим выходом (положительный перегрев).

Вход по спирали, направленной к внешней стороне, может быть очень эффективен при резке отверстия. (Примечание. Этот метод отличается от традиционного блокирования входа. которое используется при кислородной резке, но, как правило, не используется при плазменной резке). При входе по спирали, направленной к внешней стороне, машина развивает полную скорость, а дуга стабилизируется до начала резки отверстия по периметру, что позволяет обеспечить плавное перемещение машины вдоль всей траектории реза.

Размер и сила тока сопла

В общем случае небольшое сопло с небольшой силой тока и небольшой скоростью позволяет выполнить меньший разрез и более тонкий рез.

Например, в системе плазменной резки на 200 А можно использовать сопло, рассчитанное на максимальную силу тока 200 А с диаметром отверстия 2 мм. Сопло на 3 мм может не подойти для резки небольших отверстий под болты и деталей сложной формы.

Например, нужно вырезать отверстие с диаметром 12 мм в заготовке из низкоуглеродистой стали толщиной 12 мм. Если воспользоваться соплом на 100 А с меньшим отверстием 1-1/2 мм и шириной разреза 2 мм на более низкой скорости резки, то качество реза будет существенно выше.

Чтобы получить наилучшее качество реза при использовании того или иного сопла, всегда устанавливайте его силу тока в диапазоне 95–100 % от номинального значения. Недостатки: сокращение срока службы расходных деталей и более низкие скорости резки. Преимущества: практически готовая деталь с минимальной потребностью в доработке.

Когда использовать системы плазменной резки, обеспечивающие соблюдение строгих допусков?

В системах плазменной резки, которые обеспечивают резку со строгими допусками, используется сопло с небольшим отверстием и интенсивный вихрь газа, что позволяет сжимать дугу. В результате получается очень узкая дуга высокой плотности, которая позволяет вырезать детали сложных форм и очень маленькие отверстия. Обычные системы плазменной резки могут выполнять резку с точностью 0,76 мм и углом скоса в диапазоне 3–5°, а в некоторых случаях – 1°. Системы, обеспечивающие резку со строгими допусками, могут обеспечить точность 0,25 мм и угол скоса в диапазоне 0–3°. Они позволяют точно вырезать отверстия диаметром 4,76 мм.

Шесть правил резки отверстий под болты

• Используйте сопло с наименьшим номинальным размером, который подходит для прожига и резки материала
• Убедитесь, что за время задержки прожига дуга полностью прорезает материал до начала перемещения машины
• Заблокируйте систему регулировки высоты резака по напряжению
• Используйте скругленный или спиральный вход
• Задайте в программе обработки детали более низкие скорости резки
• Используйте короткие или отрицательные выходы к сохраненной детали