Технологии раскроя листа
Методы раскроя листа можно разделить на две группы: механические и термические. К первой группе относятся разрезание ножницами, фрезерование, сверление, штампование и т.д. Ко вторым – кислородная резка, плазменная резка, резка лазером, резка методом электрической эрозии.
Под раскроем листовых материалов понимают принятое расположение штампуемых деталей (заготовок) на листе, полосе или ленте. При этом раскрой должен обеспечивать минимальный расход металла, простоту конструирования штампа и высокую производительность. При резке листа различают поперечный, продольный и комбинированный (рис. 1.1) виды раскроя. При резке полос – раскрой с отходами, с частичными отходами и безотходный виды раскроя.
Рис. 1.1. Расположение ряда раскроя при комбинированной схеме раскроя листа
Потери при раскрое зависят от геометрической формы детали, не кратности листового материала, величины перемычек (межконтурных и внешних) и припусков на обрезку. Выделяют также различные виды раскроя: многорядный, наклонный, встречный, и др. Выбор варианта раскроя позволяет оптимизировать процесс и получить наиболее высокий коэффициент использования металла, который в общем случае определяется как отношение суммарной площади готовых деталей к площади заготовки.
Основной и наиболее простой способ раскроя листа – обычные ножницы по металлу. Типами ножниц являются ножницы с параллельными ножами (рис. 1.2а), ножницы с наклонными ножами (гильотинные) (рис 1.2б), дисковые (рис. 1.3) и вибрационные ножницы.
Рис. 1.2а Рис. 1.2б
Гильотинные ножницы предназначены для продольной и поперечной резки листового проката. Поперечная резка листа производится за один ход ножа гильотины, продольная резка производится рядом повторных резов при продвижении листа металла вдоль линии реза. При этом длина листа может быть неограниченной, а ширина отрезаемой полосы определяется величиной вылета станины гильотинных ножниц. Причём важно понимать, что раскраивать металлический лист можно не только по прямым линиям, но и криволинейно.
В промышленности нередко можно столкнуться с необходимостью изготовления сложных металлических вырезок по заранее данному шаблону. Огромное количество мелкосерийных производств основано на криволинейном раскрое листа и резании по шаблону. Продукция, выпускаемая такими организациями, представляет собой детали, отличающиеся сложным внутренним и внешним контуром. Область применения раскроя листа чрезвычайно широка – данная операция используется и в простых ремонтных мастерских, и в промышленном и транспортном машиностроении.
Рис. 1.3
Лазерная резка листов – это бесконтактный способ обработки металлопроката. В качестве инструмента используется сконцентрированный лазерный луч со строго заданной мощностью.
Лазерная установка для раскроя листа предназначена для мелко- и крупносерийного производства. В установках для лазерного раскроя используют твёрдотелые и газовые лазеры, работающие в непрерывном и импульсно-периодическом режимах. Лазерная технология раскроя листа хороша тем, что в таком случае образуется меньше отходов, а производительность всего процесса увеличивается.
Рис. 1.4. Процесс раскроя листа на станке лазерной резки с ЧПУ.
Преимущества лазерной резки металла:
· скорость;
· безопасность (по сравнению с механической и химической обработкой);
· доступная цена;
· позволяет работать со сложными формами и контурами заготовок;
· оказывает минимальное воздействие на обрабатываемый материал (срез остается ровным и аккуратным);
· мощность лазерного луча может регулироваться в зависимости от типа металла, размеров и толщины предполагаемых изделий и т. д.;
· исключает риск деформации заготовок;
· после выполнения резки нет необходимости проводить дополнительную механическую обработку;
· экономия обрабатываемого материала, а значит, низкие материальные затраты клиента.
Для распространения лазерного луча практически не существует ограничений, что дает возможность осуществлять резку металла в любом положении обрабатываемого материала, вне зависимости пространственного расположения разрезаемой поверхности. Но существуют и ограничение в применении лазера. Им можно разрезать листы металлопроката толщиной не более 15-20 мм.
Рис. 1.5. Пример раскроя листа лазерной резкой.
Ещё одна технология раскроя листа – это гидроабразивная резка (рис. 1.6). К основным преимуществам автоматизированных комплексов гидроабразивной резки относятся отсутствие зоны термического влияния, невысокие потери материала, универсальность, экологическая чистота процесса и возможность работы с материалами большой толщины..
Если обычную воду сжать под давлением около 4000 атмосфер, а затем пропустить через отверстие диаметром меньше 1 мм, то она потечет со скоростью, превышающей скорость звука в 3–4 раза. Будучи направленной на обрабатываемое изделие, такая струя воды становится режущим инструментом. С добавлением частиц абразива ее режущая способность возрастает в сотни раз, и она способна разрезать почти любой материал.
Технология гидроабразивной резки основана на принципе истирающего воздействия абразива и водяной струи. Их высокоскоростные твердофазные частицы выступают в качестве переносчиков энергии и, ударяясь о частицы изделия, отрывают и удаляют последние из полости реза.
Обычно для изготовления деталей необходимо выполнить несколько операций, таких как: рубка заготовки с помощью гильотины или вырезание с помощью газопламенной резки, токарная обработка, фрезерование, сверление отверстий. Как правило, все эти процессы выполняются вручную с высокими трудозатратами. Для производства каждой детали требуется провести огромную работу. При этом в отход уходит большое количество материала, а так же высока вероятность возникновения брака.
Плазменный раскрой позволяет заменить все эти процессы одним. Достаточно разместить на установке лист металла и вырезать готовые детали, совершенно идентичные одна другой. При этом будет рационально использоваться материал за счёт оптимального раскроя листа. Высокая точность реза позволит свести к минимуму окончательную обработку детали или совсем исключить необходимость этого процесса. Скорость, с которой происходит раскрой металла, позволяет на порядок увеличить производительность.
Рис. 1.7 Плазменный раскрой металла.
Плазменная резка металла является высокопроизводительным способом обработки черного металлопроката и цветных металлов и сплавов толщиной до 30 мм. Процесс происходит за счет потока плазмообразующего газа, локально выдувающего расплавленный металл в месте реза. Плазма образуется за счет воздействия электрической дуги, горящей между плазмотроном и деталью, при постоянной подаче плазменного газа. Основные показатели при таком технологическом способе, такие как скорость и качество, зависят, прежде всего, от того какой плазмообразующий газ применяется при резке.
Для сравнения с раскроем листа лазером, приведем маленькую таблицы 1 и 2:
Таблица 1.
| Плазменная | Лазерная |
| Rz= 80 | Rz = 40 |
| Точность 14 квалитет | Точность 14 квалитет |
Толщина металла S=3-5 мм.
Таблица 2.
| Плазменная | Лазерная |
| Rz= 80-160 | Rz = 40 |
| Точность 15 квалитет | Точность 14 квалитет |
Толщина металла S=15-20 мм.
Однако у обоих методом низкие временные затраты, в сравнении с электроэрозионным методом.
Электроэрозионная обработка основана на вырывании частиц материала с поверхности импульсом электрического разряда. Если задано напряжение (расстояние) между электродами, погруженными в жидкий диэлектрик, то при их сближении (увеличении напряжения) происходит пробой диэлектрика – возникает электрический разряд, в канале которого образуется плазма с высокой температурой.
Рис. 1.8. Иллюстрация работы электроэрозионного раскроя листа.
(1- Инструмент, 2 – заготовка, 3 – жидкий диэлектрик, 4 – искра)
Так как длительность используемых в данном методе обработки электрических импульсов не превышает 0,01 c, выделяющееся тепло не успевает распространиться вглубь материала и даже незначительной энергии оказывается достаточно, чтобы разогреть, расплавить и испарить небольшое количество вещества. Кроме того, давление, развиваемое частицами плазмы при ударе об электрод, способствует выбросу (эрозии) не только расплавленного, но и просто разогретого вещества. Поскольку электрический пробой, как правило, происходит по кратчайшему пути, то, прежде всего, разрушаются наиболее близко расположенные участки электродов. При приближении одного электрода заданной формы (инструмента) к другому (заготовке) поверхность последнего примет форму поверхности первого. Производительность процесса, качество получаемой поверхности в основном определяются параметрами электрических импульсов (их длительностью, частотой следования, энергией в импульсе).
Электроискровые методы особенно эффективны при обработке твёрдых материалов и сложных изделий. При обработке твёрдых материалов механическими способами большое значение приобретает износ инструмента. Инструментом в электроискровой обработке является тонкая проволока, которая является более дешевой по сравнению с инструментом для механической обработки.
При газовой резке металлы обрабатываются смесью кислорода и горючих газов. Процесс основан на особом свойстве металлов и сплавов, гореть в технически чистом кислороде, и происходит вследствие химического и теплового воздействия. При этом металл нагревается до температуры воспламенения по линии разреза и сжижается в струе чистого кислорода, а струя одновременно с этим удаляет продукты сгорания.
Преимущества использования кислородной резки металла очевидны в тех случаях, когда требуется раскрой листового металла толщиной свыше 100 мм.
В таблице представлены общие плюсы и минусы всех выше перечисленных видов раскроя листа.
Таблица 3.
| Способ резки | Положительные моменты | Недостатки |
| Ножницы | · самая быстрая резка · возможность продольной и поперечной резки | · самый не точный метод · требуется последующая механообработка листа |
| Лазерная | · высокая скорость резки · отсутствие деформации материала · возможность получения сложных форм при резке | · не все материалы могут быть обработаны (явление отражения) · высокая стоимость оборудования · толщина резки – менее 20 мм |
| Гидро-абразивная | · резка толстостенного материала (более 100 мм) · не выделяется тепло · отсутствует зона термического воздействия · получение различных форм при резке · возможность резки несколькими резаками одновременно · требует минимальной последующей механообработки | · более низкая точность, чем при лазерной резке · низкая скорость резки · быстрый износ рабочей деталей установки · трудности с отчисткой сточных вод · высокий уровень шума при работе · высокая стоимость установки · высокая стоимость расходных материалов |
| Плазменная | · обработка любого типа металла · требует минимальной последующей механообработки | · толщина реза – менее 80 мм · жесткие требования к отклонению от перпендикулярности реза (износ расходных материалов) |
| Электро- эрозионная | · толщина реза – до 400 мм · высокая точность резки · возможность резки в пакете | · низкая скорость резки · большая себестоимость · обязательное наличие электролита |
| Газовая | · толщина 400м и выше · низкая стоимость оборудования · различные положения резки | · резка только углеродистых сталей · толщина резки – до 30 мм · значительная зона термического воздействия · требует последующей механообработки |
Технологии раскроя листа
Рис. 2.1 Электромеханические гильотинные ножницы
Cidan (Швеция)
Гильотинные ножницы фирмы Cidan позволяют достичь точности ±0,1 мм по заднему упору. Они могут быть оборудованы ручным или приводным задним упором с ходом 750-1000 мм, а также ЧПУ для программирования положения заднего упора и количества отрезаемых заготовок определенной длины. Ножницы гильотинные могут оснащаться различными системами поддержки и сброса листа, помогающими более точно отмерять лист при резке и препятствовать изгибанию и неаккуратному падению отрезанных кусков.
Рис. 2.2. Линии продольного и поперечного
раскроя металла Cidan (Швеция)
Линии продольного и поперечного раскроя рулонной стали Cidan представлены сериями QLA-Combi, QLA-Profi, QLA Turbo. Они спроектированы по принципу модульной системы, что дает возможность максимально учитывать техническое задание заказчика. QLA Turbo наиболее мощная серия линий раскроя, предлагаемая для резки рулонов с шириной листа до 1050 мм, 1250 мм и 1550 мм.
Рис. 2.3. Пресс-ножницы гидравлические Kingsland (Бельгия)
Это многофункциональные гидравлические станки усилием для заготовительного производства, имеющие несколько рабочих секций: для пробивки отверстий различной формы, для резки полосы, рубки круглого и квадратного прутка и фасонного проката (уголка, швеллера, двутавра), для гибки недлинных полосовых заготовок. К многофункциональному гидравлическому станку может поставляться большое количество разнообразного инструмента (для пробивки фасонных отверстий по чертежам заказчика, для высечки на трубах, вырубки пазов, пробивки в перемычке швеллеров и двутавров), а также разной оснастки типа переходников штампов, специальных подштамповых плит и т.п. для различных операций.
Рис. 2.4. Ручные гильотинные ножницы H.M. Transtech (Словакия)
Гильотинные ножницы ручные предназначенные для прямолинейной резки как листового металла, так и других материалов: пластика, резины и т.д. Управление осуществляется рукояткой или педалью.
Рис. 2.5. Угловысечные прессы с фиксированным
углом высечки Haco (Бельгия)
Угловысечной пресс — небольшой удобный станок (ручной, пневматический или гидравлический) для высечки углов на металлическом листе, например, для последующего изготовления коробок на сегментном листогибе (в случае тонкого листа) или листогибочном прессе. Различные модели этих угловысечных прессов отличаются принципом действия и тем, что наиболее простые могут высекать только фиксированные углы (90 град), а более сложные имеют ножи с регулируемым углом высечки.
Дополнительный материал
Пример правильных (а) и нерациональных (б) раскроев листа.
