Методи різання сталевого листа -
вибір технології під матеріал і деталь

Вибір методу різання рідко є вибором між кращою і гіршою технологією. Волоконний лазер потужністю 6 кВт ріже конструкційну сталь до 25 мм, плазма високого класу забезпечує різання без грату до 38 мм і розділення до 80 мм, а кисневе різання працює з товщинами до 500 мм. Кожен із цих методів дає іншу якість кромки, іншу точність та іншу собівартість одиниці. Результат визначає поєднання товщини, гатунку, необхідного допуску і кількості деталей, а не сама назва технології.

Лазерне різання

Волоконний лазер домінує в різанні тонкого і середнього листа насамперед завдяки точності та якості кромки. Діапазони товщин прямо залежать від потужності резонатора. Для базової версії верстата одного з провідних європейських виробників вони такі.

Зростання потужності не перекладається лінійно на зростання товщини різання. Понад певний поріг зростає насамперед швидкість різання в діапазоні середніх товщин, а не максимальна товщина. Це важливо при оцінці пропозицій послуг: верстат більшої потужності зазвичай означає коротший строк виконання, але не обов’язково ширший діапазон матеріалів.

Значення мають також різальний газ і технологія процесу. Виробники верстатів розвивають рішення, що зменшують витрату газу, заявляючи скорочення до 70%, що при великих серіях реально впливає на собівартість деталі.

За якістю кромки лазерне різання типово відповідає діапазонам 2-4 за EN ISO 9013, тобто верхній частині шкали, доступної для термічних методів.

Плазмове різання

Плазма має найширший діапазон застосувань серед термічних технологій. Промислові системи високого класу досягають для вуглецевої сталі різання без грату до 38 мм, виробничого розділення до 50 мм і максимального розділення до 80 мм. Для нержавіючої сталі відповідно 75 мм при виробничому розділенні і 160 мм при максимальному. Прецизійні системи інших виробників заявляють для вуглецевої сталі діапазон від 0,45 мм до 152 мм.

Точність залежить насамперед від класу оснащення верстата, а не від самого джерела плазми.

Зона термічного впливу при плазмовому різанні вузька, типово менше 0,25 мм. Відхилення кута кромки становить 2-3 градуси для матеріалу до 10 мм і знижується до менше 1 градуса при товщині 50 мм, що часто дивує проєктантів, звиклих до протилежної залежності.

Стандартне плазмове різання зазвичай відповідає діапазону 5 за EN ISO 9013, а прецизійні системи досягають діапазонів 2-4 при відхиленні кута близько 2 градусів, тобто рівня, порівнянного з лазерним різанням. Доступні також варіанти різання під водою, що зменшують шум і викиди, і різання під фаску, яке готує кромку під зварювання за одну операцію.

Кисневе різання

Кисневе різання залишається методом першого вибору для найтовщих матеріалів. Машинні металургійні пальники працюють з товщинами до 500 мм і до 600 мм залежно від виконання, з використанням пропану або природного газу в суміші з киснем.

Обмеженням методу є сам механізм процесу, заснований на екзотермічному згорянні заліза в струмені кисню. Він працює в нелегованій і низьколегованій сталі. Виробники верстатів прямо визначають призначення цих пристроїв для нелегованого матеріалу. У високолегованих сталях і алюмінії процес не відбувається належно, тому ці матеріали ріжуть плазмою, лазером або струменем води.

Гідроабразивне різання

Різання струменем води з абразивом охоплює практично всі матеріали і товщини приблизно до 200 мм. Його відмінністю є відсутність термічного впливу, що усуває зону термічного впливу і зміни структури в зоні кромки.

Показовим є порівняння з лазером, яке наводить виробник верстатів обох типів. Для чорної і нержавіючої сталі товщиною приблизно до 2 мм кращу якість кромки дає лазер. Понад цю товщину перевагу за якістю має струмінь води. Проте лазер залишається значно швидшим: для листа 3 мм у п’ять-десять разів, для 10 мм у три-п’ять разів. Орієнтовні експлуатаційні витрати обох технологій подібні і становлять кілька десятків злотих за годину роботи верстата.

Практичний висновок: гідроабразивне різання обирають тоді, коли критично не допустити термічних змін у матеріалі або коли матеріал виключає термічні методи, а не тоді, коли важлива продуктивність.

Механічне різання і підготовка матеріалу

Окрему групу становлять методи, які не вирізають контур, а готують матеріал до подальшої обробки.

Гільйотинні ножиці забезпечують швидке і дешеве прямолінійне різання. Кромка має характерний злам із гратом, а матеріал у зоні різу локально деформується, що має значення для деталей, які потребують рівної кромки під зварювання або фарбування.

Вирубка на револьверних пресах добре підходить для повторюваних деталей з великою кількістю отворів, де перевага випливає з кількості операцій за один прохід.

Поздовжнє різання рулону (слітинг) і поперечне різання на лінії порізки на аркуші це операції сервісного металоцентру, а не переробного підприємства. У Польщі лінії поздовжнього різання типово обробляють матеріал товщиною від 0,2 до 3,0 мм і шириною приблизно до 1500 мм, з мінімальною шириною стрічки близько півтора десятка міліметрів і внутрішнім діаметром рулону 508 або 610 мм. Допуски ширини після різання визначає EN 10051: для обрізної кромки вони становлять від 0 до +3 мм при ширині до 1200 мм, від 0 до +5 мм для діапазону 1200-1500 мм і від 0 до +6 мм понад 1500 мм. Допуски товщини описує окрема стаття про допуски товщини листа.

Вибір форми поставки матеріалу, тобто рулону, стрічки чи листа, вирішується на цьому етапі і впливає на вихід з тонни більше, ніж пізніший метод вирізання деталі.

Якість кромки в замовленні

Термічне різання має власний стандарт якості. EN ISO 9013 описує поверхню різу двома параметрами: допуском перпендикулярності або нахилу, що позначається u, і середньою висотою нерівностей профілю, що позначається Rz5. На цій основі він визначає діапазони якості, на які можна посилатися в замовленні замість описових формулювань про чисту кромку.

Цей стандарт не слід плутати з ISO 17916, який стосується безпеки верстатів для термічного різання, а не якості різання. Така помилка трапляється в галузевих матеріалах.

У конструкціях, на які поширюється EN 1090-2, вимоги сформульовано прямо. Стандарт пов’язує результати випробувань шорсткості і перпендикулярності кромки після термічного різання з класами виконання конструкції. Для найчастіше необхідних класів EXC3 і EXC4 діє діапазон 4 як для шорсткості, так і для перпендикулярності. Стандарт також передбачає випробування твердості в зоні різу для сталей, схильних до загартування, з межею 450 HV10 для сталі S460, та візуальну оцінку кромки.

Різання листа з покриттям

Кожен термічний метод видаляє покриття в зоні різу. Кромка залишається незахищеною, а у вузькій смузі поруч покриття пошкоджується дією тепла. Для оцинкованого листа це має обмежене практичне значення, бо цинк захищає кромку катодно, а дальність цього захисту залежить від товщини листа. У тонкому матеріалі кромка може залишатися без іржі протягом усього строку служби виробу, у товстішому потребує захисту.

Плазмове різання оцинкованого листа технічно можливе, але потребує вентиляції через пари цинку, що виділяються в зоні різу. Це той самий механізм, який при зварюванні призводить до утворення диму оксиду цинку.

Критерії вибору

У заводській практиці рішення складається з кількох питань, що ставляться у визначеному порядку.

Який матеріал і яка товщина. Високолегована сталь і алюміній виключають кисневе різання. Товщини понад 25-30 мм на практиці виключають лазер. Товщини понад 80 мм спрямовують до кисневого різання.

Який допуск деталі. Точність на рівні десятих часток міліметра досягають лазер і прецизійна плазма з автоматичним регулюванням висоти пальника. Ручне різання і базові системи ЧПК працюють з допусками на порядок ширшими.

Що далі відбувається з кромкою. Кромка під зварювання в конструкції за EN 1090-2 має відповідати діапазону якості, призначеному для класу виконання. Кромка під фарбування потребує видалення грату. Кромка, що залишиться видимою, ставить додаткові вимоги до вигляду.

Скільки деталей і наскільки повторюваних. При великій серії повторюваних деталей важать час циклу і вартість газу. При поодиноких великогабаритних елементах переважають доступність і універсальність методу.

Чи допустимий термічний вплив. Якщо ні, залишається гідроабразивне різання або механічні методи.

Варто пам’ятати, що перш ніж деталь потрапить на стіл різання, більшість вартості матеріалу вже визначено. Підбір формату листа, ширини стрічки і товщини під конкретну розкладку впливає на вихід сильніше, ніж оптимізація самого процесу різання.

Доступні гатунки сталі, види покриттів та формати рулонів, поздовжньо різаної стрічки і листів подає пропозиція сталевого листа HEN-STOL, з окремими сторінками про оцинкований лист, холоднокатаний лист і гарячекатаний лист.

Перевірте, як ми можемо допомогти

HEN-STOL підбирає форму поставки і розміри матеріалу під заплановану розкладку, щоб зменшити відходи вже на етапі замовлення. Надішліть специфікацію і заплановану розкладку, і ми перевіримо доступність та запропонуємо найвигідніший варіант.

+48 664 700 160hs@henstol.pl

Найчастіші запитання

Джерела

1. EN ISO 9013, Термічне різання - класифікація термічних різів, геометричні характеристики виробу та допуски якості
2. EN 1090-2, Виконання сталевих і алюмінієвих конструкцій - технічні вимоги до сталевих конструкцій
3. EN 10051, Безперервно гарячекатаний стрічок і лист - допуски на розміри та форму
4. TRUMPF, технічні дані верстатів TruLaser серії 1000
5. Hypertherm, документація систем HyPerformance і матеріали щодо точності плазмового різання
6. Kjellberg, документація систем HiFocus neo і параметри якості різання
7. Messer Cutting Systems, машинні металургійні пальники для кисневого різання