Вопросы о плазме
В данном разделе мы рассматриваем вопросы исключительно о резке в механизированном режиме на станке с ЧПУ с перемещением по трём координатам (Х, Y, Z). Где «Х» это перемещение по длине листа, координата «Y» — по ширине листа, «Z» — это координата, отвечающая за контроль высоты резака по напряжению дуги.
Резка в ручном режиме не рассматривается.
Плазменные резаки. Характеристики и возможности.
Рассмотрим возможности плазменной резки в практическом приложении. Ограничимся плазменной резкой с воздушным охлаждением резака, как наиболее массовой.
Для начала определимся, что возможности в значительной мере ограничиваются типовыми особенностями конкретного плазменного резака.
Разделим все резаки на группы по условию совместимости:
1. Пневмоконтактный поджиг. (без ВЧ осциллятора)
2. Осцилляторный ВЧ поджиг с наличием пилотной дуги.
3. Осцилляторный ВЧ поджиг без пилотной дуги.
Каждая группа резаков подключается только к аппарату соответствующего типа.
Толщина резки
Этот параметр достаточно значим и с ним путаются чаще всего, поскольку в разном контексте имеют в виду разную толщину.
Максимальная толщина реза, определяемая конструкцией резака.
Фактически это длина активной части плазменной струи. Т.е. это толщина металла, которую данный резак (на данном режиме) может прорезать в принципе, не смотря на минимальность и реальность скорости реза. Допускается возврат резака для «дорезания» непрорезов.
Часто именно ее и приводят в рекламных проспектах, поскольку она выглядит наиболее привлекательно, хоть и не имеет практического смысла.
Например, на 40 амперах резаком из первой группы можно прорезать сталь толщиной 20мм. Но при этом скорость резки будет менее 1мм в сек. Что не пригодно в применении к ЧПУ станкам.
Вторая группа на этом же режиме ограничится 15мм
Третья – 10-12 мм.
Снижение возможностей определено более широкой и более короткой струей плазмы во второй и третьей группе резаков.
Более пригодным к пониманию является параметр:
Толщина разделительного реза
Это максимальная толщина, которую может прорезать данный резак на данном режиме, без учета качества кромки, но учитывая гарантированное прорезание металла на реально применимой на ЧПУ станках скорости (скорости менее 3мм/сек практически не пригодны)
Конечно, влияет на этот параметр и конкретный вид разрезаемого металла. Имеет смысл смотреть этот параметр на максимальном режиме для конкретного резака и конкретного аппарата.
Для первой группы (Пневмоконтактный поджиг без ВЧ осциллятора):
- 40 А – 14мм
- 60 А – 20мм
- 100 А – 30мм
Существуют исключения. Их возможности на уровне второй группы из-за схожести конструкции.
Для второй группы (осцилляторный ВЧ поджиг с наличием пилотной дуги) этот параметр будет ниже на 20-25%, зависит от модели резака.
Для третьей группы (осцилляторный ВЧ поджиг без пилотной дуги) параметр покажет возможности примерно на 30% ниже.
Следует отметить, что данную возможность можно осуществить только производя резку от края листа или из заранее подготовленного отверстия. Самостоятельно проколоть такую толщину резаки не способны.
Для ЧПУ станков особое значение имеет параметр
Толщина качественного реза
Этот параметр совпадает с максимальной толщиной прокола. Т.е. толщина металла, которую резак может пробить самостоятельно и вертикально.
Оценочно эта толщина для стали примерно равна 2/3 от толщины разделительного реза.
Для алюминия и прочих материалов – сильно изменяется от свойств конкретного материала. В том числе и возможность повторного прокола в данной точке.
Для толщин качественного реза имеет смысл рассматривать геометрические точностные характеристики.
Погрешность при больших перемещениях
Фактически это отклонение, связанное с нелинейностью характеристик приводов и ограниченностью функции «тарировка» (задание величины либо мм/шаг либо шаг/мм)
Ошибка при тарировке в 0.1% приведет к ошибке в несколько мм на полном габарите листа.
Так же не следует забывать про термическое расширение материала при резке. Особенно когда режется множество последовательных отверстий. Т.е. нагревание и удлинение при резке и последующее остывание с уменьшением размера.
На станках ЧПУ эта погрешность может превышать 0.5мм на метр длины. Уменьшается только технологическими приемами. От типа резака практически не зависит.
Погрешность при малых перемещениях
Этот вид погрешности в большинстве определяется как раз типом резака и качеством выполнения приводов по координатам.
При движении в механических узлах приводов проявляются люфты и геометрические отклонения.
Плазменная струя — это «живой» инструмент, который может искажать свою форму и направление в зависимости от перемещения.
Можно уверенно считать, что для плазменной резки эта погрешность не менее 0.2мм, а в случае некачественной или изношенной механики и гораздо больше.
Визуально проявляется как искажение формы. Например – плоские сектора или эллипсность при резке отверстия.
К этой группе можно отнести вроде бы не в прямую связанную с темой – вибрацию конструкций станка. Вибрация проявляется как крупная волнистость поверхности реза (в отличии от мелких «зубчиков»).
Угол скоса кромки
Вот этот параметр самый интересный и самый сложный.
В пределе определяется длиной и степенью треугольности сформированной струи плазмы.
Симметричный угол кромки для резаков первой группы – не лучше 2-3 град.
Для второй группы – не менее 5 град.
Для третьей группырезаков – заметно более 5 град.
Как комплексный параметр можно указать минимальный размер отверстия, которое будет получаться круглым.
Для первой группы резаков — полторы толщины металла, но не менее 5мм.
Для второй группы – две толщины металла, но не менее 8мм.
Отверстия меньшего диаметра будут получаться с заметными искажениями формы и отклонениями по размеру.
Связанный параметр – минимальная толщина стенки между двумя отверстиями.
Дело в том, что плазменная резка значительно прогревает зону реза и если остаток металла до ранее прорезанного отверстия незначителен, то он будет проплавлен.
Оценочно можно считать допустимой стенку в полторы толщины металла, но не менее 3мм.
Ширина реза
Этот параметр полностью определяется резаком и примененным соплом.
Для резаков первой группы можно считать ширину реза на 25-30% шире диаметра отверстия в сопле.
Для второй группы – на 50-70%
По мере износа сопла диметр отверстия увеличивается и как следствие увеличивается ширина реза.
Поэтому при подготовке управляющей программы (УП) рекомендуется использовать заранее завышенную ширину реза на половину допустимого износа сопла. Примерно еще на 20%.
Так почему разные резаки имеют разные возможности?
Во всех случаях – это плазменная струя. При ручной резке, особенно в руках начинающего, внешнего преимущества практически не видно.
Дело в том, что резаки первой группы за счет более сложной конструкции формируют более тонкую и более длинную плазменную струю. Но как плата за это – более дорогие расходники.
Однако, как правило более дешевые расходники резаков 2 и 3 группы изготавливаются из более дешевых и менее стойких материалов и поэтому изнашиваются гораздо быстрее.
Если произвести пересчет на стоимость метра реза при равных условиях, то эти цифры для всех трех групп резаков станут примерно равными.
Бонусом является более высокое качество и большие возможности более дорогих резаков.
Виды поджига плазменных резаков и как их внешне различить
Самое первое и значимое различие — это наличие или отсутствие пилотной дуги.
Для целей применения в ЧПУ станках это весьма критично.
Резаки без пилотной дуги разжигаются на очень маленьком зазоре, режут так же заметно ближе к металлу, что хуже в условиях кривого металла и как следствие формируют короткую и толстую плазменную струю. Качество реза получается весьма невысокое.
Розжиг осуществляется путем высоковольтного разряда, формируемого осциллятором, между катодом (электродом внутри резака) и анодом, которым является лист металла.
Внешне отличаются отсутствием проводника от сопла и соответственно отсутствием на аппарате клеммы для подключения этого проводника.

Как видно, присутствуют только штуцер для воздуха (он же проводник к катоду) и разъем от кнопки запуска. Евроразъемом как правило такие резаки не оснащаются.
Резаки с розжигом через пилотную дугу отличаются тем, что первоначально дуга разжигается внутри резака между катодом (электродом) и соплом, которое временно подключается (через контактор или электронный ключ) к аноду при условии ограничения тока с целью сохранения сопла.
Пилотная дуга воздушным потоком выдувается наружу через отверстие в сопле и горит несколько секунд.

Если в это время пилотная дуга коснется листа металла, соединенного с анодным проводом плазмореза, то возникнет рабочая дуга и аппарат, обнаружив это отключит пилотную дугу.
Преимуществ такого способа множество:
- более уверенный розжиг
- больший зазор переноса рабочей дуги
- больший рабочий зазор
- возможность работы с покрашенным металлом.
Это более сложные и более дорогие резаки, и как правило имеют более качественный рез.
Внешне определяются по наличию клеммы (обычно красно – коричневая) для подключения проводника от сопла (при раздельном подключении) или центрального адаптера любого типа на лицевой панели аппарата.

Либо наличие на резаке проводника от сопла (часто с клеммой в виде крючка) или центрального адаптера.

Если же резак неразъёмно заведен в аппарат, то определить наличие пилотной дуги можно по типу резака, либо включив аппарат, попытаться разжечь дугу вдалеке от металла.
Классификация по способу розжига пилотной дуги
Резаки можно разделить на типы:
1. разжигаемые с помощью высоковольтного (ВВ) разряда — (HF)
2. разжигаемые без высоковольтного (ВВ) разряда — (NOHF)
В первом случае искра, требуемая для розжига пилотной дуги, образуется посредством осциллятора, высокое напряжение которого пробивает промежуток между неподвижным катодом и соплом.
Во втором случае необходимая искра возникает без осциллятора на значительно более низком напряжении в момент разрыва контакта между подвижным катодом и соплом в резаке. Разрыв происходит за счет подачи воздуха в резак.
Соответственно это конструктивное различие и может служить уверенным внешним признаком.
Раскрутив резак можно легко обнаружить подпружинивание электрода в резаках с NO HF поджигом.
Отдельной группой находятся редкие конструкции с поджиговым картриджем.
Существуют как минимум два вида осуществления подвижности электрода.
В первом – не закрепленный электрод подпружинивается пружиной на торце электрода, или пружинкой в корпусе резака, упирающейся в торец электрода.

Перемещается внутри завихрителя под воздействием потока воздуха
Во втором случае – электрод вкручивается в подвижный поршень (или на поршень), который перемещается внутри цилиндра воспринимающего давление воздуха.

Первый вариант формирует самую длинную струю плазмы.
С точки зрения применимости в станках ЧПУ, резаки под NO HF поджиг (его иногда называют «пневмо» поджиг) более предпочтительны, поскольку при работе не образуют ВЧ помех и обладают более высокими характеристиками. Кроме того, такой тип поджига продлевает срок службы расходников и обеспечивает более стабильный цикл реза, что позволяет обрабатывать изделия без предварительной очистки от ржавчины и краски.
Резаки под ВЧ поджиг (с пилотной дугой) применимы на ЧПУ станках при очень существенном ограничении – специальной организацией блока управления станка и особых мерах безопасности при работе. Поскольку при розжиге в осцилляторе образуется напряжение в несколько тысяч вольт, которое создает высокочастотные помехи на электроприборах — от станков с ЧПУ до кардиостимуляторов.