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如何選擇最适合的金屬切割工藝?在金屬加工應用領域中,用戶經常面臨如何選擇最适合的金屬切割工藝的問題。實際上,現在主流的這幾種金屬切割工藝,在切割厚度、切割精度、冶金性能、生産效率等方面都各有特點。 設備購置費用:以上幾種切割方式都需要配備不同的數控CNC、除塵設備、CAD/CAM軟件等。例如,相比水刀和火焰較慢的切割速度,激光在薄闆上就要求更高的速度和精度。這些要求會直接導緻設備成本的巨大差異。 單位零件或單位長度的切割成本:這項成本包括氣體、噴嘴、電極、電和水等。某些情況下還分攤了設備購置費用和人工成本(例如上下料)。所以在進行對比時一定要注意其範圍。相對于單位時間成本,單位零件或單位長度成本涵蓋了切割速度和生産效率,更具有實際的參考價值。 易用性:這項需求主要在于軟件(特别是CAM)和CNC數控。現在通過将專業經驗内置集成而縮短學習時間和減少對經驗的依賴。比如等離子切割領域的領導者——海寶,它将海寶等離子的全套工藝參數直接内置在海寶自己的套料軟件和CNC數控裏,新用戶能快速掌握,保持了和專業老手一緻的切割品質和生産效率。這項需求雖然很難量化,但對于實際生産絕對不容忽視。 生産率:也叫産能。切割速度往往是産能的決定因素。 切割件精度:對金屬制件精度的測量有很多方式。通常相對于内孔,對外輪廓的公差要求更低。所以現在很多金屬切割供應者都推出了切割質量更高的内孔工藝,例如海寶的集成螺栓孔切割工藝。另外,用戶通常在測量中隻測量上表面,但實際上因爲切割斜度的影響,底面的尺寸會有很大的差異。本文爲簡單起見,建議使用針對于上表面測量的正負公差值,再考慮每種工藝的切割斜度。 邊緣質量、冶金性能:上面的所有工藝對金屬切削性、成形性能和焊接性都有不同的影響。 維護要求:長期的使用成本裏需要考慮這些不同工藝的維護保養以及維護的難 易。 下面是對這些不同工藝的簡要說明,包括火焰切割、精細等離子、3kW的光纖激光和水刀。爲了對比,采用完整系統的設備購置費用,包括5‘× 10’(約1.5 m× 3m)切割區域,一台工業數控機床(既不是入門級也不是最高配置),CAD/CAM軟件。 1、火焰切割 火焰切割工藝是所有切割技術中最簡單的。其原理是先用可燃氣體加熱鋼鐵到“燃點”溫度(約1800℉),一旦通過預熱達到這個溫度,再噴射純氧與熾熱的鋼鐵産生放熱反應,迅速侵蝕掉鋼鐵。火焰切割隻能切碳鋼,多用在1/4″(約6.35mm)到 6″(約150mm) 的厚度。切割速度在超過2″(約50mm)厚度時比其他工藝快。在一台數控機床上同時安裝多把火焰割炬很容易,而且便宜,這樣能使産能翻倍。 5‘× 10’火焰切割床成本:8~18萬元人民币 (速度低的相對簡單型機床)。 單位零件或單位長度的切割成本:用氣相當多,切割速度慢。鋼闆厚度越厚,相對于等離子,其切割成本越有優勢。通常每英尺切割成本比等離子高,超過2“ (約50mm)厚度時,成本相對較低。 易用性:火焰數控切割床要求操作員很有經驗,才能達到最快的切割速度和最好的切割質量。通常還需要一直監視切割的過程。 生産率:火焰切割由于預熱時間長,切割速度慢,所以生産效率很低。 切割件精度:好的操作工在最合适的速度、高度、氣體、噴嘴情況下,切割件尺寸公差大概是正負0. 030” (約0.76mm),斜度小于1°。 邊緣質量、冶金性能:火焰切割的熱影響區很大,斷面粗糙并且有挂渣。 維護要求:火焰切割床的維護比較簡單,用戶自己就能掌握。 2、精細等離子切割 精細等離子切割是利用高溫的電離氣體産生高能量密度的切割電弧,所以能切割所有導電材料。最新的技術對操作者沒有經驗的要求。精細等離子最适合切割26 gauge(約0.45mm) 到2“(約50mm)厚的碳鋼,以及6?”(約160mm)厚度内的不鏽鋼和鋁。 5‘×10’等離子切割床成本:40~60萬元人民币(速度更快,配備調高和除塵)。 單位零件或單位長度的切割成本:在?″(約6.35mm) 到2″(約50mm)厚的碳鋼上,等離子的切割成本相對于其他工藝是最低的。 易用性:配備最新的數控和軟件後,等離子非常易學易用。由于專業的工藝參數都已經内置在套料軟件裏,所以對操作者沒有經驗要求。 生産率:厚度大于?″(約6.35mm)時,切割速度快于激光切割。厚度小于2″(約50mm)時,切割速度快于火焰切割。等離子是所有切割工藝中速度最快、效率最高的。 切割件精度:碳鋼切割件尺寸公差是正負0.015″(約0.38mm)到0.020″(約0.5mm)。對于厚度小于3/8″(約9.5mm)的薄闆,斜度在2°~3°。對于厚度大于1/2″(約12.7mm)的厚闆,斜度在1°以内。 邊緣質量、冶金性能:熱影響區很小,通常小于0.010″(約0.25mm)。斷面可焊性好,光潔無挂渣。 維護要求:維護比較簡單,用戶自己就能掌握,或隻需廠商電話支持。 3、光纖激光切割 光纖激光是目前最新的激光技術。其使用的固态激光發生器比傳統的CO2激光更高效,而且光纖激光的波長适合在細軟的光纖中傳導,比起隻能用鏡面反射傳導的CO2激光更具柔性、更易維護。高能的激光通過聚焦,熔化被切割材料,輔助氣體(切碳鋼時通常使用氧氣)吹掉熔融的金屬。一台3kW的光纖激光在切割能力和速度上相當于4~5kW的CO2激光。其切割能力一般能達到?″(約19mm)厚的碳鋼。 5' × 10‘光纖激光切割床成本:200~300萬元人民币(激光切割床要求運動精度更高,且需要遮光防護)。 單位零件或單位長度的切割成本:厚度小于?″(約6.35mm)時,激光切割成本最具優勢。随着厚度的增加,切割速度顯著降低,雖然切割質量和精度很好,但切割成本卻高于等離子。 易用性:與最新的等離子系統類似,配備最新的數控和軟件後,激光切割床也一樣易學易用,因爲所有的設置都是自動的。 生産率:在薄闆上生産效率最高,厚度增到?″(約6.35mm)時,與等離子持平。 切割件精度:最好的光纖激光切割件尺寸公差大概是正負0. 01″ (約0.25mm)内。優于等離子,可與水刀媲美。斜度在1°以内。 邊緣質量、冶金性能:熱影響區比等離子略小。 維護要求:相比之前的CO2激光,光纖激光的維護難度大幅降低,在廠商電話支持下,用戶一般可以掌握。 4、水刀 水刀技術已有數十年的曆史,從蛋糕到花崗岩材質上都有廣泛的應用。軟的材料能用純水切割,高壓水流(40,000 到 60,000 psi)由噴嘴壓縮,增加流速和能量密度。也可以在水流中加砂,砂的作用就類似于鋸的齒,在水流的推動下進行切割。當前最先進的水刀泵能達到100,000 psi的高壓水。更高的壓力意味着更快的切割速度,當然停機維護時間也會增加,因爲泵的密封需要定期更換。相對于其他切割工藝,水刀最大的兩個優勢在于沒有熱影響區和能切幾乎任何材質。另外水刀的切割精度很好。但水刀最大的劣勢在于其切割速度很慢。 5' × 10’水刀切割床成本:50~90萬元人民币(由于速度慢,所以運動性能要求低,比激光床便宜,比等離子床略貴)。 單位零件或單位長度的切割成本:由于水刀切割速度太慢,所以單位零件的切割成本相比于其他工藝是最高的。 易用性:與最新的等離子系統類似,配備最新的數控和軟件後,水刀切割床也一樣易學易用。對操作者的經驗要求很低。 生産率:切割碳鋼和不鏽鋼很慢,切鋁會快點。 切割件精度:水刀的精度是所有切割工藝中最好的,切割件尺寸公差大概是正負0. 005″(約0.13mm)内。斜度在1°以内。 邊緣質量、冶金性能:對被切割的材料冶金性能沒有影響。斷面光滑,切割質量與砂礫和切割速度有關(越慢越光滑)。 維護要求:維護比較簡單,用戶自己就能掌握。 在美國芝加哥的FabTech展上,海寶曾在1/2″(約12.7mm)的碳鋼上,同時展示了五種不同的切割工藝:空氣等離子 (Powermax105), 長壽命空氣和氧氣等離子 (MaxPro200), 精細等離子 (HPR130XD), 3kW光纖激光 (HyIntensity Fiber laser), 水刀 (HyPrecision Waterjet)。 粗看,五種工藝的切割樣件都差不多。但細看,就能發現空氣等離子切割的樣件有明顯斜度,特别是小孔。氧氣等離子的切割斜度減小,精細等離子切割幾乎看不出斜度。 誠然,隻在1/2″(約12.7mm)的碳鋼上做對比是不公平的,在這個厚度範圍,精細等離子無疑是最好的選擇。但如果我們切1/8″ (約3mm)的鋁,相信水刀和激光會更高效、精度更高。如果尺寸要求放寬,價格低廉的空氣等離子切割應該是最好的選擇。所以,先明确自己的需求和實際應用,綜合考慮本文所述的各種工藝特點,相信您一定能選擇到最适合的金屬切割工藝和設備。 |