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光纤激光切割和几种金属切割工艺对比分析

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人气:-发表时间:2016-08-15 09:46【

导读: 本文也不能穷尽所有切割工艺的特点及细节,只能做些概述总结,希望能给您带来更好的认识。

  在金属加工应用领域中,用户经常面临如何选择最适合的金属切割工艺的问题。 实际上,现在主流的这几种金属切割工艺,在切割厚度,切割精度,冶金性能,生产效率等方面都各有特点。

  本文也不能穷尽以上所有特点细节,只能做些概述总结,希望能给您带来更好的认识。

  在我们讨论每种工艺的技术和能力之前,我们必须先明确对于金属加工行业的用户,哪些需求是最重要的:

  设备购置费用:以上几种切割方式都需要配备不同的数控CNC,除尘设备,CAD/CAM软件等。例如,相比水刀和火焰较慢的切割速度,激光在薄板上就要求更高的速度和精度。这些要求会直接导致设备成本的巨大差异。

  单位零件或单位长度的切割成本:这项成本包括气体、喷嘴、电极、电和水等。某些情况下还分摊了设备购置费用和人工成本(例如上下料)。所以在进行对比时一定要注意其范围。相对于单位时间成本,单位零件或单位长度成本涵盖了切割速度和生产效率,更具有实际的参考价值。

  易用性:这项需求主要在于软件(特别是CAM)和CNC数控。现在通过将专业经验内置集成而缩短学习时间和减少对经验的依赖。比如领域的领导者--高能,它将高能激光的全套工艺参数直接内置在高能自己的套料软件和CNC数控里,新用户能快速掌握,保持了和专业老手一致的切割品质和生产效率。这项需求虽然很难量化,但对于实际生产绝对不容忽视。

  生产率:也叫产能。切割速度往往是产能的决定因素。

  切割件精度:对金属制件精度的测量有很多方式。通常相对于内孔,对外轮廓的公差要求更低。所以现在很多金属切割供应者都推出了切割质量更高的内孔工艺,例如海宝的集成螺栓孔切割工艺。另外,用户通常在测量中只测量上表面,但实际上因为切割斜度的影响,底面的尺寸会有很大的差异。本文为简单起见,建议使用针对于上表面测量的正负公差值,再考虑每种工艺的切割斜度。

  边缘质量、冶金性能:上面的所有工艺对金属切削性、成型性能和焊接性都有不同的影响。

  维护要求:长期的使用成本里需要考虑这些不同工艺的维护保养以及维护的难易。

  下面是对这些不同工艺的简要说明,包括火焰切割,精细等离子,3千瓦的光纤激光和水刀。为了对比,我会采用完整系统的设备购置费用,包括5’ x 10’(约1.5 x 3米)切割区域,一台工业数控机床(既不是入门级也不是最高配置),CAD/CAM软件。

  1 火焰切割

  火焰切割工艺是我们这里讨论的所有切割技术中最简单的。其原理是先用可燃气体加热钢铁到“燃点”温度(大约是1800F),一旦通过预热达到这个温度,再喷射纯氧与炽热的钢铁产生放热反应,迅速侵蚀掉钢铁。火焰只能切碳钢,多用在1/4”(约6.35mm)到 6” (约150mm) 的厚度。切割速度在超过2” (约50mm)厚度时比其他工艺快。在一台数控机床上同时安装多把火焰割炬很容易,而且便宜,这样能使产能翻倍。

  5’ x 10’火焰切割床成本:8--18万人民币 (速度低的相对简单型机床)单位零件或单位长度的切割成本:用气相当多,切割速度慢。钢板厚度越厚,相对于等离子,其切割成本越有优势。通常每英尺切割成本比等离子高,超过2” (约50mm)厚度时,成本相对较低。

  易用性:火焰数控切割床要求操作员很有经验,才能达到最快的切割速度和最好的切割质量。通常还需要一直监视切割的过程。

  生产率:火焰切割由于预热时间长,切割速度慢,所以生产效率很低。

  切割件精度:好的操作工在最合适的速度、高度、气体、喷嘴情况下,切割件尺寸公差大概是正负0. 030” (约0.76mm),斜度小于1度。

  边缘质量、冶金性能:火焰切割的热影响区很大。断面粗糙并且有挂渣。

  维护要求:火焰切割床的维护比较简单,用户自己就能掌握。

  2 精细等离子

  精细等离子是利用高温的电离气体产生高能量密度的切割电弧,所以能切割所有导电材料。最新的技术对操作者没有经验的要求。精细等离子最适合切割26 gauge(约0.45mm) 到2”(约50mm)厚的碳钢,以及160mm厚度内的不锈钢和铝。

  5’ x 10’等离子切割床成本:40--60万人民币(速度更快,配备调高和除尘)单位零件或单位长度的切割成本:约6.35mm到2”(约50mm)厚的碳钢上,等离子的切割成本相对于其他工艺是最低的。

  易用性:配备最新的数控和软件后,等离子非常易学易用。由于专业的工艺参数都已经内置在套料软件里,所以对操作者没有经验要求。

  生产率:厚度大于约6.35mm时,切割速度快于激光。厚度小于2”(约50mm)时,切割速度快于火焰。等离子是所有切割工艺中速度最快、效率最高的。

  切割件精度:碳钢切割件尺寸公差大概是正负0. 015” (约0.38mm) 到0.020”(约0.5mm)。对于厚度小于3/8” (约9.5mm)的薄板,斜度在2-3度。对于厚度大于1/2”(约12.7mm)的厚板,斜度在1度以内。

  边缘质量、冶金性能:热影响区很小,通常小于0.010” (约0.25mm)。断面可焊性好,光洁无挂渣。

      

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