Na cięcie metali składają się dwie metody: mechaniczna, oraz termiczna. Cięcie plazmowe należy do termicznej dziedziny, która wykorzystuje zjonizowany gaz do obróbki metalu. Jest to jedna z najpowszechniejszych technik cięcia grubych blach. Zanim jednak zagłębimy się w zalety i możliwości cięcia plazmowego, powinniśmy odpowiedzieć sobie na jeszcze jedno pytanie.
Co to jest plazma i jak przebiega cięcie plazmą?
Bez wątpienia słyszałeś o trzech podstawowych stanach materii – stałym, ciekłym i gazowym. Istnieje jednak czwarty stan skupienia. Tak, to jest plazma. Występuje ona w przyrodzie, ale głównie w górnych warstwach ziemskiej atmosfery. Słynna zorza polarna jest wynikiem działania wiatru słonecznego zbudowanego właśnie z niej. Pożary lekkie i wysokotemperaturowe zawierają również ją zawierają. To samo dotyczy naszych ciał. Łącznie, stanowi ona około 99 procent widzialnego wszechświata. W życiu codziennym spotykamy ją w telewizorach, świetlówkach i neonach oraz w przecinarkach plazmowych. Plazma jest przewodzącą prąd elektryczny, zjonizowaną substancją, podobną do gazu. Podobieństwo to wynika z faktu, iż w tym przypadku, atomy nie są ze sobą w stałym kontakcie. Jednocześnie jednak plazma zachowuje się jak ciecz, pod względem zdolności do płynięcia pod wpływem pól elektrycznych i magnetycznych. Gazy można przekształcić w plazmę poprzez intensywne ogrzewanie. Z tego powodu jest ona często nazywana gazem zjonizowanym.
Jak działa przecinarka plazmowa?
Ogólna mechanika systemu jest zawsze taka sama. Przecinarki plazmowe wykorzystują sprężone powietrze lub inne gazy, takie jak na przykład azot. Sprężony gaz styka się z elektrodami, a następnie jonizuje, tworząc wyższe ciśnienie. Gdy ono wzrasta, strumień plazmy jest popychany w kierunku głowicy tnącej. Końcówka tnąca ogranicza przepływ, tworząc strumień plazmy. Ponieważ plazma jest przewodnikiem elektrycznym, przedmiot obrabiany jest uziemiony przez stół do cięcia. Kiedy łuk plazmowy styka się z metalem, jego wysoka temperatura topi go. W tym samym czasie gaz o dużej prędkości wydmuchuje stopione fragmenty metalu.
Maszyna plazmowa – jak ją ustawić i jak dobrać prędkość cięcia plazmą?
Jeśli chodzi o samą maszynę, najważniejsze są kwestie związane z przestrzenią i bezpieczeństwem. W przeciwieństwie do wielu hobbystycznych systemów CNC, przecinarka plazmowa wymaga dużo miejsca w dobrze wentylowanym pomieszczeniu, aby mogła być bezpiecznie obsługiwana. To nie jest maszyna, którą można bezpiecznie schować w kącie jak na przykład drukarka 3D. Przestrzeń wokół maszyny jest potrzebna jako bufor chroniący przed wszelkimi zabłąkanymi iskrami. Podobnie podłogi powinny być wykonane z betonu, lub innych materiałów ognioodpornych. Gaz lub sprężarki i systemy komputerowe również wymagają miejsca. Łuk plazmowy może zakłócać działanie systemów elektronicznych, stąd też wymagane jest odpowiednie uziemienie. Komputer musi być podłączony do zasilacza awaryjnego (UPS), zapewniając tym samym stałe i niezawodne zasilanie podczas pracy przecinarki. Jeśli planujesz założyć własną przecinarkę plazmową CNC, upewnij się, że warsztat ma odpowiednią moc (zgodną ze specyfikacją).
Rodzaje gazu
Cięcie plazmowe wykorzystuje różne gazy w zależności od jakości cięcia i rodzaju materiału:
- Tlen może być stosowany do stali miękkiej o grubości do 1 1/4 cala, ale także do obróbki zgrubnej stali nierdzewnej i aluminium.
- Mieszanka argonu i wodoru jest preferowana do gładkiego cięcia stali nierdzewnej i aluminium, ponieważ zapewnia wysoką jakość cięcia.
- W mniejszych warsztatach najczęściej stosowanym gazem jest sprężone powietrze. Jest idealny do zastosowań związanych z niskim prądem cięcia metalu o grubości do cala.
- Inne gazy używane w cięciu plazmowym CNC to azot i metan, które są najczęściej używane podczas cięcia cienkiej stali nierdzewnej.
Ręczny palnik plazmowy CNC
Ręczne palniki plazmowe są tańsze, ale trudniejsze do zainstalowania na stole CNC. Zasilacze do przecinarek plazmowych przeznaczone do obsługi ręcznej są zwykle znacznie tańsze, niż te sprzedawane do cięcia zmechanizowanego. Najlepsze ręczne palniki do cięcia plazmowego CNC to warianty IPT-40 i IPT-60. Działają one dobrze przy niskiej częstotliwości uruchamiania i niedrogich materiałach eksploatacyjnych, wykorzystując centralne złącze euro a w przyszłości można je rozbudować do palników ołówkowych.
Metodyka procesu cięcia
Nie wszystkie systemy działają w ten sam sposób. Po pierwsze, istnieje wersja o niższym budżecie, powszechnie nazywana High Touch. Nie jest to odpowiednie dla przecinarek plazmowych CNC, ponieważ wysokie częstotliwości mogą zakłócać pracę nowoczesnych urządzeń i powodować problemy. Ta metoda wykorzystuje iskrę o zarówno wysokim napięciu, jak i częstotliwości. Iskrzenie powstaje w momencie, gdy palnik plazmowy dotyka metalu, zamykając obwód i tworząc tym samym plazmę. Inną opcją jest metoda zajarzenia łuku. Obwód wysokiego napięcia i niskiego prądu wytwarza iskrę wewnątrz latarki. Tworzy to łuk pilotujący, który jest niewielką ilością plazmy. Kiedy styka się on z przedmiotem obrabianym, powstaje łuk tnący a Operator może teraz rozpocząć proces cięcia. Trzecią metodą jest użycie sprężynowej głowicy palnika plazmowego. Dociśnięcie jej do przedmiotu obrabianego powoduje zwarcie, które powoduje przepływ prądu. Zwolnienie ciśnienia tworzy łuk pilotujący. Reszta sekwencji jest taka sama jak w poprzedniej metodzie. Oznacza to, że łuk styka się z przedmiotem obrabianym.
Cykl pracy
Większość małych przecinarek plazmowych, zwłaszcza tych zaprojektowanych do cięcia ręcznego, nie może pracować w sposób ciągły z maksymalnym prądem. Cykl pracy odnosi się do długości czasu, w jakim urządzenie może działać nieprzerwanie lub z przerwami na przestrzeni dziesięciu minut. Na przykład przecinarka plazmowa o cyklu pracy 70% przy 50 amperach, może pracować przez 7 z 10 minut, ale wymaga co najmniej 3-minutowej przerwy, aby utrzymać bezpieczną temperaturę roboczą. Jeśli użytkownik próbuje ciąć dłużej, niż znamionowy cykl pracy, przecinarka plazmowa może zmniejszyć moc lub całkowicie się wyłączyć. W przypadku zmechanizowanego cięcia plazmowego idealnym rozwiązaniem jest posiadanie przecinarki ze 100% cyklem pracy przy żądanym natężeniu prądu, dzięki czemu nie trzeba się martwić o opóźnienia podczas planowania ruchów. Jednak większość niedrogich przecinarek plazmowych ma cykl pracy około 40-60% przy maksymalnej mocy znamionowej, a użytkownik musi uważać, aby nie ciąć zbyt długo. Zazwyczaj wyższe cykle pracy można osiągnąć przy użyciu mniejszej mocy (mniejszy prąd). Jeśli chcesz ciąć przy 40A (do 3/8 cala materiału), zaleca się zakup przecinarki plazmowej 55 A do wyższych cykli pracy przy 40 A.
Wymagania dotyczące zasilania i powietrza
Maksymalna grubość materiału, który planujesz przeciąć, określi natężenie prądu wymagane przez przecinarkę plazmową. Z reguły przecinarka 20 A może przeciąć 1/8 cala (~ 3,1 mm) materiału, przy czym każde dodatkowe 10 A prądu dodaje 1/8 cala pojemności. Na przykład 30A przejdzie przez 1/4″, 40A przejdzie przez 3/8″ itp. To może być oczywiste, ale grubszy metal jest cięższy. Być może chcesz mieć możliwość cięcia materiału o grubości 1 cala (~25,4 mm), ale czy twój stół jest w stanie utrzymać ciężar tego materiału? Jeśli tak, czy dysponujesz odpowiednimi narzędziami do załadunku i rozładunku ciężkich elementów (np. podnośników)? Jeśli zdecydujesz się na wysokoprądową przecinarkę plazmową, czy Twój budynek ma gniazdko, które może dostarczyć odpowiednią ilość prądu bez uruchamiania wyłącznika? Jeśli odpowiedź brzmi „nie”, będziesz musiał użyć okablowania elektrycznego o odpowiednim przekroju, a nawet zainstalować dodatkowy panel zasilania. Przecinarka plazmowa nie tylko zużywa energię elektryczną, ale także sprężone powietrze. Sprężone powietrze z dyszy przecinarki plazmowej służy do wydmuchiwania stopionego materiału podczas procesu cięcia. Utrzymuje również palnik w chłodzie i kieruje strumień plazmy do ciasnej kolumny w celu precyzyjnego cięcia. Niewłaściwa sprężarka powietrza spowoduje złe wyniki cięcia. Zapotrzebowanie na moc i powietrze przecinarki plazmowej to jedne z największych przeszkód do pokonania przez hobbystów CNC. Stają się one mniej uciążliwe, jeśli trzymasz się cięcia cienkich materiałów.
Zalety i Wady cięcia plazmowego
Zalety
- Możliwość obróbki wszystkich materiałów przewodzących. Cięcie tlenowo-paliwowe nadaje się również do grubych metali, ale jest ograniczone do metali żelaznych.
- Doskonała jakość do grubości od 50mm do 150mm.
- Cięcia średniej grubości są stosunkowo niedrogie.
- Najlepszy sposób na cięcie średniej i grubej stali nierdzewnej i aluminium.
- Maszyny CNC zapewniają wysoką precyzję i powtarzalność.
- Możliwość cięcia w wodzie, zmniejszając przy tym strefę wpływu ciepła, jak i również poziom hałasu.
- Krawędź tnąca jest mniejsza w porównaniu do cięcia płomieniowego.
- Szybkość cięcia jest większa, niż w przypadku cięcia tlenem.
- Manipulując parametrami, ta sama maszyna może być także używana do spawania plazmowego.
Wady
- HAZ* jest większy w porównaniu z cięciem laserowym.
- Cięte arkusze nie są tak wysokiej jakości, a tolerancja nie jest tak precyzyjna, jak przy cięciu laserowym.
- Nie osiąga grubości cięcia płomieniem lub strumieniem wody.
- Szersze krawędzie, niż przy cięciu laserowym.
*Strefa wpływu ciepła (HAZ) to nie stopiony obszar metalu, który uległ zmianie właściwości materiałowych w wyniku wystawienia na działanie wysokiej temperatury. Te zmiany właściwości materiału są zwykle wynikiem spawania lub cięcia z wysoką temperaturą. Strefa wpływu ciepła jest obszarem pomiędzy spoiną lub cięciem a bazowym (nienaruszonym) metalem rodzimym.
Do prawidłowej pracy przecinarki plazmowej potrzeba zastosowania odpowiednich parametrów cięcia, optymalny dobór gazów plazmowych i właściwe natężenie przepływu gazu plazmowego. Mamy nadzieję, że po przeczytaniu powyższego poradnika znajdziesz odpowiedzi na te pytania.