Vous êtes-vous déjà demandé comment réaliser des coupes impeccables avec les machines à plasma CNC ? La clé réside dans la maîtrise des paramètres de découpe. Cet article aborde les aspects essentiels tels que le courant de coupe, la vitesse et le débit de gaz, et vous offre le savoir-faire nécessaire pour améliorer la précision et l'efficacité de votre découpe. En comprenant ces paramètres, vous serez en mesure d'optimiser votre processus de découpe plasma CNC, ce qui vous permettra d'obtenir des résultats de grande qualité à chaque fois. Prêt à transformer vos compétences en matière de découpe ? Lisez la suite pour en découvrir les secrets.
La sélection des paramètres du processus de découpe pour les machines de découpe plasma CNC est cruciale pour la qualité, la vitesse et l'efficacité des résultats de la découpe.
Pour utiliser correctement une machine plasma CNC en vue d'une découpe rapide et de haute qualité, il est essentiel de bien comprendre et maîtriser les paramètres du processus de découpe.
Le courant de coupe est le paramètre le plus critique dans le processus de coupe au plasma, car il influence directement l'épaisseur et la vitesse de la coupe, déterminant ainsi la capacité de coupe. Les effets du courant de coupe sont les suivants :
La plage de vitesse de coupe optimale peut être déterminée selon les instructions de l'équipement ou par expérimentation. Divers facteurs tels que l'épaisseur et le type de matériau, le point de fusion, la conductivité thermique et la tension superficielle après la fusion influencent la vitesse de coupe. Les principaux effets de la vitesse de coupe sont les suivants :
La tension de l'arc, généralement considérée comme la tension de coupe, est un autre paramètre crucial du découpage au plasma. Les machines de coupage plasma à l'arc fonctionnent généralement avec une tension à vide et une tension de travail élevées. Les effets de la tension d'arc sont les suivants :
Lors du découpage à l'arc plasma, la sélection et la gestion des gaz de travail sont cruciales pour obtenir des performances de découpage optimales. Les gaz de travail comprennent généralement le gaz de coupe, le gaz auxiliaire et, dans certains cas, le gaz de démarrage. Le gaz de travail approprié doit être sélectionné en fonction du type, de l'épaisseur et de la méthode de découpe du matériau traité.
Le gaz de coupe remplit plusieurs fonctions essentielles :
Le débit de gaz est un paramètre critique qui doit être soigneusement contrôlé :
Par conséquent, le débit de gaz doit être bien coordonné avec le courant et la vitesse de coupe pour maintenir l'efficacité et la qualité de la coupe.
La plupart des machines modernes de coupage plasma à l'arc contrôlent le débit de gaz en ajustant la pression du gaz. Lorsque l'ouverture de la buse est fixe, le contrôle de la pression du gaz permet de contrôler efficacement le débit. La pression de gaz nécessaire pour découper une épaisseur de matériau spécifique est généralement fournie par le fabricant de l'équipement. Pour les applications spéciales, la pression du gaz peut devoir être déterminée par des essais de coupe réels.
Les gaz de travail les plus couramment utilisés pour le découpage à l'arc plasma sont les suivants :
Chaque gaz ou mélange de gaz possède des propriétés spécifiques qui le rendent adapté à différents matériaux et conditions de coupe. Par exemple :
Le gaz argon présente une réactivité minimale avec les métaux à haute température, ce qui contribue à la stabilité de l'arc plasma. La longévité de la buse et de l'électrode est également améliorée par l'utilisation de l'argon. Cependant, l'arc plasma argon fonctionne à une tension plus faible et a une valeur enthalpique relativement basse, ce qui limite sa capacité de découpe. Par rapport au découpage à l'air, l'épaisseur de coupe réalisable avec l'argon diminue d'environ 25%. En outre, dans un environnement protégé par l'argon, la tension superficielle du métal en fusion est supérieure d'environ 30% à celle d'un environnement à l'azote, ce qui peut entraîner une plus grande formation de scories. Même mélangé à d'autres gaz, l'argon a tendance à produire des scories collantes, ce qui rend l'argon pur moins favorable au découpage au plasma.
L'hydrogène est généralement utilisé comme gaz auxiliaire en combinaison avec d'autres gaz. Un exemple notable est le gaz H35, qui se compose de 35% d'hydrogène et de 65% d'argon. Ce mélange est très efficace pour le découpage à l'arc plasma en raison de l'augmentation significative de la tension de l'arc fournie par l'hydrogène, qui produit un jet de plasma à haute enthalpie. Combiné à l'argon, l'efficacité du découpage est nettement améliorée. Pour couper des matériaux métalliques d'une épaisseur supérieure à 70 mm, un mélange argon-hydrogène est couramment utilisé. L'efficacité de la découpe peut être encore améliorée en utilisant un jet d'eau pour comprimer l'arc plasma argon-hydrogène.
L'azote est un gaz de travail largement utilisé pour le découpage au plasma. Sous des tensions d'alimentation élevées, les arcs plasma à l'azote offrent une meilleure stabilité et une énergie de jet plus élevée que l'argon. L'azote est donc particulièrement efficace pour couper des matériaux à haute viscosité tels que l'acier inoxydable et les alliages à base de nickel, avec une formation minimale de scories. L'azote peut être utilisé seul ou mélangé à d'autres gaz. Dans les processus de découpe automatisés, l'azote ou l'air sont souvent utilisés, ce qui en fait des gaz standard pour la découpe à grande vitesse de l'acier au carbone. L'azote est également utilisé comme gaz d'amorçage de l'arc dans le découpage au plasma d'oxygène.
L'oxygène peut augmenter de manière significative la vitesse de coupe de l'acier à faible teneur en carbone. Le mécanisme de découpage à l'oxygène est similaire à celui de l'oxycoupage, où l'arc de plasma à haute température et à haute énergie accélère le processus de découpage. Cependant, l'oxygène doit être utilisé avec des électrodes résistantes à l'oxydation à haute température et protégées contre les chocs lors de l'amorçage de l'arc, afin de prolonger leur durée de vie.
L'air, qui contient environ 78% d'azote et 21% d'oxygène, produit une formation de scories similaire à celle de l'azote lorsqu'il est utilisé pour le découpage. La présence d'oxygène dans l'air augmente la vitesse de coupe de l'acier à faible teneur en carbone. L'air est également le gaz de travail le plus économique. Cependant, l'utilisation de l'air seul pour le découpage peut entraîner des problèmes tels que la formation de scories, l'oxydation et l'augmentation de l'azote sur les arêtes de coupe. La durée de vie réduite des électrodes et des buses peut également avoir un impact sur l'efficacité du travail et augmenter les coûts de coupe.
La hauteur de la buse correspond à la distance entre la face frontale de la buse et la surface de coupe. Cette distance est un paramètre critique dans le découpage à l'arc plasma, car elle influence la longueur totale de l'arc et, par conséquent, la performance du découpage.
Le découpage à l'arc plasma utilise généralement des sources d'énergie à courant constant ou à chute abrupte. Lorsque la hauteur de la buse augmente, le courant reste relativement stable. Cependant, la longueur de l'arc augmente, ce qui entraîne une hausse de la tension de l'arc et, par conséquent, de la puissance de l'arc. Cette augmentation de la puissance de l'arc est contrebalancée par la perte d'énergie de la colonne d'arc exposée à l'environnement.
L'interaction entre l'augmentation de la puissance de l'arc et la perte d'énergie peut entraîner une réduction de l'énergie de coupe effective. Cette réduction se manifeste de plusieurs manières :
Pour améliorer la vitesse et la qualité de la coupe, il est généralement avantageux de maintenir une hauteur de buse aussi faible que possible. Toutefois, une hauteur de buse trop faible peut entraîner la formation d'arcs doubles, qui nuisent au processus de coupe.
L'utilisation de buses extérieures en céramique peut atténuer les problèmes liés à la faible hauteur des buses. Ces buses permettent à l'extrémité de la buse d'entrer directement en contact avec la surface à découper, ce qui a pour effet de ramener la hauteur de la buse à zéro. Cette configuration permet d'obtenir d'excellents résultats de coupe en minimisant la longueur de l'arc et en maximisant l'énergie de coupe effective.
Pour obtenir un arc plasma à haute compression pour le découpage, la buse de découpage utilise une petite ouverture de buse, une longueur d'alésage étendue et des mécanismes de refroidissement améliorés. Ces caractéristiques augmentent collectivement le courant traversant la section efficace de la buse, ce qui accroît la densité de puissance de l'arc. Toutefois, cette compression entraîne également une perte de puissance accrue de l'arc. Par conséquent, l'énergie réellement utilisée pour la coupe est inférieure à la puissance fournie par la source d'énergie, avec un taux de perte typique compris entre 25% et 50%.
Certaines méthodes, telles que le découpage à l'arc plasma par compression d'eau, peuvent présenter des taux de perte d'énergie plus élevés. Ce facteur doit être pris en compte lors de la conception des paramètres du processus de coupe ou de l'évaluation économique des coûts de coupe.
Dans les applications industrielles, l'épaisseur des tôles est généralement inférieure à 50 mm. Dans cette plage, le découpage à l'arc plasma conventionnel produit souvent des coupes dont le bord supérieur est plus grand et le bord inférieur plus petit. Cet écart peut réduire la précision de la taille de l'incision et nécessiter un travail de traitement supplémentaire.
Lors de l'utilisation du découpage à l'arc plasma à l'oxygène et à l'azote pour des matériaux tels que l'acier au carbone, l'aluminium et l'acier inoxydable, les observations suivantes peuvent être faites :
La cause principale de l'erreur d'angle est attribuée à l'apport de chaleur inégal du jet de plasma sur la surface de coupe. L'énergie libérée par l'arc plasma est plus concentrée dans la partie supérieure de l'incision que dans la partie inférieure. Ce déséquilibre de la libération d'énergie est influencé par plusieurs paramètres du processus, notamment le degré de compression de l'arc plasma, la vitesse de coupe et la distance entre la buse et la pièce.
L'augmentation du degré de compression de l'arc permet d'étendre le jet de plasma à haute température, formant ainsi une zone à haute température plus uniforme. Cela augmente également la vitesse du jet, ce qui peut réduire la différence de largeur entre les bords supérieur et inférieur de l'incision. Cependant, une compression excessive des buses conventionnelles peut entraîner des arcs doubles, qui non seulement consomment les électrodes et les buses, mais dégradent également la qualité de l'incision et risquent d'interrompre le processus de coupe.
En outre, une vitesse de coupe et une hauteur de buse excessives peuvent exacerber la différence de largeur entre les bords supérieur et inférieur de l'incision. Il est donc essentiel d'optimiser soigneusement ces paramètres pour obtenir des coupes de haute qualité avec une erreur d'angle et une différence de largeur minimales.
Le processus consiste à créer un canal électrique de gaz surchauffé et ionisé électriquement (plasma) à partir du dispositif de coupe au plasma à travers la pièce à usiner, la coupant ainsi. Les paramètres du découpage au plasma peuvent varier en fonction du type de gaz plasma et du courant de découpage utilisé. Vous trouverez ci-dessous les paramètres optimisés pour le découpage de l'acier à faible teneur en carbone à l'aide de différents gaz plasmatiques :
| Sélectionner le gaz | Régler le débit d'air de coupe | Epaisseur du matériau | Tension d'arc | Distance entre la torche de coupe et la pièce à usiner | Vitesse de coupe | Hauteur initiale du perçage | Délai de perçage | |||
| Plasma | Gaz protecteur | Plasma | Gaz protecteur. | mm | Tension | mm | mm/min | mm | Coefficient % | Deuxième |
| Air | Air | 72 | 35 | 3 | 136 | 3.1 | 6000 | 6.2 | 200 | 0.1 |
| 4 | 137 | 3.1 | 4930 | 6.2 | 200 | 0.2 | ||||
| 6 | 138 | 3.6 | 3850 | 7.2 | 200 | 0.3 | ||||
| 10 | 142 | 4.1 | 2450 | 8.2 | 200 | 0.5 | ||||
| 12 | 144 | 4.1 | 2050 | 8.2 | 200 | 0.5 | ||||
| 15 | 150 | 4.6 | 1450 | 9.2 | 200 | 0.8 | ||||
| 20 | 153 | 4.6 | 810 | 10.5 | 230 | 1.2 | ||||
| 25 | 163 | 4.6 | 410 | Commencer par le bord | ||||||
| 32 | 170 | 5.1 | 250 | |||||||
| Sélectionner le gaz | Régler le débit d'air de coupe | Epaisseur du matériau | Tension d'arc | Distance entre la torche de coupe et la pièce à usiner | Vitesse de coupe | Hauteur initiale du perçage | Délai de perçage | |||
| Plasma | Gaz protecteur | Plasma | Gaz protecteur | mm | Tension | mm | mm/min | mm | Coefficient% | Deuxième |
| Oxygène | Air | 65 | 48 | 3 | 128 | 2.5 | 6500 | 5.0 | 200 | 0.1 |
| 4 | 129 | 2.8 | 5420 | 5.6 | 200 | 0.2 | ||||
| 6 | 130 | 2.8 | 4000 | 5.6 | 200 | 0.3 | ||||
| 10 | 134 | 3.0 | 2650 | 6.0 | 200 | 0.3 | ||||
| 12 | 136 | 3.0 | 2200 | 6.0 | 200 | 0.5 | ||||
| 15 | 141 | 3.8 | 1650 | 7.6 | 200 | 0.7 | ||||
| 43 | 20 | 142 | 3.8 | 1130 | 7.6 | 200 | 1.0 | |||
| 25 | 152 | 4.0 | 675 | 8.0 | 200 | 1.5 | ||||
| 32 | 155 | 4.5 | 480 | Commencer par le bord | ||||||
| 38 | 160 | 4.5 | 305 | |||||||
En respectant ces paramètres et considérations, vous pouvez réaliser des coupes efficaces et de haute qualité lorsque vous travaillez l'acier à faible teneur en carbone avec la technologie du découpage au plasma.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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