Vi siete mai chiesti come ottenere tagli impeccabili con le macchine al plasma CNC? La chiave è la padronanza dei parametri di taglio. Questo articolo approfondisce aspetti essenziali come la corrente di taglio, la velocità e il flusso di gas, offrendovi il know-how necessario per migliorare la precisione e l'efficienza del taglio. Grazie alla comprensione di questi parametri, sarete in grado di ottimizzare il vostro processo di taglio al plasma CNC, garantendo sempre risultati di alta qualità. Siete pronti a trasformare le vostre capacità di taglio? Continuate a leggere per scoprire i segreti.
La selezione dei parametri del processo di taglio per le macchine di taglio al plasma CNC è fondamentale per la qualità, la velocità e l'efficienza dei risultati di taglio.
Per utilizzare correttamente una macchina al plasma CNC per un taglio rapido e di alta qualità, è essenziale avere una profonda conoscenza e padronanza dei parametri del processo di taglio.
La corrente di taglio è il parametro più critico nel processo di taglio al plasma, in quanto influenza direttamente lo spessore e la velocità del taglio, determinando così la capacità di taglio. Gli effetti della corrente di taglio sono i seguenti:
L'intervallo di velocità di taglio ottimale può essere determinato in base alle istruzioni dell'apparecchiatura o attraverso la sperimentazione. La velocità di taglio è influenzata da diversi fattori, quali lo spessore del materiale, il tipo di materiale, il punto di fusione, la conducibilità termica e la tensione superficiale dopo la fusione. Gli effetti principali della velocità di taglio sono i seguenti:
La tensione dell'arco, tipicamente considerata la tensione di taglio, è un altro parametro cruciale nel taglio al plasma. Le macchine per il taglio al plasma funzionano solitamente con una tensione a vuoto e una tensione di lavoro elevate. Gli effetti della tensione d'arco sono i seguenti:
Nel taglio al plasma, la selezione e la gestione dei gas di lavoro sono fondamentali per ottenere prestazioni di taglio ottimali. I gas di lavoro comprendono in genere il gas di taglio, il gas ausiliario e, in alcuni casi, il gas di avviamento. Il gas di lavoro appropriato deve essere selezionato in base al tipo, allo spessore e al metodo di taglio del materiale da lavorare.
Il gas di taglio svolge diverse funzioni essenziali:
La portata del gas è un parametro critico che deve essere attentamente controllato:
Pertanto, la portata del gas deve essere ben coordinata con la corrente e la velocità di taglio per mantenere l'efficienza e la qualità del taglio.
La maggior parte delle moderne macchine per il taglio al plasma ad arco controlla la portata del gas regolando la pressione del gas. Quando l'apertura dell'ugello è fissa, la regolazione della pressione del gas controlla efficacemente la portata. La pressione del gas necessaria per il taglio di uno specifico spessore di materiale viene solitamente fornita dal produttore dell'apparecchiatura. Per applicazioni speciali, può essere necessario determinare la pressione del gas attraverso prove di taglio reali.
I gas di lavoro più comunemente utilizzati nel taglio al plasma sono i seguenti:
Ogni gas o miscela di gas ha proprietà specifiche che lo rendono adatto a diversi materiali e condizioni di taglio. Ad esempio:
Il gas argon presenta una reattività minima con i metalli ad alte temperature, contribuendo a creare un arco di plasma altamente stabile. L'utilizzo dell'argon aumenta anche la durata dell'ugello e dell'elettrodo. Tuttavia, l'arco di plasma ad argon funziona a una tensione inferiore e ha un valore di entalpia relativamente basso, che ne limita la capacità di taglio. Rispetto al taglio con aria, lo spessore di taglio ottenibile con l'argon diminuisce di circa 25%. Inoltre, in un ambiente protetto dall'argon, la tensione superficiale del metallo fuso è più alta di circa 30% rispetto a quella dell'azoto, con conseguente potenziale formazione di scorie. Anche se miscelato con altri gas, l'argon tende a produrre scorie appiccicose, rendendo il gas argon puro meno favorevole per il taglio al plasma.
L'idrogeno gassoso è tipicamente utilizzato come gas ausiliario in combinazione con altri. Un esempio significativo è il gas H35, che consiste in idrogeno 35% e argon 65%. Questa miscela è molto efficace nel taglio ad arco plasma grazie al significativo aumento della tensione dell'arco fornito dall'idrogeno, che determina un getto di plasma ad alta entalpia. In combinazione con l'argon, l'efficienza di taglio è notevolmente migliorata. Per il taglio di materiali metallici di spessore superiore a 70 mm, viene comunemente utilizzata una miscela argon-idrogeno. L'efficienza di taglio può essere ulteriormente migliorata utilizzando un getto d'acqua per comprimere l'arco di plasma argon-idrogeno.
L'azoto è un gas di lavoro ampiamente utilizzato nel taglio al plasma. In presenza di tensioni di alimentazione elevate, gli archi di plasma di azoto offrono una migliore stabilità e una maggiore energia del getto rispetto all'argon. Ciò rende l'azoto particolarmente efficace per il taglio di materiali ad alta viscosità come l'acciaio inossidabile e le leghe a base di nichel, con una formazione minima di scorie. L'azoto può essere utilizzato da solo o in miscela con altri gas. Nei processi di taglio automatizzati si utilizza spesso l'azoto o l'aria, gas standard per il taglio ad alta velocità dell'acciaio al carbonio. L'azoto viene utilizzato anche come gas di innesco dell'arco nel taglio al plasma con ossigeno.
L'ossigeno può aumentare significativamente la velocità di taglio dell'acciaio a basso tenore di carbonio. Il meccanismo di taglio con l'ossigeno è simile a quello del taglio alla fiamma, dove l'arco di plasma ad alta temperatura e ad alta energia accelera il processo di taglio. Tuttavia, l'ossigeno deve essere utilizzato con elettrodi resistenti all'ossidazione ad alta temperatura e protetti dagli urti durante l'innesco dell'arco per prolungarne la durata.
L'aria, contenente circa 78% di azoto e 21% di ossigeno, produce una formazione di scorie simile a quella dell'azoto quando viene utilizzata per il taglio. La presenza di ossigeno nell'aria aumenta la velocità di taglio dell'acciaio a basso tenore di carbonio. L'aria è anche il gas di lavoro più economico. Tuttavia, l'utilizzo della sola aria per il taglio può causare problemi quali la formazione di scorie, l'ossidazione e l'aumento di azoto sui bordi di taglio. La riduzione della durata degli elettrodi e degli ugelli può inoltre influire sull'efficienza del lavoro e aumentare i costi di taglio.
L'altezza dell'ugello si riferisce alla distanza tra la faccia terminale dell'ugello e la superficie di taglio. Questa distanza è un parametro critico nel taglio ad arco al plasma, poiché influenza la lunghezza complessiva dell'arco e, di conseguenza, le prestazioni di taglio.
Il taglio con arco al plasma impiega tipicamente sorgenti di potenza con caratteristiche di corrente costante o di forte caduta. Quando l'altezza dell'ugello aumenta, la corrente rimane relativamente stabile. Tuttavia, la lunghezza dell'arco aumenta, determinando un aumento della tensione dell'arco e, quindi, della potenza dell'arco. Questo aumento della potenza dell'arco è controbilanciato dalla perdita di energia della colonna d'arco esposta all'ambiente.
L'interazione tra l'aumento della potenza dell'arco e la perdita di energia può determinare una riduzione dell'energia di taglio effettiva. Questa riduzione si manifesta in diversi modi:
Per migliorare la velocità e la qualità del taglio, è generalmente vantaggioso mantenere l'altezza dell'ugello più bassa possibile. Tuttavia, se l'altezza dell'ugello è troppo bassa, può portare alla formazione di archi doppi, che sono dannosi per il processo di taglio.
L'utilizzo di ugelli esterni in ceramica può attenuare i problemi associati alle basse altezze degli ugelli. Questi ugelli consentono alla faccia terminale dell'ugello di entrare direttamente in contatto con la superficie di taglio, azzerando di fatto l'altezza dell'ugello. Questa configurazione consente di ottenere risultati di taglio eccellenti, riducendo al minimo la lunghezza dell'arco e massimizzando l'energia di taglio effettiva.
Per ottenere un arco di plasma ad alta compressione per il taglio, l'ugello di taglio impiega un'apertura ridotta, una lunghezza del foro maggiore e meccanismi di raffreddamento potenziati. Queste caratteristiche aumentano complessivamente la corrente che passa attraverso l'area della sezione trasversale effettiva dell'ugello, aumentando così la densità di potenza dell'arco. Tuttavia, questa compressione comporta anche una maggiore perdita di potenza dell'arco. Di conseguenza, l'energia effettivamente utilizzata per il taglio è inferiore alla potenza erogata dalla fonte di alimentazione, con un tasso di perdita tipico compreso tra 25% e 50%.
Alcuni metodi, come il taglio ad arco plasma a compressione d'acqua, possono presentare tassi di perdita di energia più elevati. Questo fattore deve essere preso in considerazione quando si progettano i parametri del processo di taglio o si eseguono valutazioni economiche dei costi di taglio.
Nelle applicazioni industriali, gli spessori delle lamiere sono generalmente inferiori a 50 mm. In questo intervallo, il taglio al plasma convenzionale produce spesso tagli con un bordo superiore più grande e un bordo inferiore più piccolo. Questa discrepanza può ridurre l'accuratezza delle dimensioni dell'incisione e rendere necessario un ulteriore lavoro di lavorazione.
Quando si utilizza il taglio al plasma con ossigeno e azoto per materiali come l'acciaio al carbonio, l'alluminio e l'acciaio inossidabile, si possono fare le seguenti osservazioni:
La causa principale dell'errore angolare è attribuita all'apporto di calore non uniforme del getto di plasma sulla superficie di taglio. Il rilascio di energia dell'arco di plasma è più concentrato nella parte superiore dell'incisione rispetto alla parte inferiore. Questo squilibrio nel rilascio di energia è influenzato da diversi parametri di processo, tra cui il grado di compressione dell'arco di plasma, la velocità di taglio e la distanza ugello-pezzo.
Aumentando il grado di compressione dell'arco si può estendere il getto di plasma ad alta temperatura, formando un'area ad alta temperatura più uniforme. Inoltre, aumentando la velocità del getto, si può ridurre la differenza di larghezza tra i bordi superiore e inferiore dell'incisione. Tuttavia, un'eccessiva compressione degli ugelli convenzionali può portare a doppi archi, che non solo consumano elettrodi e ugelli, ma degradano anche la qualità dell'incisione e potenzialmente arrestano il processo di taglio.
Inoltre, una velocità di taglio e un'altezza dell'ugello eccessive possono esacerbare la differenza di larghezza tra i bordi superiore e inferiore dell'incisione. Pertanto, un'attenta ottimizzazione di questi parametri è fondamentale per ottenere tagli di alta qualità con un errore angolare e una discrepanza di larghezza minimi.
Il processo prevede la creazione di un canale elettrico di gas surriscaldato ed elettricamente ionizzato (plasma) dalla taglierina al plasma attraverso il pezzo da tagliare. I parametri per il taglio al plasma possono variare in base al tipo di gas plasma e alla corrente di taglio utilizzata. Di seguito sono riportati i parametri ottimizzati per il taglio di acciaio a basso tenore di carbonio utilizzando diversi gas plasma:
| Seleziona il gas | Impostazione del flusso d'aria di taglio | Spessore del materiale | Tensione d'arco | Distanza dalla torcia di taglio al pezzo | Velocità di taglio | Altezza iniziale di perforazione | Ritardo di perforazione | |||
| Plasma | Gas protettivo | Plasma | Gas protettivo. | mm | Tensione | mm | mm/min | mm | Coefficiente % | Secondo |
| Aria | Aria | 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 | Iniziare dal bordo | ||||||
| 32 | 170 | 5.1 | 250 | |||||||
| Seleziona il gas | Impostazione del flusso d'aria di taglio | Spessore del materiale | Tensione d'arco | Distanza dalla torcia di taglio al pezzo | Velocità di taglio | Altezza iniziale di perforazione | Ritardo di perforazione | |||
| Plasma | Gas protettivo | Plasma | Gas protettivo | mm | Tensione | mm | mm/min | mm | Coefficiente% | Secondo |
| Ossigeno | Aria | 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 | Iniziare dal bordo | ||||||
| 38 | 160 | 4.5 | 305 | |||||||
Rispettando questi parametri e considerazioni, è possibile ottenere tagli efficienti e di alta qualità quando si lavora con acciaio a basso tenore di carbonio utilizzando la tecnologia di taglio al plasma.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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