آلة القطع بالبلازما CNC: تحليل تحسين العملية

مع التطور المستمر لتكنولوجيا القطع بالبلازما، أصبح استخدام آلات قطع البلازما CNC أصبحت منتشرة على نحو متزايد.

ما هي آلة قطع البلازما CNC

ال آلة قطع البلازما CNC تعد هذه الآلة واحدة من معدات القطع والقطع الأساسية المستخدمة في تصنيع الألواح ذات السماكة المتوسطة والصغيرة. وتوفر العديد من الفوائد، مثل التشغيل السهل والدقة العالية وكفاءة العمل العالية وكثافة العمالة المنخفضة.

ويتم استخدامه على نطاق واسع في مختلف الصناعات، بما في ذلك الصناعة الكيميائية، وصناعة السيارات، وصناعة الآلات، وصناعة النقل بالسكك الحديدية، وغيرها.

عندما تفشل طرق القطع التقليدية في قطع المواد الصلبة، تصبح آلات القطع البلازمية ذات التحكم الرقمي مفيدة.

من حيث سرعة القطع، عند قطع صفائح الفولاذ الكربوني متوسطة وصغيرة السمك، تكون سرعة قطع البلازما CNC أسرع من سرعة القطع باللهب التقليدي، ويظل سطح القطع أملسًا مع أدنى حد من التشوه الساخن.

علاوة على ذلك، فإن طريقة القطع البلازمي باستخدام الحاسب الآلي هي خيار أكثر فعالية من حيث التكلفة من القطع بالليزر.

مبدأ القطع بالبلازما

تعمل آلة القطع بالبلازما عن طريق تأين خليط من الغازات من خلال قوس عالي التردد. ثم يتم طرد هذا الغاز المؤين، أو البلازما، من فوهة القطع بسبب ضغط الغاز.

تكون درجة حرارة البلازما مرتفعة للغاية، وتتجاوز بكثير درجة انصهار المادة التي يتم قطعها.

يؤدي هذا إلى ذوبان المادة بسرعة، ثم يتم نفخ المادة المنصهرة بعيدًا بواسطة الغاز عالي الضغط من الفوهة. تنتج هذه العملية كمية كبيرة من الدخان والخبث المنصهر.

لذلك، تتطلب قواطع البلازما أنظمة إزالة الغبار والخبث. وباستخدام مخاليط غازية مختلفة، يمكن للبلازما قطع المعادن من مواد وسمك مختلف، وهي تتفوق بشكل خاص في قطع المعادن غير الحديدية.

اختيار عملية القطع بالبلازما

في عملية تشغيل CNC (التحكم الرقمي بالحاسوب) باستخدام آلة القطع البلازمية، تكون البرمجة هي الخطوة الأولى. تتبع عملية التصنيع تسلسلًا مبرمجًا مسبقًا.

في مرحلة البرمجة هذه، تلعب عوامل مثل سرعة القطع، وتسلسل القطع، ونقطة البداية دورًا محوريًا في تحديد جودة القطع.

اختيار نقطة البداية

من الناحية المثالية، يجب أن تكون نقطة البداية للقطع عند حافة الورقة أو داخل خط التماس المقطوع مسبقًا. إذا كانت الفوهة بعيدة جدًا عن المادة، فإن هذا يؤدي إلى قطع غير مكتمل، مما يؤدي إلى إهدار غير ضروري للمواد.

وعلى العكس من ذلك، إذا كانت الفوهة قريبة جدًا، فقد يتسبب ذلك في حدوث ماس كهربائي. وهذا لا يؤدي فقط إلى إتلاف المادة والتأثير على جودة القطع، بل قد يؤدي أيضًا إلى إتلاف الفوهة.

اختيار اتجاه القطع

يجب أن يضمن اتجاه القطع أن الحافة النهائية التي يتم قطعها منفصلة إلى حد كبير عن المادة الرئيسية.

إذا انفصلت قبل الأوان، فقد لا يتحمل الإطار الرقيق المحيط بقطعة العمل الإجهاد الحراري الناتج عن القطع، مما يتسبب في تحرك قطعة العمل أثناء العملية. يمكن أن يؤدي هذا التحرك إلى عدم دقة الأبعاد، مما يؤثر على جودة القطع.

اختيار تسلسل القطع

أثناء البرمجة، لتحقيق أقصى استفادة من المواد، غالبًا ما يتم وضع قطعة العمل داخل الورقة.

وبالتالي، فإن تسلسل القطع يحدد ترتيب إزالة المواد. وبشكل عام، يتبع التسلسل مبدأ قطع القطع الأصغر قبل القطع الأكبر وقطع الخطوط الداخلية قبل الخطوط الخارجية.

وإلا فإن الإجهاد الناتج أثناء قطع الخطوط الداخلية أو القطع الأصغر يمكن أن يؤدي إلى تركيز الإجهاد، مما يؤدي إلى الحصول على قطعة عمل مكسورة.

اختيار سرعة القطع

يتأثر اختيار سرعة القطع بعوامل مختلفة، مثل نوع المادة وسمكها، وتصميم الفوهة، والتيار القطعي، والغاز المختار.

ومع ذلك، في ظل نفس القوة والظروف، تؤدي سرعة القطع الأسرع إلى تشطيب أكبر على قطعة العمل.

لذلك، يجب أن تكون الفوهة عمودية على المادة أثناء القطع لتسهيل إزالة الخبث بسرعة. ولضمان الكفاءة، يجب اختيار أقصى سرعة للقطع دون المساس بجودة القطع.

تحسين القطع بالبلازما

تحسين طاولة القطع

يتم دعم طاولة القطع الخاصة بآلة القطع بواسطة عدة أغشية. وكما هو موضح في الشكل 1، فإن المسافة بين الأغشية هي 110 مم.

عند قطع أجزاء صغيرة، غالبًا ما تقع قطعة العمل بين الأغشية، مما يجعل من الصعب استعادتها. الغشاء نفسه عبارة عن لوحة فولاذية مسطحة مستقيمة مقاس 8 مم × 190 مم × 4600 مم. بسبب القطع المتكرر، يتراكم على الغشاء السفلي كمية كبيرة من خبث الأكسيد، مما قد يؤثر سلبًا على جودة القطع. ونتيجة لذلك، يتطلب التنظيف المتكرر أو الاستبدال للحفاظ على عمليات القطع العادية.

مخطط التحسين وتنفيذ طاولة العمل القطعية

في الصناعة، غالبًا ما تكون هياكل المنتجات والدفعات غير ثابتة، مما يؤدي إلى استخدام التعشيش لتوفير المواد. يتضمن هذا مطابقة تنسيق المواد الكبيرة والصغيرة.

في الوقت الحالي، نحتاج إلى معالجة قضية كيفية تعزيز معدل استخدام آلات القطع بالبلازما وإطالة عمر خدمة مقاعد القطع من خلال الابتكار في عملية مقاعد القطع بالبلازما.

ولمعالجة هذا التحدي، نقوم أولاً بتحليل وتصنيف منتجات القطع الموجودة. ثم نختار أصغر جزء قطع ونحدد حجمه ونصمم مجموعة طاولة عمل جديدة وفقًا لظروف الموقع، كما هو موضح في الشكل 2.

(1) مخطط محدد.

تبلغ مساحة المنصة 1500 مم × 3000 مم ويمكن دمجها مع منصات متعددة.
يتكون الإطار الخارجي للمنصة من ألواح مقاس 4 مم مطوية على شكل أجزاء على شكل حرف U ومُلحمة في هيكل إطار مستطيل الشكل. يضمن هذا التصميم صلابة الإطار ويمنع التشوه أثناء الرفع.
يوجد داخل الإطار 2-3 أجزاء على شكل حرف V مطوية بألواح مقاس 4 مم ومثبتة طوليًا في الإطار. بالإضافة إلى ذلك، يتم فتح شق بعرض 3.5 مم على العارضة الطولية لتسهيل إدخال الحجاب الحاجز.
الحجاب الحاجز مصنوع من لوحة مقاس 1500 مم × 200 مم مع قطع جانب واحد في هيكل مسنن.

(2) عملية التنفيذ المحددة.

قم بتصميم الطول والعرض والارتفاع والتباعد الفاصل لطاولة القطع بناءً على معلمات المعدات وحجم أجزاء القطع المطلوبة.
اصنع طاولة القطع وفقًا لرسم التصميم.
يتم قطع جميع أجزاء طاولة القطع مرة واحدة باستخدام آلة القطع CNC، مما يؤدي إلى الحصول على أحجام دقيقة واستبدال مريح للحجاب الحاجز.
يتم برمجة إطار طاولة القطع وثنيه باستخدام آلة ثني CNC، مما يؤدي إلى تحديد الحجم بدقة وقابلية التشكيل الجيدة.
تجميع ولحام وبناء إطار طاولة العمل القطعية.
قم بإدخال الحجاب الحاجز في طاولة القطع.
ضع طاولة القطع على طاولة القطع الأصلية. عند القطع، ضع المادة على طاولة القطع المتحركة للقطع، كما هو موضح في الشكل 3.
الرسم المادي لطاولة العمل بعد تحسين آلة القطع بالبلازما CNC
الشكل 3 الرسم الفيزيائي لطاولة العمل بعد تحسين آلة القطع بالبلازما CNC

تحسين المسار في عملية القطع

أثناء عملية القطع، هناك حركة نسبية بين الجزء الميكانيكي والمادة المتبقية بسبب تأثير التمدد الحراري والانكماش البارد للوحة.

يمكن تصنيف الحركة النسبية إلى ثلاث حالات بناءً على الفرق بين وزن الجزء الميكانيكي ووزن المادة المتبقية:

عندما يكون وزن الجزء الميكانيكي أكبر من وزن المادة المتبقية، يظل الجزء الميكانيكي ثابتًا بينما تتحرك المادة المتبقية بالنسبة للمنصة. وهذا لا يؤثر على حجم الجزء الميكانيكي.
عندما يكون وزن الجزء الميكانيكي أقل من وزن المادة المتبقية، يتحرك الجزء الميكانيكي بالنسبة للمنصة بينما تظل المادة المتبقية ثابتة. ويؤدي هذا إلى انحراف معين في الجزء الميكانيكي.
عندما يكون وزن الجزء الميكانيكي مساويًا لوزن المادة المتبقية، فقد يتحرك كل من الجزء الميكانيكي والمادة المتبقية بالنسبة للمنصة، مما قد يؤثر على حجم الجزء الميكانيكي.
وقد أظهرت الممارسة أن الخطأ البعدي للأجزاء الميكانيكية يتراوح عادة من 0.3 إلى 4 ملم بسبب الحركة النسبية للجزء الميكانيكي أو المادة المتبقية فيما يتعلق بالمنصة.

تحسين معدات البلازما

أثناء عملية القطع بالبلازما الهوائية، يتعرض الجزء العلوي من قلب القطب لتفاعل أكسدة عالي الحرارة مع الأكسجين الموجود في الهواء، وبالتالي فإن تآكل القطب أمر لا مفر منه.

يرتبط عمر القطب بعدد مرات بدء القوس الكهربائي؛ ففي ظل نفس الظروف، كلما زاد عدد مرات بدء القوس الكهربائي، زاد تآكل القطب الكهربائي. يؤدي تكرار القوس الكهربائي إلى تقليل عمر القطب الكهربائي بشكل كبير.

ومع ذلك، فإن عملية القطع المستمرة تقلل من عدد نقاط البداية لقطع العمل ذات الحافة غير المشتركة، مما يجعل قطع العمل ذات الحافة المشتركة لها نقطة بداية قطع واحدة فقط.

يؤدي هذا إلى تقليل عدد مرات بدء القوس أثناء القطع، وبالتالي تعزيز عمر القطب الكهربائي.

خاتمة

إن ابتكار هذه العملية له العديد من التأثيرات المفيدة. أولاً، إنه يحسن بشكل كبير معدل استخدام آلة القطع بالبلازما. ثانياً، إن استبدال غشاء طاولة العمل مريح ويقلل معدل الاستبدال إلى النصف، وبالتالي يقلل من تكلفة الاستبدال. ثالثاً، يمكنه تلبية متطلبات قطع الأجزاء الصغيرة.

في الوقت الحالي، يتم استخدام ابتكار هذه العملية على نطاق واسع في تقطيع الهياكل الفولاذية لعربات الركاب بالسكك الحديدية. ونظرًا لأن كل عربة تحتوي على العديد من الأجزاء الصغيرة التي تحتاج إلى القطع والتقطيع، فإن هذا الابتكار يحسن كفاءة العمل ويوفر التكاليف.

عند استخدام القطع بالبلازما، يجب مراعاة المشكلات التالية: يجب تحليل قانون التشوه وتأثير أجزاء القطع لآلات القطع بالبلازما CNC. قبل القطع، يجب إجراء معالجة تسوية اللوحة المناسبة، ويجب تثبيت اللوحة لمنع حركة الأجزاء الميكانيكية أثناء القطع.

عند تجميع برنامج القطع، يجب اختيار عملية قطع معقولة لفصل سطح قطعة العمل بالحجم الأقصى عن اللوحة الأم. بالنسبة لقطع الأجزاء الرفيعة أو ذات الشكل الخاص، يمكن لطرق التحكم مثل القطع المزدوج المكون من قطعتين منع أو تقليل تشوه أجزاء القطع بشكل فعال.

بالمقارنة مع القطع باللهب، فإن القطع البلازمي باستخدام الحاسب الآلي يتفوق من حيث جودة القطع والفوائد في صناعة المعالجة. يمكنه قطع جميع أنواع المعادن باستخدام غازات عمل مختلفة، وخاصة المعادن غير الحديدية.