إحداث ثورة في آلة القطع بالبلازما CNC: 7 معايير رئيسية لتحقيق أقصى درجات الدقة والكفاءة

اختيار معلمات عملية القطع لـ آلات قطع البلازما CNC يعد أمرًا بالغ الأهمية لجودة وسرعة وكفاءة نتائج القطع.

لاستخدام آلة البلازما CNC بشكل صحيح للقطع عالي الجودة والسريع، من الضروري أن يكون لديك فهم عميق وإتقان لمعلمات عملية القطع.

أولا: تيار القطع

يُعدّ هذا العامل أهمّ مُعامل في عملية القطع، إذ يُحدّد مباشرةً سُمك وسرعة القطع، أي قدرة القطع. وتتمثّل آثاره فيما يلي:

1. مع زيادة تيار القطع، تزداد طاقة القوس أيضًا، مما يؤدي إلى زيادة قدرة القطع وزيادة سرعة القطع.

2. مع زيادة تيار القطع، يزداد قطر القوس أيضًا، مما يجعل القطع أوسع.

٣. إذا كان تيار القطع مرتفعًا جدًا، سترتفع درجة حرارة الفوهة، مما يؤدي إلى تلف مبكر وانخفاض جودة القطع، أو حتى منع القطع الطبيعي. لذلك، من الضروري اختيار تيار القطع المناسب والفوهة المناسبة بناءً على سُمك المادة قبل القطع.

II. سرعة القطع

يمكن تحديد نطاق سرعة القطع الأمثل وفقًا لتعليمات المعدات أو عن طريق التجربة.

تتغير سرعة القطع تبعًا لعوامل مثل سُمك المادة، ونوعها، ودرجة انصهارها، وموصليتها الحرارية، وتوترها السطحي بعد الانصهار. وتتمثل تأثيراتها الرئيسية فيما يلي:

إن زيادة سرعة القطع بشكل معتدل يمكن أن يؤدي إلى تحسين جودة القطع، أي تضييق القطع قليلاً، مما يجعل سطح القطع أكثر سلاسة، ويقلل التشوه.

إذا كانت سرعة القطع سريعة جدًا، فإن طاقة خط القطع ستكون أقل من القيمة المطلوبة، ولن تتمكن النفاثات من نفخ ذوبان القطع المنصهر على الفور، مما يؤدي إلى كمية أكبر من السحب الخلفي والخبث المعلق على القطع، مما يتسبب في انخفاض جودة سطح القطع.

عندما تكون سرعة القطع منخفضة للغاية، حيث يكون موضع القطع هو أنود القوس البلازمي، من أجل الحفاظ على استقرار القوس نفسه، يجب أن تجد بقعة الأنود أو منطقة الأنود مكانًا لتوصيل التيار بالقرب من أقرب قطع، مما سينقل المزيد من الحرارة شعاعيًا إلى النفاثة.

لذلك، يتسع القطع، وتتجمع المادة المنصهرة على جانبي القطع وتتصلب عند الحافة السفلية، مكونةً خبثًا يصعب تنظيفه. إضافةً إلى ذلك، تُشكل الحافة العلوية للقطع زاويةً مستديرةً بسبب التسخين والانصهار الزائدين.

عند انخفاض السرعة بشكل كبير، قد ينطفئ القوس. لذا، فإن جودة القطع الجيدة وسرعته لا ينفصلان.

ثالثًا: جهد القوس

يُنظر عمومًا إلى جهد الخرج الطبيعي لمصدر الطاقة على أنه جهد القطع.

عادةً ما تحتوي آلات قطع قوس البلازما CNC على جهد عدم التحميل وجهد العمل العالي.

عند استخدام غازات ذات طاقة تأين عالية، مثل النيتروجين والهيدروجين والهواء، يكون الجهد المطلوب لقوس بلازما مستقر أعلى. عندما يكون التيار ثابتًا، فإن زيادة الجهد تعني زيادة في محتوى القوس الكهربائي وقدرة القطع.

إذا تم تقليل قطر النفاثة مع زيادة معدل تدفق الغاز في نفس الوقت مع زيادة المحتوى الحراري، فإن ذلك يؤدي غالبًا إلى سرعة قطع أسرع وجودة قطع أفضل.

رابعًا: غاز العمل ومعدل التدفق

تشمل غازات التشغيل غاز القطع، والغاز المساعد، وبعض المعدات تتطلب أيضًا غاز بدء التشغيل. عادةً، يُختار غاز التشغيل المناسب بناءً على نوع المادة وسمكها وطريقة قطعها.

يجب أن يضمن غاز القطع تكوين نفث البلازما أثناء إزالة المعدن المنصهر والأكاسيد من القطع.

يمكن أن يؤدي تدفق الغاز الزائد إلى إزالة المزيد من حرارة القوس، وتقصير طول النفاثة، مما يؤدي إلى انخفاض قدرة القطع، والقوس غير المستقر؛ يمكن أن يؤدي تدفق الغاز غير الكافي إلى فقدان قوس البلازما لاستقامته الضرورية، مما يؤدي إلى قطع ضحلة، ويسبب أيضًا تعليق الخبث بسهولة.

لذلك، يجب أن يكون معدل تدفق الغاز منسقًا جيدًا مع تيار القطع والسرعة.

الأكثر حداثة آلات القطع بالقوس البلازمي يتم التحكم في معدل التدفق عن طريق ضغط الغاز لأنه عندما يتم تثبيت فتحة البندقية، فإن التحكم في ضغط الغاز يتحكم أيضًا في معدل التدفق.

عادةً ما يلزم تحديد ضغط الغاز المستخدم لقطع سمك معين من المواد وفقًا للبيانات المقدمة من قبل الشركة المصنعة للمعدات.

إذا كانت هناك تطبيقات خاصة أخرى، فيجب تحديد ضغط الغاز من خلال تجارب القطع الفعلية.

الغازات العاملة الأكثر استخدامًا هي الأرجون والنيتروجين والأكسجين والهواء وH35، وهو غاز مختلط بالأرجون والنيتروجين، وما إلى ذلك.

1. لا يتفاعل غاز الأرجون تقريبًا مع أي معدن في درجات الحرارة العالية، كما أن قوس البلازما لغاز الأرجون مستقر للغاية.

علاوة على ذلك، يتميز الفوهة والقطب الكهربائي المستخدمان بعمر خدمة طويل نسبيًا. ومع ذلك، فإن جهد قوس بلازما الأرجون منخفض، وقيمة المحتوى الحراري منخفضة، مما يُقلل من قدرة القطع.

بالمقارنة مع القطع الهوائي، فإن سمك القطع الخاص به سينخفض بمقدار 25% تقريبًا.

بالإضافة إلى ذلك، في بيئة واقية من الأرجون، يكون التوتر السطحي للمعدن المنصهر أكبر، حوالي 30% أعلى من التوتر السطحي في بيئة النيتروجين.

وبالتالي، قد تكون هناك المزيد من مشاكل تعليق الخبث.

حتى عند القطع بمزيج من غاز الأرجون وغازات أخرى، يميل الخبث إلى الالتصاق. لذلك، نادرًا ما يُستخدم غاز الأرجون النقي وحده في القطع بالبلازما.

2. يستخدم غاز الهيدروجين عادة كغاز مساعد مخلوط مع غازات أخرى.

على سبيل المثال، يعد غاز H35 المعروف (جزء حجم الهيدروجين من 35%، والباقي هو الأرجون) أحد أقوى الغازات في قدرة القطع بالقوس البلازمي، وهو ما يرجع أساسًا إلى غاز الهيدروجين.

لأن غاز الهيدروجين قادر على زيادة جهد القوس بشكل ملحوظ، فإن نفث البلازما الهيدروجيني يتمتع بقيمة إنثالبية عالية. عند خلطه مع غاز الأرجون، تتحسن قدرة نفث البلازما على القطع بشكل كبير.

بشكل عام، يُستخدم الأرجون والهيدروجين عادةً كغاز قطع للمواد المعدنية التي يزيد سمكها عن 70 مم. ويمكن تحقيق كفاءة قطع أعلى باستخدام نفث الماء لزيادة ضغط قوس البلازما المكون من الأرجون والهيدروجين.

3. النيتروجين هو غاز عامل شائع الاستخدام لآلات قطع البلازما CNC

في ظل ظروف الجهد العالي لإمدادات الطاقة، يتمتع قوس البلازما النيتروجيني باستقرار أفضل وطاقة نفاثة أعلى من غاز الأرجون.

حتى عند قطع مواد عالية اللزوجة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النيكل، فإن كمية الخبث المتراكمة تحت الشق صغيرة جدًا. يمكن استخدام النيتروجين بمفرده أو ممزوجًا بغازات أخرى.

في القطع الآلي، يُستخدم النيتروجين أو الهواء غالبًا كغاز تشغيل في آلات القطع بالبلازما، وقد أصبحا الغازين المعياريين للقطع عالي السرعة للفولاذ الكربوني. ويُستخدم النيتروجين أحيانًا أيضًا كغاز بدء القوس في قطع بلازما الأكسجين.

4. يمكن للأكسجين زيادة سرعة قطع المواد الفولاذية منخفضة الكربون.

عند استخدام الأكسجين للقطع، يكون وضع القطع مشابهًا للقطع باللهب. يُسرّع قوس البلازما عالي الحرارة والطاقة سرعة القطع، ولكن يجب استخدامه مع أقطاب كهربائية مقاومة للأكسدة عالية الحرارة.

وفي الوقت نفسه، ينبغي حماية القطب الكهربائي من الصدمات أثناء بدء القوس لإطالة عمره.

5. يحتوي الهواء على حوالي 78% من النيتروجين من حيث الحجم، وبالتالي فإن حالة تعليق الخبث الناتجة عن استخدام الهواء للقطع تشبه تلك الناتجة عن استخدام النيتروجين للقطع.

يحتوي الهواء أيضًا على حوالي 21% من حجم الأكسجين، وبسبب وجود الأكسجين، فإن سرعة القطع منخفضة الكربون مادة فولاذية استخدام الهواء مرتفع أيضًا. وفي الوقت نفسه، يُعدّ الهواء الغاز الأكثر اقتصادًا في العمل.

ومع ذلك، عند استخدام الهواء فقط للقطع، تحدث مشاكل تتعلق بتعليق الخبث، بالإضافة إلى زيادة الأكسدة والنيتروجين عند الشق. كما أن قصر عمر الأقطاب الكهربائية والفوهات قد يؤثر على كفاءة العمل وتكاليف القطع.

ارتفاع الفوهة

يشير إلى المسافة بين طرف الفوهة وسطح القطع، والتي تُشكل جزءًا من طول القوس بأكمله. ونظرًا لأن القطع بقوس البلازما يستخدم عادةً مصادر طاقة ذات تيار مستمر أو تيار متردد، فإن التيار يتغير بشكل طفيف بعد زيادة ارتفاع الفوهة.

ومع ذلك، سيؤدي ذلك إلى زيادة طول القوس الكهربائي وزيادة جهده، مما يزيد من قوته. وفي الوقت نفسه، سيزيد أيضًا من فقدان الطاقة في عمود القوس الكهربائي المعرض للبيئة.

تحت التأثير المشترك لهذين العاملين، فإن تأثير الأول غالبًا ما يتم تعويضه بالكامل بواسطة الأخير، مما قد يقلل من طاقة القطع الفعالة ويخفض قدرة القطع.

يتجلى هذا عادة في إضعاف قوة نفث القطع، وزيادة الخبث المتبقي في أسفل الشق، وتقريب الحافة العلوية.

بالإضافة إلى ذلك، بالنظر إلى شكل نفاثة آلة القطع بالبلازما، فإن قطر النفاثة يتمدد للخارج بعد مغادرة البندقية، وسوف تؤدي الزيادة في ارتفاع الفوهة حتما إلى زيادة في عرض الشق.

لذلك، فإن اختيار أصغر ارتفاع ممكن للفوهة مفيد لتحسين سرعة القطع والجودة.

مع ذلك، قد يحدث انحناء مزدوج عند انخفاض ارتفاع الفوهة. باستخدام فوهات خارجية سيراميكية، يمكن ضبط ارتفاع الفوهة إلى الصفر، أي أن سطح نهاية الفوهة يلامس سطح القطع مباشرةً، مما يحقق نتائج ممتازة.

سادسا. كثافة قوة القطع

للحصول على قوس بلازما عالي الضغط لقطع البلازما، تستخدم فوهة القطع فتحة صغيرة، وطول تجويف أطول، وتأثير تبريد مُعزز. هذا يُزيد من التيار المار عبر مساحة المقطع العرضي الفعالة للفوهة، أي يزيد من كثافة طاقة القوس.

ومع ذلك، فإن الضغط يزيد أيضًا من فقدان الطاقة للقوس، وبالتالي فإن الطاقة الفعلية المستخدمة في القطع أصغر من خرج الطاقة لمصدر الطاقة، ومعدل خسارتها يكون عمومًا بين 25% و50%.

قد يكون لبعض الطرق، مثل القطع بقوس البلازما بضغط الماء، معدل فقدان طاقة أعلى. ينبغي مراعاة هذه المسألة عند تصميم معايير عملية القطع أو عند المحاسبة الاقتصادية لتكاليف القطع.

على سبيل المثال، سمك اللوحة المعدنية المستخدمة عادة في الصناعة يكون في الغالب أقل من 50 ملم.

في نطاق هذا السمك، غالبًا ما يشكل قطع قوس البلازما التقليدي قطعًا بحافة علوية أكبر وحافة سفلية أصغر، وقد تتسبب الحافة العلوية للقطع في انخفاض دقة حجم الشق وزيادة أعمال المعالجة اللاحقة.

عند استخدام قطع قوس البلازما بالأكسجين والنيتروجين للفولاذ الكربوني والألمنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ، عندما يكون سمك اللوحة ضمن نطاق 10-25 مم، تكون المادة أكثر سماكة، وتكون عمودية الحافة أفضل، ويكون خطأ زاوية حافة القطع من 1 درجة إلى 4 درجات.

عندما يكون سمك اللوحة أقل من 1 مم، فإنه مع انخفاض سمك اللوحة، يزداد خطأ زاوية الشق من 3-4 درجات إلى 15-25 درجة.

يُعتقد عمومًا أن سبب هذه الظاهرة يرجع إلى المدخلات الحرارية غير المتساوية لنفث البلازما على سطح القطع، أي أن إطلاق طاقة قوس البلازما في الجزء العلوي من الشق يكون أكثر من الجزء السفلي.

يرتبط اختلال توازن إطلاق الطاقة هذا ارتباطًا وثيقًا بالعديد من معلمات عملية آلة القطع بالبلازما CNC، مثل درجة ضغط قوس البلازما، وسرعة القطع، والمسافة بين الفوهة وقطعة العمل.

يمكن أن يؤدي زيادة درجة ضغط القوس إلى تمديد نفاثة البلازما عالية الحرارة لتشكيل منطقة ذات درجة حرارة عالية أكثر اتساقًا، وفي الوقت نفسه زيادة سرعة النفاثة، مما يمكن أن يقلل من فرق العرض بين الحواف العلوية والسفلية للشق.

ومع ذلك، فإن الضغط المفرط للفوهات التقليدية غالبا ما يسبب أقواس مزدوجة، والتي لا تستهلك الأقطاب الكهربائية والفوهات فحسب، مما يجعل عملية القطع مستحيلة، ولكنها تؤدي أيضا إلى انخفاض جودة الشق.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي سرعة القطع المفرطة وارتفاع الفوهة أيضًا إلى زيادة فرق العرض بين الحواف العلوية والسفلية للشق.

٧. جدول معاملات عملية آلة القطع بالبلازما

تيار قطع حماية الهواء/البلازما من الفولاذ منخفض الكربون 130 أمبير

تيار القطع لحماية البلازما/الهواء من الفولاذ منخفض الكربون 130 أمبير.