Revolutionieren Sie Ihre CNC-Plasmaschneidmaschine: 7 Schlüsselparameter für höchste Präzision und Effizienz

Die Auswahl der Schneidprozessparameter für CNC-Plasmaschneidmaschinen ist entscheidend für die Qualität, Geschwindigkeit und Effizienz der Schneidergebnisse.

Um eine CNC-Plasmamaschine richtig für hochwertiges und schnelles Schneiden einzusetzen, ist ein tiefes Verständnis und eine Beherrschung der Parameter des Schneidprozesses unabdingbar.

I. Schneidstrom

Es handelt sich um den wichtigsten Parameter des Schneidprozesses, der direkt die Dicke und Geschwindigkeit des Schnitts, also die Schneidfähigkeit, bestimmt. Seine Auswirkungen sind wie folgt:

1. Mit zunehmendem Schneidstrom erhöht sich auch die Lichtbogenenergie, was zu einer höheren Schneidfähigkeit und einer erhöhten Schneidgeschwindigkeit führt.

2. Mit zunehmendem Schneidstrom vergrößert sich auch der Durchmesser des Lichtbogens, wodurch der Schnitt breiter wird.

3. Wenn der Schneidstrom zu hoch ist, überhitzt die Düse, was zu vorzeitigen Schäden und einer Verschlechterung der Schnittqualität führt oder sogar ein normales Schneiden verhindert. Daher ist es notwendig, vor dem Schneiden den geeigneten Schneidstrom und die entsprechende Düse basierend auf der Materialstärke auszuwählen.

II. Schnittgeschwindigkeit

Der optimale Schnittgeschwindigkeitsbereich kann anhand der Geräteanleitung oder durch Versuche ermittelt werden.

Aufgrund von Faktoren wie Materialdicke, Materialart, Schmelzpunkt, Wärmeleitfähigkeit und Oberflächenspannung nach dem Schmelzen ändert sich auch die Schnittgeschwindigkeit entsprechend. Die Haupteffekte sind wie folgt:

Durch eine moderate Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit kann die Schnittqualität verbessert werden, d. h. der Schnitt wird leicht verengt, die Schnittfläche wird glatter und Verformungen werden verringert.

Wenn die Schnittgeschwindigkeit zu hoch ist, ist die Energie der Schnittlinie niedriger als der erforderliche Wert und der Strahl kann die geschmolzene Schneidschmelze nicht sofort abblasen, was zu einer größeren Menge an Rücklauf und Schlacke führt, die am Schnitt hängen bleibt, was wiederum eine Verschlechterung der Schnittoberflächenqualität zur Folge hat.

Wenn die Schnittgeschwindigkeit zu niedrig ist, muss der Anodenpunkt oder Anodenbereich, da die Schneidposition die Anode des Plasmalichtbogens ist, zur Aufrechterhaltung der Stabilität des Lichtbogens selbst eine Stelle zur Stromleitung in der Nähe des nächstgelegenen Schnitts finden, wodurch mehr Wärme radial auf den Strahl übertragen wird.

Dadurch wird der Schnitt breiter und das geschmolzene Material auf beiden Seiten des Schnitts sammelt sich und erstarrt an der Unterkante, wo sich schwer zu entfernende Schlacke bildet. Außerdem bildet die Oberkante des Schnitts aufgrund übermäßiger Erhitzung und Schmelzens eine abgerundete Ecke.

Bei extrem niedriger Geschwindigkeit kann der Lichtbogen sogar erlöschen. Gute Schnittqualität und Schnittgeschwindigkeit sind daher untrennbar miteinander verbunden.

Lichtbogenspannung

Als Abschaltspannung wird allgemein die normale Ausgangsspannung des Netzteils angesehen.

CNC-Plasmaschneidmaschinen haben normalerweise eine hohe Leerlaufspannung und Betriebsspannung.

Bei Verwendung von Gasen mit hoher Ionisierungsenergie wie Stickstoff, Wasserstoff oder Luft ist die für einen stabilen Plasmalichtbogen erforderliche Spannung höher. Bei konstantem Strom bedeutet eine Erhöhung der Spannung eine Erhöhung der Lichtbogenenthalpie und der Schneidfähigkeit.

Eine Reduzierung des Strahldurchmessers bei gleichzeitiger Erhöhung des Gasdurchflusses und damit einhergehender Enthalpiesteigerung führt häufig zu einer höheren Schneidgeschwindigkeit und besseren Schnittqualität.

IV. Arbeitsgas und Durchflussrate

Zu den Arbeitsgasen gehören Schneidgas, Hilfsgas und einige Geräte benötigen auch Startgas. Normalerweise sollte das geeignete Arbeitsgas basierend auf der Art, Dicke und Schneidmethode des Materials ausgewählt werden.

Das Schneidgas muss die Bildung eines Plasmastrahls sicherstellen und gleichzeitig geschmolzenes Metall und Oxide aus dem Schnitt entfernen.

Ein übermäßiger Gasfluss kann zu einer stärkeren Wärmeableitung vom Lichtbogen und einer Verkürzung der Strahllänge führen, was zu einer Verringerung der Schneidfähigkeit und einem instabilen Lichtbogen führt. Ein unzureichender Gasfluss kann dazu führen, dass der Plasmalichtbogen seine notwendige Geradlinigkeit verliert, was zu flachen Schnitten führt und auch leicht zum Hängenbleiben von Schlacke führt.

Daher muss die Gasdurchflussrate gut auf Schneidstrom und Geschwindigkeit abgestimmt sein.

Modernste Plasmaschneidmaschinen Steuern Sie die Durchflussrate über den Gasdruck, denn wenn die Pistolenöffnung fest ist, steuert die Steuerung des Gasdrucks auch die Durchflussrate.

Der zum Schneiden einer bestimmten Materialstärke verwendete Gasdruck muss in der Regel nach den Angaben des Geräteherstellers gewählt werden.

Bei anderen Spezialanwendungen muss der Gasdruck durch konkrete Schneidversuche ermittelt werden.

Die am häufigsten verwendeten Arbeitsgase sind Argon, Stickstoff, Sauerstoff, Luft und H35, Argon-Stickstoff-Mischgas usw.

1. Argongas reagiert bei hohen Temperaturen fast nicht mit Metallen und der Plasmalichtbogen von Argongas ist sehr stabil.

Darüber hinaus haben die verwendete Düse und Elektrode eine relativ lange Lebensdauer. Allerdings ist die Spannung des Argonplasmalichtbogens niedriger und der Enthalpiewert nicht hoch, was zu einer eingeschränkten Schneidfähigkeit führt.

Im Vergleich zum Luftschneiden verringert sich die Schnittdicke um etwa 25%.

Darüber hinaus ist die Oberflächenspannung von geschmolzenem Metall in einer Argon-Schutzumgebung größer, etwa 30% höher als in einer Stickstoffumgebung.

Daher kann es vermehrt zu Problemen mit hängender Schlacke kommen.

Selbst beim Schneiden mit einem Mischgas aus Argon und anderen Gasen entsteht die Tendenz zur Bildung klebriger Schlacke. Daher wird reines Argongas heute nur noch selten allein zum Plasmaschneiden verwendet.

2. Wasserstoffgas wird normalerweise als Hilfsgas gemischt mit anderen Gasen verwendet.

Beispielsweise ist das bekannte H35-Gas (Wasserstoffvolumenanteil von 35%, der Rest ist Argon) eines der Gase mit der stärksten Plasmalichtbogenschneidfähigkeit, was hauptsächlich auf Wasserstoffgas zurückzuführen ist.

Denn Wasserstoffgas kann die Lichtbogenspannung deutlich erhöhen, wodurch der Wasserstoffplasmastrahl einen hohen Enthalpiewert aufweist. Durch die Mischung mit Argongas wird die Schneidfähigkeit des Plasmastrahls erheblich verbessert.

Bei Metallmaterialien mit einer Dicke von mehr als 70 mm wird üblicherweise Argon + Wasserstoff als Schneidgas verwendet. Wenn der Argon-Wasserstoff-Plasmalichtbogen durch einen Wasserstrahl zusätzlich komprimiert wird, lässt sich eine noch höhere Schneidleistung erzielen.

3. Stickstoff ist ein häufig verwendetes Arbeitsgas für CNC-Plasmaschneidmaschinen

Unter Bedingungen hoher Versorgungsspannung weist der Stickstoffplasmalichtbogen eine bessere Stabilität und eine höhere Strahlenergie auf als Argongas.

Selbst beim Schneiden von Materialien mit hoher Viskosität wie Edelstahl und Nickellegierungen bleibt nur sehr wenig Schlacke unter dem Schnitt hängen. Stickstoff kann allein oder gemischt mit anderen Gasen verwendet werden.

Beim automatisierten Schneiden wird häufig Stickstoff oder Luft als Arbeitsgas in Plasmaschneidmaschinen verwendet. Diese beiden Gase sind zu Standardgasen für das Hochgeschwindigkeitsschneiden von Kohlenstoffstahl geworden. Manchmal wird Stickstoff auch als Lichtbogenstartgas beim Sauerstoffplasmaschneiden verwendet.

4. Sauerstoff kann die Schnittgeschwindigkeit von kohlenstoffarmen Stahlmaterialien erhöhen.

Beim Schneiden mit Sauerstoff ähnelt der Schneidmodus dem Brennschneiden. Der Plasmalichtbogen mit hoher Temperatur und hoher Energie beschleunigt das Schneiden, muss jedoch in Verbindung mit Elektroden verwendet werden, die gegen Oxidation bei hohen Temperaturen beständig sind.

Gleichzeitig sollte die Elektrode während der Lichtbogenzündung vor Stößen geschützt werden, um ihre Lebensdauer zu verlängern.

5. Luft enthält etwa 781 TP3T Volumenanteil Stickstoff, so dass die beim Schneiden mit Luft entstehende Schlackenbildung ähnlich ist wie beim Schneiden mit Stickstoff.

Luft enthält auch etwa 21% Volumenanteil an Sauerstoff, und aufgrund der Anwesenheit von Sauerstoff, die Schnittgeschwindigkeit von niedrigen Kohlenstoff Stahlmaterial Auch bei Verwendung von Luft ist der Verbrauch hoch. Gleichzeitig ist Luft auch das wirtschaftlichste Arbeitsgas.

Wenn jedoch ausschließlich Luft zum Schneiden verwendet wird, kommt es zu Problemen mit hängender Schlacke sowie zu Oxidation und Stickstoffanstieg am Schnitt. Die geringe Lebensdauer von Elektroden und Düsen kann sich ebenfalls auf die Arbeitseffizienz und die Schneidkosten auswirken.

V. Düsenhöhe

Bezieht sich auf den Abstand zwischen der Düsenstirnfläche und der Schneidfläche, der einen Teil der gesamten Lichtbogenlänge ausmacht. Da beim Plasmalichtbogenschneiden im Allgemeinen Stromquellen mit konstantem Strom oder steil fallender Kennlinie verwendet werden, ändert sich der Strom sehr wenig, wenn die Düsenhöhe zunimmt.

Dadurch wird jedoch die Lichtbogenlänge vergrößert und die Lichtbogenspannung erhöht, was wiederum zu einer Erhöhung der Lichtbogenleistung führt. Gleichzeitig erhöht sich jedoch auch der Energieverlust der Lichtbogensäule gegenüber der Umgebung.

Unter der kombinierten Wirkung dieser beiden Faktoren wird die Wirkung des ersteren häufig durch den letzteren vollständig aufgehoben, was die effektive Schneidenergie verringern und die Schneidfähigkeit vermindern kann.

Dies äußert sich meist in einer Abschwächung der Schneidstrahlkraft, einer Zunahme der Schlackenreste am Schnittgrund und einer Abrundung der Oberkante.

Darüber hinaus wird sich der Strahldurchmesser angesichts der Form des Plasmaschneidgeräts nach dem Verlassen der Pistole nach außen vergrößern, und die Vergrößerung der Düsenhöhe führt zwangsläufig zu einer Vergrößerung der Einschnittbreite.

Deshalb ist die Wahl einer möglichst kleinen Düsenhöhe vorteilhaft für die Verbesserung von Schnittgeschwindigkeit und -qualität.

Wenn die Düsenhöhe jedoch zu niedrig ist, können Doppelbögen auftreten. Durch die Verwendung von Keramikaußendüsen kann die Düsenhöhe auf Null gesetzt werden, d. h. die Düsenstirnfläche berührt direkt die Schnittfläche, wodurch gute Ergebnisse erzielt werden können.

VI. Schneidleistungsdichte

Um einen hochkomprimierten Plasmalichtbogen für das Plasmaschneiden zu erhalten, verwendet die Schneiddüse eine kleine Düsenöffnung, eine längere Bohrungslänge und einen verstärkten Kühleffekt. Dadurch kann der Strom erhöht werden, der durch die effektive Querschnittsfläche der Düse fließt, d. h. die Lichtbogenleistungsdichte erhöht werden.

Durch die Kompression erhöht sich jedoch auch der Leistungsverlust des Lichtbogens, sodass die tatsächlich zum Schneiden verwendete Energie geringer ist als die Leistungsabgabe der Stromquelle und die Verlustrate im Allgemeinen zwischen 25% und 50% liegt.

Bei manchen Verfahren, wie beispielsweise dem Plasmalichtbogenschneiden mit Wasserkompression, kann es zu einem höheren Energieverlust kommen. Dieser Aspekt sollte bei der Auslegung der Schneidprozessparameter oder der wirtschaftlichen Berechnung der Schneidkosten berücksichtigt werden.

Beispielsweise liegt die in der Industrie üblicherweise verwendete Metallplattendicke meist unter 50 mm.

Innerhalb dieses Dickenbereichs entsteht beim herkömmlichen Plasmaschneiden häufig ein Schnitt mit einer größeren Oberkante und einer kleineren Unterkante. Die Oberkante des Schnitts kann zu einer Verringerung der Größengenauigkeit des Einschnitts führen und den nachfolgenden Bearbeitungsaufwand erhöhen.

Beim Sauerstoff- und Stickstoff-Plasmalichtbogenschneiden von Kohlenstoffstahl, Aluminium und Edelstahl ist bei einer Plattendicke im Bereich von 10–25 mm das Material dicker, die Vertikalität der Kante ist besser und der Winkelfehler der Schneide beträgt 1 bis 4 Grad.

Wenn die Plattendicke weniger als 1 mm beträgt, erhöht sich mit abnehmender Plattendicke der Winkelfehler des Einschnitts von 3–4 Grad auf 15–25 Grad.

Es wird allgemein angenommen, dass die Ursache für dieses Phänomen in der ungleichmäßigen Wärmezufuhr des Plasmastrahls auf der Schnittfläche liegt, d. h., die Freisetzung der Plasmalichtbogenenergie im oberen Teil des Einschnitts ist größer als im unteren Teil.

Dieses Ungleichgewicht der Energiefreisetzung hängt eng mit vielen Prozessparametern der CNC-Plasmaschneidmaschine zusammen, beispielsweise dem Grad der Plasmalichtbogenkompression, der Schneidgeschwindigkeit und dem Abstand zwischen Düse und Werkstück.

Durch Erhöhen des Kompressionsgrads des Lichtbogens kann der Hochtemperatur-Plasmastrahl ausgedehnt werden, um einen gleichmäßigeren Hochtemperaturbereich zu bilden, und gleichzeitig die Geschwindigkeit des Strahls erhöhen, was den Breitenunterschied zwischen der Ober- und Unterkante des Einschnitts verringern kann.

Durch die übermäßige Kompression herkömmlicher Düsen kommt es jedoch häufig zu Doppellichtbögen, die nicht nur Elektroden und Düsen verbrauchen und den Schneidvorgang unmöglich machen, sondern auch zu einer Verschlechterung der Schnittqualität führen.

Darüber hinaus kann eine zu hohe Schnittgeschwindigkeit und Düsenhöhe auch den Breitenunterschied zwischen der Ober- und Unterkante des Einschnitts vergrößern.

VII. Prozessparametertabelle der Plasmaschneidmaschine

Kohlenstoffarmer Stahl Luftplasma/Luftschutzschneidstrom 130A

Kohlenstoffarmer Stahl, Sauerstoffplasma-/Luftschutzschneidstrom 130 A.