Задачи выбора лазерного станка по металлу для нужд собственного производства

Прежде, чем определиться с подбором установки лазерного раскроя, нужно установить границы применимости данного вида оборудования, определить бюджет и режимы использования станка на производстве, связанные с производительностью и оптимальной эффективностью.

Под границей применимости понимается: вид и марка используемого материала – углеродистые, нержавеющие, цветные металлы и сплавы, а также их толщины. А под режимами использования: 1, 2 или 3 смены, круглосуточный режим 24/7 или смены 10 + 10 часов. В идеальном варианте подбор станка облегчается, когда известен план производства изделий, особенно годовой.

Далее выбор сводится к размерам рабочего поля, обычно 3000 х 1500 либо 6000 х 2000 мм (типовой размер стандартных листов), необходимую мощность резонатора для резки нужной толщины материала и к набору опций, таких как фильтровентиляционная установка, компрессор для резки воздухом или иные, более дорогие, компоненты самого лазера.

Далее нужно определиться с классом станка: бюджетный, средний или премиум.

Наша компания предоставляет такую возможность и предлагает лазеры:

• - базового уровня, с рабочим полем от 2500 х 1300 мм, с мощностью резонатора 1 - 2 кВт. Обычно применяются для раскроя черного и нержавеющего проката толщиной 1 - 2 мм. Станки собираются на комплектующих китайского и тайваньского производства. Бюджет таких станков: от 29 000 до 70 000 $ с НДС.
• - среднего класса, с рабочим полем 3000 х 1500, 4000 х 2000 и 6000 х 2000 мм, с мощностью резонаторов 1 - 12 кВт. С возможностью подбора необходимых опций, улучшающих базовые характеристики станка и его функционал (например, кабинетная защита, сменные паллеты, модули обработки труб и т.д.). Комплектующие данного класса машин представлены такими производителями, как Raytools, Precitec, IPG, Apex, SMC. Область применения: универсальный раскрой листов металла от 1 до 50 мм, а также трубного проката диаметром 20 - 350 мм и длиной 6 метров. Бюджет такого класса машин: от 80 000 до 160 000 $ с НДС.
• - станки премиум-класса, построенных на компонентах топовых немецких и японских производителей, таких как Siemens, Beckhoff, Wittenstein, Panasonic, Lanny GMBh. Станки данного класса предназначены для построения максимально автоматизированных участков раскроя (практически без участия человека) с минимально возможным браком и простоем при работе на производстве. Бюджет приобретения машин такого уровня уже составит от 170 000 до 500 000 - 600 000 $ c НДС.

   

Одним из важнейших параметров лазера является скорость резки. Скорость складывается из непосредственно скорости реза листа и скорости холостых ходов между вырезанными деталями (холостые перемещения «головы»).

В настоящее время существуют 2 лазерные технологии: CO₂ и оптоволокно.

Какую из них выбрать? В первую очередь зависит от толщины и марки материала. Оптоволокно режет очень быстро тонкие металлы, толщиной до 3 мм. Но скорость и время резки на оптоволокне материалов от 20 мм уже становятся сопоставимы с CO₂.

Лазер CO₂ режет отлично на существенно меньших скоростях тонкие металлы и на хорошей скорости толстые, с хорошим качеством торца. При этом в качестве режущего газа используется кислород, а иногда и воздух, что существенно дешевле азота. Но при этом CO₂ лазер не может резать цветные металлы.

Таким образом, единственно и экономически оправданный момент применения CO₂ – это резка толстых углеродистых сталей толщиной от 20 мм.

При этом оптоволоконный лазер выступает гораздо более универсальной системой раскроя металла: режет и черные, и нержавеющие, и цветные сплавы. От 1 мм до 130 мм толщиной.

Идентичная ситуация по сравнению со станками гидроабразивной резки (ГАР). Если раньше, лет 5 - 7 назад, не было альтернативы (кроме плазмы) резать толстые металлы от 20 - 30 мм, то на сегодняшний момент такой проблемы нет: практически в большинстве случаев вопрос сводится просто к выбору резонатора соответствующей мощности.

В данном случае оптоволоконный лазер выступает более понятным и обоснованным решением при выборе технологии раскроя, к тому же экономически более выгодным: себестоимость 1 метра реза в несколько раз меньше, чем у станка ГАР (т.к. отсутствует дорогостоящий расходник – гранатовый абразив).

В конечном итоге зачастую заказчик выбирает между двумя оставшимися оптимальными технологиями: оптоволоконный лазер или плазма.

Сочетание их возможностей (как в плюс, так и в минус) представлены в таблице:

Параметр	Оптоволоконный лазер	Плазменный станок
Стоимость станка	От 2 млн руб. c НДС	От 1 млн руб c НДС
Себестоимость погонного метра реза	От 10 - 15 руб.	От 5 - 15 руб.
Скорость реза	В среднем несколько выше. Например, скорость реза углеродистой стали толщиной 5 мм составляет 3,2 м/мин (резонатор 1 кВт)	Скорость реза углеродистой стали толщиной 5 мм составляет 3 м/мин (источник плазмы PM65)
Качество реза и шероховатость	от Rz20 Точность реза 0,1 мм	от Rz80 Точность реза 0,8 - 1,5 мм
Величина закаленного слоя в зоне реза	Практически полное отсутствие закаленного слоя	до 2 - 5 мм в каждую сторону
Необходимость зачистки торцов после резки	Не требуется	Требуется практически во всех случаях
Необходимость доработки (например, чистовые проходы на фрезерных центрах)	Получаются сразу готовые изделия	В большинстве случаев необходима доработка вырезанных заготовок с применением дорогостоящих твердосплавных пластин
Режущий газ	Азот, кислород, аргон или сжатый воздух (на выбор)	Воздух

В завершение, пожалуй, стоит упомянуть о еще одном виде оборудования технологической обработки листа: координатно-пробивных прессах (КПП). Они получили основное распространение примерно лет 5 - 10 назад, когда лазерное оборудование еще только начинало свой путь внедрения в производство, и не было особой альтернативы по обработке тонколистового металла (в основном 1 - 2 мм). Дело в том, что станки КПП – это станки механической пробивки листа, основным рабочим инструментом которого является индексная станция с пробивным инструментом (кол-во инструмента в барабане может достигать 38 шт.). После пробивки листа получается готовое отверстие нужной формы и, при необходимости, глухие выштамповки.

При этом КПП имели ряд существенных ограничений: габариты получаемых отверстий в листе были ограничены величиной пробивного инструмента, который был, в свою очередь, ограничен посадочным местом в индексной станции (барабане). К тому же, метод пробивки – ударный, все же мог оставлять заусенцы, которые было необходимо зачищать, а также приводил к небольшим механическим деформациям листа в месте удара инструмента.

Так же станки КПП стоили (и стоят сейчас) ощутимо дорого, в районе 150 - 180 000 $ c НДС.

Бурное развитие оптоволоконных лазерных технологий привело к вытеснению также и станков КПП из процессов обработки тонколистового металла, т.к. оптоволоконный лазер был лишен вышеуказанных недостатков: бюджет приобретения начинается с 29 000 $ c НДС (что меньше в 4 - 5 раз!), а также ему вообще не требуется какой-либо механический инструмент: нет инструмента – нет понятия износа, нет ударных деформаций в обрабатываемом листе, нет ограничений ни по форме ни по размеру вырезаемых отверстий.

Итак, процесс раскроя листового металла совершил последовательное развитие буквально за последние 10 лет по цепочке: газовая резка, плазменная резка, CO2 лазерная резка, координатно-пробивная обработка и на текущий момент самое массовое внедрение получили оптоволоконные станки лазерного раскроя, которые попросту вытеснили все предыдущие методы.

Таким образом, на сегодняшний момент, по совокупности технических и экономических характеристик, практически лучшим выбором для раскроя металла, по сравнению с другими технологиями, является оптоволоконный станок лазерной резки.