Niezależnie odtego, czy chodzi ocienkie czy grube arkusze, produkcję jednostkową czy masową - wymagania dotyczące cięcia metalu mogą być bardzo zróżnicowane. Zależy od tego również wiele procesów niższego szczebla. W przemyśle bardzo ważna jest wydajność, dlatego ręczne narzędzia tnące, takie jak nożyce do blachy, praktycznie nie odgrywają żadnej roli.
Cięcie grubych blach: cięcie płomieniowe bez alternatywy
Jeśli podzielimy procesy cięcia na kategorie w zależności od grubości blachy, w pierwszej kolejności natkniemy się na cięcie tlenowo-paliwowe. Proces ten jest stosowany w przypadku stali niestopowych i niskostopowych o średniej i dużej grubości blachy. Jest on również popularny ze względu na opłacalność w przypadku blach o grubości od 50 mm. Powyżej grubości blachy 250 mm nie ma obecnie alternatywy dla cięcia metalu.
Podczas cięcia płomieniem tlenowo-paliwowym, płomień podgrzewa materiał na powierzchni, aż osiągnie temperaturę zapłonu (między 1150 a 1250 °C dla stali miękkiej). Metal spala się pod wpływem tlenu. Ciepło spalania z kolei podgrzewa materiał bazowy do temperatury zapłonu. Pozwala to na automatyczne (autogeniczne) kontynuowanie procesu w głąb. Niespalony tlenek żelaza staje się płynny i jest wydmuchiwany ze spoiny wraz z tlenem. Może on odkładać się w postaci żużlu na spodniej stronie przedmiotu obrabianego.
Od specjalnego przypadku do szybkiego procesu: Cięcie plazmowe
Ponieważ autogeniczne cięcie płomieniowe działa słabo lub wcale w przypadku materiałów takich jak stale wysokostopowe, aluminium lub miedź, opracowano cięcie plazmowe, w skrócie cięcie plazmowe. Proces ten tworzy niejako burzę z piorunami w blasze: w naturze ozon (O3) jest wytwarzany jako gaz plazmowy podczas burzy z piorunami, gdy łuk elektryczny wyładowuje się elektrycznie. Można go wyczuć jako "czyste powietrze" po burzy.
Plazma jest gazem przewodzącym prąd elektryczny. Cięcie plazmowe wykorzystuje ciepło plazmy do upłynnienia materiału w określonym punkcie. Wysoka energia kinetyczna strumienia gazu plazmowego wydmuchuje następnie skroplony materiał.
Cięcie w metalu jest tworzone przez wydmuchiwanie szczeliny cięcia i posuwu maszyny. Grubość blachy, którą można ciąć za pomocą cięcia plazmowego, wynosi od 0,5 do 160 mm. Dzięki wysokim prędkościom cięcia, proces ten znalazł zastosowanie również w obszarach, które wcześniej były zarezerwowane dla cięcia płomieniowego.
Cięcie metalu w dużych ilościach: Wykrawanie
Jeśli chcesz ciąć cieńsze arkusze metalu, wykrawanie jest ważnym procesem. Jest ono wykorzystywane do produkcji płaskich części lub do tworzenia kształtów i konturów w arkuszach metalu. Przemysłowo, wykrawane części są wytwarzane w maszynie wykrawającej przy użyciu narzędzi wykrawających. Te ostatnie składają się z dwóch części, stempla i matrycy, która ma otwór pasujący do stempla. Podczas procesu wykrawania stempel porusza się liniowo i zagłębia się w matrycy. Krawędzie stempla i matrycy przesuwają się obok siebie równolegle, oddzielając w ten sposób blachę.
W procesie obróbki blachy wynik wykrawania nie jest ciągłym cięciem, nawet jeśli czasami sprawia takie wrażenie. Siły, z jakimi stempel naciska na materiał, przecinają go w górnej części. W dolnym obszarze materiał pęka, gdy stempel wyłania się z materiału.
Pomiędzy krawędzią tnącą stempla a krawędzią tnącą płytki musi znajdować się szczelina tnąca. Jej wielkość zależy od wytrzymałości i grubości materiału. Szczelina tnąca zwykle osiąga od 2 do 5% grubości materiału. Rozmiar szczeliny skrawającej wpływa następnie na różne czynniki, w tym na wysokość zadziorów na wyciętej części.
Szczególnym przypadkiem wykrawania jest tzw. nibbling. W tym procesie wiele otworów jest ustawianych wzdłuż krawędzi arkusza za pomocą narzędzia wykrawającego, które jest otwarte z jednej strony. W przeciwieństwie do konwencjonalnego wykrawania i ścinania, umożliwia to uzyskanie linii podziału i swobodne kształtowanie lub proces cięcia niezależny od narzędzia. Narzędzie może poruszać się we wszystkich kierunkach, a tym samym tworzyć złożone kształty.
Maksymalna elastyczność dzięki cięciu laserowemu
Jedną z zalet wykrawania jest to, że może być ono wykorzystywane do wydajnej produkcji wielu podobnych części. Jednak koszty narzędzi mają negatywny wpływ na mniejsze serie lub pojedyncze sztuki. Dlatego właśnie cięcie laserowe zyskało ugruntowaną pozycję w obróbce blachy. Wykorzystywane do tego wiązki laserowe to fale elektromagnetyczne. Wiązka laserowa może podgrzać i spalić prawie każdy materiał, co w fizyce znane jest jako ablacja.
Podczas cięcia laserowego zachodzą jednocześnie dwa procesy: Po pierwsze, materiał na froncie cięcia pochłania wiązkę lasera i nagrzewa się. Po drugie, gaz podmuchowy wydmuchuje ablowany materiał poza szczelinę cięcia, chroniąc w ten sposób optykę ogniskującą przed oparami i rozpryskami. W zależności od tego, czy materiał jest usuwany ze szczeliny cięcia jako ciecz, produkt utleniania lub para, rozróżnia się cięcie wiązką laserową, cięcie wiązką laserową płomieniową i cięcie wiązką laserową sublimacyjną. Ma to również wpływ na powstawanie zadziorów. W przypadku cięcia płomieniem wiązki laserowej, krawędzie cięcia są również pokryte warstwą tlenku po procesie, którą należy usunąć.
Cięcie laserowe sprawdza się w przypadku stali o grubości do około 40 mm, stali nierdzewnej do około 50 mm i aluminium do 25 mm. Ten ostatni materiał jest jednak trudny do cięcia, ponieważ odbija dużą część promieniowania laserowego, a jego wysoka przewodność cieplna rozprasza dużo energii ze szczeliny cięcia. To samo dotyczy miedzi.
Ale uwaga: dla wszystkich dalszych procesów produkcyjnych w przemyśle obróbki blachy, praktycznie wolna od naprężeń blacha ma ogromne znaczenie. Naprężenia powstają jednak nieuchronnie podczas cięcia laserowego. Wiązka tnąca generuje dużo ciepła dokładnie tam, gdzie laser uderza w materiał. Tworzy to ogromny gradient temperatury, który z kolei wywołuje naprężenia. Aby zapewnić płynną dalszą obróbkę, zaleca się usunięcie naprężeń z obrabianych elementów.
Mniej powszechne w przypadku blach: cięcie strumieniem wody i frezowanie
Cięcie strumieniem wody jest bardziej niszowe w obróbce blach. W tym przypadku do cięcia metalu wykorzystywany jest strumień wody o ciśnieniu 4000 bar i prędkości 900 m/s.
Usuwanie materiału w tym procesie opiera się na wysokim ciśnieniu wytwarzanym przez strumień na powierzchni przedmiotu obrabianego. Strumień wody usuwa tylko mikroskopijnie małe cząstki znajdujące się blisko powierzchni. Przepływająca woda powoduje dodatkowe siły ścinające, które również przyczyniają się do usuwania materiału.
Zaletą cięcia strumieniem wody jest to, że opiera się ono wyłącznie na ciśnieniu, a nie na energii cieplnej. Ciepło w procesach takich jak cięcie tlenowo-paliwowe, cięcie plazmowe lub cięcie laserowe może zniekształcać obrabiane elementy.
Innym procesem cięcia metalu, który jest raczej rzadki w obróbce blach, jest frezowanie. Narzędzie frezujące usuwa materiał obracając się wokół własnej osi z dużą prędkością. Albo narzędzie porusza się wzdłuż pożądanego konturu, albo obrabiany przedmiot jest przesuwany. Podczas tego procesu narzędzie frezujące usuwa wióry z półfabrykatu w celu wytworzenia formy.
Chociaż frezowanie jest powszechne w produkcji przemysłowej, stanowi ono wyjątek w obróbce blachy w celu wytworzenia konturu. Można je znaleźć tylko w konstrukcji samolotów i technologii medycznej, a czasami w produkcji aluminiowych paneli przednich.
Podobnie jak w przypadku wszystkich procesów obróbki skrawaniem, frezowanie powoduje również powstawanie zadziorów, które należy usunąć.
