Выбор технологии разделительной резки металла определяет себестоимость заготовки и ROI (возврат инвестиций) производственного участка. Ножницы гильотинные (НГ), установки плазменной (УПР) и лазерной (УЛР) резки — оборудование разных технологических групп.
Ниже представлен анализ капитальных затрат (CAPEX), операционных расходов (OPEX) и технологических возможностей оборудования согласно нормам машиностроения и стандартам ISO 9013 / ГОСТ 14792.
Физика процесса и технологические отличия
Ножницы гильотинные (НГ)
Принцип: механическая резка методом сдвига. Разделение материала за счёт пластической деформации и скалывания между подвижным и неподвижным ножами.
- Особенности: холодная резка, отсутствие зоны термического влияния (ЗТВ)
- Точность: позиционирование ЧПУ — до ±0,1 мм. Допуск на деталь — IT12–IT14
- Качество кромки: Rz 20–80 мкм
Плазменная резка (PAC)
Принцип: локальное плавление металла сжатой плазменной дугой (T = 20 000–30 000 °C) и удаление расплава газовым потоком.
- Особенности: конусность реза (ISO 9013, диапазон 3–5), грат, ЗТВ 0,5–3,0 мм
- Точность: ±0,5–1,5 мм (класс 2–3 по ISO 9013)
- Ограничение: требует мехобработки перед сваркой ответственных швов
Лазерная резка (LBC)
Принцип: волоконные лазеры (Fiber). Плавление сфокусированным лучом и удаление расплава вспомогательным газом (N₂, O₂, воздух).
- Особенности: ширина реза 0,1–0,3 мм, ЗТВ <0,5 мм
- Точность: позиционирование ±0,05 мм, допуск на деталь ±0,1 мм
- Требования: высокая чистота поверхности листового проката
Гильотина — холодная механическая резка без термического воздействия. Плазма и лазер — термическая резка с неизбежной ЗТВ и деформациями.
Капитальные затраты (CAPEX) и инфраструктура
Стоимость самого станка — это не конечная сумма инвестиций. Инфраструктурные требования для термической резки кратно выше.
Структура ввода в эксплуатацию
Ножницы гильотинные
- Станок: стоимость в 3–10 раз ниже лазерных комплексов аналогичного формата
- Фундамент: для моделей до 6–10 мм — виброопоры. Для тяжёлых серий (S > 12–16 мм) — анкерное крепление к бетону В20
- Энергетика: 380В, 3 фазы. Пиковые нагрузки только в момент рабочего хода
Плазменный портал
- Вентиляция (Критично): ФВУ обязательна для удаления аэрозолей марганца, оксидов азота. Стоимость — до 25–30% цены станка
- Сжатый воздух: винтовой компрессор + осушитель (класс ISO 8573-1 [1:4:1])
- Инфраструктура: значительные дополнительные затраты
Лазерный комплекс (Fiber)
- Помещение: термостатирование (15–30 °C), контроль точки росы, обеспыливание
- Газоснабжение: рампы или криоцилиндры для N₂ (99.999%) и O₂ (99.5%)
- Электропитание: ИБП двойного преобразования для защиты резонатора
Нестабильная температура ведёт к конденсату на оптике и выходу из строя лазерной головы. Стоимость замены — сотни тысяч рублей.
Операционные расходы (OPEX) и себестоимость реза
На операциях прямолинейного раскроя себестоимость механической резки ниже термической в 5–15 раз.
Статьи затрат по технологиям
| Статья затрат | Гильотина | Плазма | Лазер (Fiber) |
|---|---|---|---|
| Энергия | ~0,005–0,01 кВт·ч на рез | 30–80 кВА (источник + чиллер + компрессор + ФВУ) | 15–25 кВт из сети (КПД 30–40%) |
| Инструмент / Расходники | Ножи (6ХВ2С, 9ХС). Ресурс: 20 000–40 000 резов до перешлифовки, 4–8 перешлифовок | Катод, сопло, завихритель, экран. Ресурс: 2–6 часов горения дуги | Защитные стёкла, дюзы, керамические проставки |
| Газы | Отсутствуют | Воздух / кислород | N₂ до 60–80 л/мин (15–20 бар) для нержавейки, O₂ для углеродистых |
| Итоговая себестоимость | Минимальная | Средняя | Средняя / Высокая |
Пример расчёта тактового времени
Получение полосы 100×1000 мм, сталь 2 мм
| Параметр | Гильотина | Лазер (Fiber 2-3 kW) | Плазма (Air) |
|---|---|---|---|
| Принцип | Единовременный рез | Проход по периметру | Проход по периметру |
| Цикл на 1 деталь | 8–12 сек (упор + рез) | 20–30 сек (проход 2200 мм) | 30–45 сек (проход + пробивки) |
| Пост-обработка | Не требуется | Минимальная | Зачистка грата |
При раскрое на полосы (штрипс) и прямоугольные карты гильотина вне конкуренции по скорости и стоимости.
Технологические ограничения по геометрии
✂️ Ножницы гильотинные
- Траектория: только прямая линия
- Ограничения: невозможность вырезов, пазов, отверстий
- Применение: раскрой листа на полосы, рубка косынок, прямоугольные фланцы
- Преимущество: рез всей длины (до 6000 мм) за один ход — 1–2 сек
⚡🔦 Термическая резка (УПР / УЛР)
- Траектория: любой контур (DXF/DWG)
- Мин. диаметр отверстия (лазер): d ≥ 0,5·S
- Мин. диаметр отверстия (плазма): d ≥ 1,5·S
- Применение: детали сложной конфигурации, фасонные изделия, перфорация
* S — толщина листа
Производительность
На прямолинейном раскрое гильотина превосходит термические методы в 3–5 раз.
Гильотина делает рез всей длины (до 3000–6000 мм) за один ход ножа (1–2 сек). Лазер и плазма вынуждены проходить периметр детали с рабочей скоростью подачи.
Сменная выработка (8 часов)
Значительное время уходит на врезки (пробивки) и холостые ходы между деталями. На простых прямоугольных деталях это критично снижает производительность.
Подберём оптимальное решение для вашего производства
Проведём аудит номенклатуры деталей и рассчитаем экономику участка. Покажем, где гильотина сэкономит бюджет, а где нужна термическая резка.
Требования к персоналу
Оператор гильотины
- Квалификация: 2–3 разряд
- Навыки: чтение чертежей, базирование листа по упорам, выбор программы (на ЧПУ)
- Обучение: 2–3 смены
Оператор лазера/плазмы
- Квалификация: 4–6 разряд
- Навыки: CAM-системы, коррекция режимов, обслуживание оптики/плазмотрона
- Обучение: от 2 недель до 2 месяцев
На лазерном комплексе риск повреждения дорогостоящих узлов (оптическая голова) при ошибке оператора крайне высок. Стоимость ремонта может составить значительную часть стоимости станка.
Оптимальная конфигурация заготовительного участка
Экономически эффективно разделение потоков материалов (Material Flow):
Гильотина — 60–70% объёма
Берёт на себя весь прямоугольный раскрой, полосы, простые косынки. Разгружает «узкое место» производства.
Лазер/Плазма — 30–40% объёма
Используется только для деталей сложного контура, с отверстиями и жёсткими требованиями по точности (лучше IT12).
Покупка лазера для рубки прямоугольных фланцев — ошибка нормирования техпроцесса, ведущая к завышению себестоимости в 5–15 раз.
Сводная таблица характеристик
| Характеристика | Ножницы гильотинные | Плазменная резка (Air/O₂) | Лазерная резка (Fiber) |
|---|---|---|---|
| Инвестиции (CAPEX) | Низкие | Средние | Высокие |
| Себестоимость метра | Минимальная | Средняя | Средняя / Высокая |
| Геометрия | Только прямая | Любая | Любая |
| Допуск (точность) | IT12–IT14 (±0,5–1,0 мм)* | ISO 9013 Class 2–3 (±0,5–1,5 мм) | ISO 9013 Class 1 (±0,05–0,1 мм) |
| Шероховатость (Ra/Rz) | Rz 20–80 | Rz 40–100 | Rz 6,3–25 |
| Зона термовлияния | Нет | 0,5–3,0 мм | < 0,5 мм |
| Расходные материалы | Ножи (переточка) | Электроды, сопла, газ | Сопла, защитные стёкла, газ |
*Примечание: точность позиционирования заднего упора ЧПУ составляет ±0,1 мм, но итоговый допуск на деталь зависит от плоскостности проката и внутренних напряжений материала.
FAQ — технические уточнения
Для толщин свыше 16–20 мм (углеродистая сталь) плазменная резка часто экономически целесообразнее лазера из-за стоимости оборудования и газов, если допустим допуск ±1 мм и конусность кромки.
Технологически — нет (невозможна фигурная резка). Экономически — гильотина обязана заменять лазер на операциях простого раскроя. Использование ресурса оптоволоконного лазера для нарезки полос — это необоснованные затраты.
При резке Ст3 и правильной настройке зазора, ресурс одной режущей кромки до перешлифовки — 20 000–40 000 резов. Ножи имеют 4 рабочие грани. Суммарный ресурс комплекта до списания (с учётом перешлифовок) достигает 500 000 циклов и более.
Резюме
Выбор оборудования базируется на анализе номенклатуры деталей, а не на универсальности.
Ножницы гильотинные
База заготовительного цеха. Минимальная себестоимость, максимальная надёжность, простой сервис. Идеально для простых форм.
Плазма / Лазер
Инструмент для фасонного раскроя. Требует квалифицированного обслуживания, подготовки воздуха и газов, чистых помещений.
Ключевой принцип: Гильотина должна брать на себя 60–70% объёма раскроя (все прямоугольные детали). Термическая резка — только для сложных контуров. Это снижает себестоимость заготовки в разы.
Закажите расчёт окупаемости оборудования
Проведём аудит ваших чертежей и предложим обоснованное решение. Рассчитаем время окупаемости и оптимальную конфигурацию участка.
Для подбора оборудования под конкретное техническое задание и расчёта времени окупаемости свяжитесь с инженерным отделом. Мы проведём аудит чертежей и предложим обоснованное решение.
