Ширина реза kerf

Что такое ширина реза kerf

Kerf — технический термин (от англ. kerf — паз, прорезь), обозначающий ширину материала, безвозвратно удаляемого в процессе резки. В русскоязычной технической документации применяются термины «ширина реза» и «ширина прорези». Это не просто геометрический параметр: он определяет объём металла, переходящего в отходы при каждом проходе режущего инструмента.

При газопламенной, плазменной или лазерной резке ширина реза определяется тем, насколько широко расплавляется и удаляется металл по оси движения инструмента. При гидроабразивной резке kerf зависит от диаметра смесительной трубки (фокусирующей насадки) и характеристик абразива.

Методика определения ширины реза и классификация качества поверхности термических резов установлены в ГОСТ Р ИСО 9013-2017 и международном стандарте ISO 9013:2017 (Thermal cutting — Classification of thermal cuts — Geometrical product specification and quality tolerances). Стандарт действующий, подтверждён в 2022 году, в 2024 году к нему выпущена поправка Amd 1:2024.

Для деталей и заготовок, вырезаемых механизированной кислородной резкой из углеродистой стали толщиной 5–100 мм, а также плазменно-дуговой резкой из стали и алюминиевых сплавов толщиной 5–60 мм, действует ГОСТ 14792-80, устанавливающий классы точности и показатели качества поверхности реза.

Почему kerf важен для производства

При раскрое листа на множество деталей каждый рез «съедает» часть металла. Суммарные потери на листе форматом 1500×3000 мм при плотной раскладке сотен деталей могут составлять 3–8% площади листа в зависимости от метода резки. Без корректного учёта kerf в программе раскроя размеры деталей окажутся меньше чертёжных, и допуски будут нарушены.

Значения ширины реза для разных методов резки

Каждый метод раскроя металла характеризуется своим диапазоном kerf, который зависит от типа оборудования, мощности, скорости резки и толщины обрабатываемого материала. В таблице приведены типовые значения для основных промышленных технологий согласно данным производителей оборудования и требованиям ISO 9013:2017.

Ширина реза при лазерной резке

Лазерная резка обеспечивает наименьший kerf среди термических методов — от 0,1 до 0,5 мм в зависимости от толщины металла и мощности источника. Это объясняется высокой концентрацией энергии в фокусной точке лазерного луча. Волоконные лазеры мощностью 2–6 кВт при резке тонколистовой стали толщиной до 6 мм дают прорезь порядка 0,1–0,2 мм.

При увеличении толщины металла до 20–32 мм (предельная толщина по ISO 9013:2017 для лазерной резки) kerf возрастает до 0,3–0,5 мм: более широкий фокус и большее время теплового воздействия уширяют прорезь. Малый диаметр пятна фокусировки волоконного лазера обеспечивает высокие скорости резки тонколистового металла и минимальный kerf на листах до 8 мм, однако для толстых листов CO₂-лазеры нередко показывают лучшее качество кромки.

По данным ISO 9013:2017, стандарт охватывает лазерную резку в диапазоне толщин 0,5–32 мм. Точность размеров при лазерной резке относится к наивысшим среди термических методов — ±0,05–0,1 мм для листов до 10 мм.

Ширина реза при плазменной резке

Плазменная резка имеет значительно больший kerf — от 0,8 до 2,5 мм, — что обусловлено расширением плазменной дуги в зоне реза. Практическое правило: ширина реза при плазменной резке составляет от полутора до двух значений внутреннего диаметра выходного сопла и зависит от скорости резки — снижение скорости уширяет прорезь. Прецизионные плазменные системы с мелкосопловым блоком на листах толщиной 6–12 мм дают kerf около 0,8–1,2 мм.

При резке металла толщиной более 40 мм ширина прорези возрастает до 2,0–2,5 мм. По ISO 9013:2017, стандарт охватывает плазменную резку в диапазоне толщин 0,5–150 мм. ГОСТ 14792-80 регламентирует точность и качество поверхности реза для механизированной плазменно-дуговой резки стали и алюминиевых сплавов толщиной 5–60 мм.

Ширина реза при газокислородной резке

Газопламенная (газокислородная) резка имеет наибольший kerf — от 1,5 до 3,5 мм. Ширина прорези зависит от номера применяемого мундштука и толщины металла. При резке листа толщиной 10 мм стандартный kerf составляет около 1,5–2,0 мм; при толщинах 60–100 мм — 2,5–3,5 мм. По ISO 9013:2017 метод охватывает толщины от 3 до 300 мм; ГОСТ 14792-80 регламентирует кислородную резку углеродистой стали в диапазоне 5–100 мм.

Газовая резка применяется преимущественно для толстолистового проката и конструкционных сталей, где допуски на размер не столь жёсткие. Метод неприменим для нержавеющих сталей, алюминия и цветных металлов — для них используют плазменную, лазерную или гидроабразивную резку.

Ширина реза при гидроабразивной резке

Гидроабразивная резка (waterjet) занимает промежуточное положение — от 0,8 до 1,2 мм. Ширина реза определяется внутренним диаметром смесительной трубки (фокусирующей насадки): для стандартных насадок типоразмером 0,030"–0,040" (0,76–1,02 мм) типичный kerf составляет 0,038"–0,050" (примерно 0,97–1,27 мм). Метод не оказывает термического воздействия на металл, что исключает зону термического влияния (ЗТВ) и коробление.

Влияние ширины реза на раскладку деталей

При формировании карты раскроя в CAM-системе kerf определяет минимально допустимые расстояния между деталями — перемычки. Перемычка — это слой материала, остающийся между двумя соседними контурами после резки. Её минимальная ширина рассчитывается как сумма kerf и технологического зазора, необходимого для предотвращения деформации кромок от теплового воздействия.

Уменьшение перемычки ниже допустимого значения приводит к прожогам, деформации кромок или разрушению перемычки в процессе резки. Увеличение сверх необходимого — к нерациональному использованию листа и снижению коэффициента использования металла (КИМ).

Влияние kerf на расход металла

Даже при оптимальной геометрической раскладке потери от kerf неустранимы. При лазерной резке они минимальны — 1–3% площади листа. При плазменной — 3–6%, при газопламенной — 5–9%. Для серийного производства с большими объёмами раскроя разница в 3–5% потерь от kerf напрямую отражается на расходе металла, поэтому при жёстких требованиях к КИМ предпочтение отдаётся лазерной резке.

Компенсация kerf в CAM-системах

Большинство современных CAM-программ для раскроя имеют встроенную функцию компенсации kerf. Система автоматически смещает траекторию инструмента наружу или внутрь контура детали на величину, равную половине ширины реза (kerf / 2), что обеспечивает соответствие фактических размеров детали чертёжным.

Типы компенсации ширины реза в управляющих программах ЧПУ

Величина компенсации задаётся в управляющей программе как параметр коррекции инструмента. При неправильной настройке компенсации детали систематически выходят больше или меньше требуемых размеров ровно на величину kerf / 2 по каждому краю (то есть на полный kerf по линейному размеру).

Практика задания kerf в программах раскроя

Оператор вводит значение kerf в настройках CAM-системы индивидуально для каждого технологического процесса и типоразмера листа. Программа формирует карту раскроя и управляющую программу с учётом этого смещения. Периодическая проверка фактического kerf на контрольном образце и корректировка значения в CAM — обязательная процедура технического обслуживания. Износ сопла плазменного резака или загрязнение защитного стекла лазерной головки увеличивают реальный kerf сверх нормы, что требует обновления параметров программы.

Факторы, влияющие на ширину реза

Kerf не является постоянной величиной: он изменяется в зависимости от ряда технологических и материальных параметров, которые технолог обязан учитывать при разработке процесса раскроя.

Часто задаваемые вопросы