24artstroy.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Резка металла: применяемые технологии

Резка металла: применяемые технологии

Одним из наиболее распространенных материалов на сегодняшний день можно назвать металл. Он применяется при производстве различных деталей для механизмов, вещей бытового и промышленного применения. Часто для изменения размеров и формы изделия проводится резка металла. Механическая обработка рассматриваемого материала усложняется по причине высокой прочности и твердости структуры. Рассмотрим особенности проведения резки подробнее.

  • Описание и особенности процесса
  • Способы резки
    • Механические методы
    • Термическая обработка

Плазменная резка

Основой действия является ионизированный газ, который высвобождается при значительном давлении в дуге, созданной электрической энергией. Последняя представляет собой тонкую струю с жаром от 5000 до 30 000 градусов и осуществляет резку материала.

Толщина листа металла, при которой может осуществляться плазменное рассечение, варьируется (0,5 – 150 мм). Наиболее подходящим для такого способа является диапазон от 1,5 до 40 мм, ведь в таком случае плазма обеспечивает:

  • большую производительность
  • гладкость среза
  • наилучшую экономическую эффективность

Для такого вида обработки необходимы сам источник, электричество и газ.

Наименование обработки

Существуют разновидности термической обработки, результаты проведения которой контролю не подвергаются (таковой, к примеру, является отжиг). Кроме того, технологический процесс изготовления деталей нередко предполагает проведения только одного вида обработки, гарантирующего достижения всех требуемых свойств материала и долговечности изготавливаемой детали. Их также допускается указывать на технических чертежах. Они обозначаются теми словами или условными сокращениями, которые принято использовать в научно-технической литературе.

Указание на чертеже термообработки

Термические способы резки металла

Термический способ разделения основан на испарении металла зоне резания, на которую воздействуют высокими температурами. Причем технологии термической металлообработки классифицируют по способу трансляции высоких температур в зону резания.

И этот способ классификации разделяет термические технологии на следующие виды резки:

Газово-кислородный способ, который основан на кратковременном (до 50 секунд) нагреве «точки» на теле заготовки пламенем газовой горелки. После этого начинается обувание кислородом разогретой зоны с перемещением такой «точки» вдоль всей зоны резания. При этом расходуется только кислород – газовую горелку «выключают» после разогрева первичной «точки».

Плазменный способ, который основан на том же принципе действия, что и газово-кислородная технология. Только термическая резка металла при помощи плазмы стартует с разогрева первичной «точки» не пламенем, а электрической дугой, генерируемой за счет разницы потенциалов между электродом и телом заготовки. Ну а после разогрева дуга отключается и в дело вступает кислород, вводимый в зону резания под большим давлением. Именно он поддерживает процесс термического окисления металла, контролируя и направляя его вдоль зоны резания.

Кислородно-флюсовый метод, который основан на взаимодействии транслируемых высоких температур с веществами, содержащимися в заранее нанесенном на поверхность заготовки флюсе. Именно эти вещества и контролируют и направляют процесс горения. Поэтому с помощью данной методики очень удобно резать балочный прокат и тела вращения. Например, термическая резка труб кислородно-флюсовым методом обеспечивает и высокую скорость резания и не менее высокую точность раскроя.

Лазерная технология, которая основана на «поджоге» зоны резания узконаправленным пучком электронов или фотонов, с последующей поддержкой зоны термического окисления непрерывным потоком кислорода, нагнетаемого в область резания.

Достоинства и недостатки технологий термической резки

Первая технология – газово-кислородная резка – характеризуется дешевизной и высокой степенью мобильности оборудования. Причем цена машины для термической резки газово-кислородным способом – обычного резака – самая низкая на рынке. Но и точность такой технологии оставляет желать лучшего.

Газово-кислородный процесс резки оставляет после себя множество дефектов – наплывов, потеков и прочего, которые придется устранять механическим способом. Поэтому такая технология используется только для чернового раскроя.

Вторая технология – плазменная резка – характеризуется высокой точностью и достаточно высоким качеством процесса резки. Этот способ раскроя заготовок реализуется и с помощью ручных резаков (сварочных выпрямителей, работающих со специальными электродами), и на стационарных агрегатах.

Читать еще:  Вытяжка для плазменной резки металла

Причем стационарная машина термической резки металла может работать и под управлением оператора (резчика), и под контролем блока числового программного управления. В последнем случае качество и производительность будут намного выше, чем при ручном управлении или работе с ручными резаками. К тому же, с помощью плазменной резки под управлением ЧПУ можно резать любые металлы – даже алюминий и медь с их высокой теплопроводностью.

Третья технология – кислородно-флюсовая резка – используется лишь в особых случаях. Ее применяют для раскроя балок, труб и прочих разновидностей подобного проката.

Четвертая технология – лазерная резка – относится к высокотехнологичным способам металлообработки. Портальная машина термической резки лазером работает не хуже фрезерного или сверлильного станка, гарантируя высокое качество среза и не менее высокую производительность. Причем такие агрегаты можно использовать для раскроя и тонколистовых, и толстостенных заготовок. Однако подобные агрегаты стоят очень недешево.

Назначение термической обработки

Термическая обработка стали проводится при температурах, приближенных к критическим точкам . Здесь происходит:

  • вторичная кристаллизация сплава;
  • переход гамма железа в состояние альфа железа;
  • переход крупных частиц в пластинки.

Внутренняя структура двухфазной смеси напрямую влияет на эксплуатационные качества и легкость обработки.

Образование структур в зависимости от интенсивности охлаждения

Основное назначение термической обработки — это придание сталям:

  • В готовых изделиях:
    1. прочности;
    2. износостойкости;
    3. коррозионностойкость;
    4. термостойкости.
  • В заготовках:
    1. снятие внутренних напряжений после
      • литья;
      • штамповки (горячей, холодной);
      • глубокой вытяжки;
    2. увеличение пластичности;
    3. облегчение обработки резанием.

Термическая обработка применяется к следующим типам сталей:

  1. Углеродистым и легированным.
  2. С различным содержанием углерода, от низкоуглеродистых 0,25% до высокоуглеродистых 0,7%.
  3. Конструкционным, специальным, инструментальным.
  4. Любого качества.

Кислородная резка

Кислородная резка основана на сгорании металла в струе технически чистого кислорода. Металл при резке нагревают пламенем, которое образуется при сгорании какого-либо горючего газа в кислороде. Кислород, сжигающий нагретый металл, называют режущим. В процессе резки струю режущего кислорода подают к месту реза отдельно от кислорода, идущего на образование горючей смеси для подогрева металла. Процесс сгорания разрезаемого металла распространяется на всю толщину, образующиеся окислы выдуваются из места реза струёй режущего кислорода.

Металл, подвергаемый резке кислородом, должен удовлетворять следующим требованиям: температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления; окислы металла должны иметь температуру плавления ниже, чем температура плавления самого металла, и обладать хорошей жидкотекучестью; металл не должен иметь высокой теплопроводности. Хорошо поддаются резке низкоуглеродистые стали.

Для кислородной резки пригодны горючие газы и пары горючих жидкостей, дающие температуру пламени при сгорании в смеси с кислородом не менее 1800 гр. Цельсия. Особенно важную роль при резке имеет чистота кислорода. Для резки необходимо применять кислород с чистотой 98,5-99,5 %. С понижением чистоты кислорода очень сильно снижается производительность резки и увеличивается расход кислорода. Так при снижении чистоты с 99,5 до 97,5 % (т.е. на 2 %) — производительность снижается на 31 %, а расход кислорода увеличивается на 68,1 %.

Технология кислородной резки. При разделительной резке поверхность разрезаемого металла должна быть очищена от ржавчины, окалины, масла и других загрязнений. Разделительную резку обычно начинают с края листа. Вначале металл разогревают подогревающим пламенем, а затем пускают режущую струю кислорода и равномерно передвигают резак по контуру реза. От поверхности металла резак должен находиться на таком расстоянии, чтобы металл нагревался восстановительной зоной пламени, отстоящей от ядра на 1,5-2 мм, т.е. наиболее высокотемпературной точкой пламени подогрева. Для резки тонких листов (толщиной не более 8-10 мм) применяют пакетную резку. При этом листы плотно укладывают один на другой и сжимают струбцинами, однако, значительные воздушные зазоры между листами в пакете ухудшают резку.

Читать еще:  Водоабразивная резка металла

На машинах МТР «Кристалл» применяется резак «Эффект-М». Особенность резака — наличие штуцера для сжатого воздуха, который, пройдя через внутреннюю полость кожуха, истекает через кольцевой зазор над мундштуком и создает колоколообразную завесу, что локализует распространение продуктов сгорания и защищает элементы конструкции машины от перегрева.

Параметры режимов резки низкоуглеродистой стали приведены ниже в таблице 1:

1. Толщина разрезаемого металла
5. Давление кислорода
6. Скорость резки
7. Расход кислорода
8. Расход пропана
9. Ширина реза
10. Расстояние до листа

Воздушно-плазменная резка

Процесс плазменной резки основан на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия (электрод-катод, разрезаемый металл — анод). Сущность процесса заключается в местном расплавлении и выдувании расплавленного металла с образованием полости реза при перемещении плазменного резака относительно разрезаемого металла.

Для возбуждения рабочей дуги (электрод — разрезаемый металл), с помощью осциллятора зажигается вспомогательная дуга между электродом и соплом — так называемая дежурная дуга, которая выдувается из сопла пусковым воздухом в виде факела длиной 20-40 мм. Ток дежурной дуги 25 или 40-60 А, в зависимости от источника плазменной дуги. При касании факела дежурной дуги металла возникает режущая дуга — рабочая, и включается повышенный расход воздуха; дежурная дуга при этом автоматически отключается.

Применение способа воздушно-плазменной резки, при котором в качестве плазмообразующего газа используется сжатый воздух, открывает широкие возможности при раскрое низкоуглеродистых и легированных сталей, а также цветных металлов и их сплавов

Преимущества воздушно-плазменной резки по сравнению с механизированной кислородной и плазменной резкой в инертных газах следующие: простота процесса резки; применение недорогого плазмообразующего газа — воздуха; высокая чистота реза (при обработке углеродистых и низколегированных сталей); пониженная степень деформации; более устойчивый процесс, чем резка в водородосодержащих смесях.


Рис. 1 Схема подключения плазмотрона к аппарату.


Рис. 2 Фазы образования рабочей дуги
а — зарождение дежурной дуги; б — выдувание дежурной дуги из сопла до касания с поверхностью разрезаемого листа;
в — появление рабочей (режущей) дуги и проникновение через рез металла.

Технология воздушно-плазменной резки. Для обеспечения нормального процесса необходим рациональный выбор параметров режима. Параметрами режима являются: диаметр сопла, сила тока, напряжение дуги, скорость резки, расстояние между торцом сопла и изделием и расход воздуха. Форма и размеры соплового канала обуславливают свойства и параметры дуги. С уменьшением диаметра и увеличением длины канала возрастают скорость потока плазмы, концентрация энергии в дуге, её напряжение и режущая способность. Срок службы сопла и катода зависят от интенсивности их охлаждения (водой или воздухом), рациональных энергетических, технологических параметров и величины расхода воздуха.

При воздушно-плазменной резке сталей диапазон разрезаемых толщин может быть разделён на два — до 50 мм и выше. В первом диапазоне, когда необходима надёжность процесса при небольших скоростях резки, рекомендуемый ток 200-250 А. Увеличение силы тока до 300 А и выше приводит к возрастанию скорости резки в 1,5-2 раза. Повышение силы тока до 400 А не даёт существенного прироста скоростей резки металла толщиной до 50 мм. При резке металла толщиной более 50 мм следует применять силу тока от 400 А и выше. С увеличением толщины разрезаемого металла скорость резки быстро падает. Максимальные скорости резки и сила тока для различных материалов и толщины, выполненные на 400 амперной установке приведены в таблице ниже.

Скорость воздушно-плазменной резки в зависимости от толщины металла: таблица 2

Режимы. таблица 3

Режимы воздушно-плазменной резки металлов. таблица 4


Рис. 3 Области оптимальных режимов резки металлов для плазмотрона с воздушным охлаждением (ток 40А и 60А)


Рис. 4 Области оптимальных режимов для плазмотрона с воздушным охлаждением (ток 90А).


Рис. 5 Зависимость выбора диаметра сопла от тока плазмы.


Рис. 6 Рекомендуемые токи для пробивки отверстия.

Читать еще:  Фигурная резка фанеры в домашних условиях

Скорость воздушно-плазменной резки, по сравнению с газокислородной, возрастает в 2-3 раза (см. Рис. 7).


Рис. 7 Скорость резки углеродистой стали в зависимости от толщины металла и мощности дуги.
Пологая нижняя линия — газокислородная резка.

При воздушно-плазменной резке меди рекомендуется применять силу тока 400 А и выше. Замечено, что при резке меди с использованием воздуха во всём диапазоне толщины и токов образуется легко удаляемый грат.

Хорошего качества реза при резке алюминия, с использованием воздуха в качестве плазмообразующего газа, удаётся достигнуть лишь для небольших толщин (до 30 мм) на токах 200 А. Удаление грата с листов большой толщины затруднительно. Воздушно-плазменная резка алюминия может быть рекомендована лишь как разделительная при заготовке деталей, требующих последующей механической обработки. Припуск на обработку допускается не менее 3 мм.

Газовая резка

Газовая (газо-кислородная) резка имеет ограниченный диапазон обрабатываемых материалов (низколегированные и углеродистые стали) в силу их физических особенностей (необходима температура расплавления металла, чтобы его можно было прорезать струёй сжатого кислорода), но в то же время данный тип резки позволяет разрезать как средние, так и большие толщины (рекомендуемый диапазон 3 – 300 мм).

Процесс резки происходит следующим образом: сначала металл предварительно нагревается до температуры расплавления, затем в место локального расплавления подается струя кислорода для разделительного реза.

После процедуры резки газом на торце получившейся детали образуется окалина, которая требует последующей механической обработки.

Эксплуатационные затраты (сюда входит стоимость газов и расходных частей) на газо-кислородную резку низкие, а обслуживание машины не составляет большой сложности (при условии работы на машине).

Очевидные преимущества данного метода: большой диапазон толщин, простота в эксплуатации, универсальность относительно окружающей среды.

Недостатки: обработка низколегированных и углеродистых сталей, большое термическое влияние в зоне реза, низкая скорость резки.

Расход газа при резке металла

Расход газа к объемам резки зависит в первую очередь от выбранного метода проведения операции. Например, воздушно дуговая эффективная резка металла предполагает большее использование газа, нежели кислородно флюсовая металлическая резка. Также расход зависит от таких параметров:

  • опытность сварщика, новичок затратит больший объем на метр, нежели мастер;
  • целостность и технологические параметры используемого оборудования;
  • марка металла, с которым предстоит работа, и его толщина;
  • ширина и глубина выполняемого реза.

Ниже представлена таблица, если для резки металла используется пропан:

Механическая резка

Механические методы резки металлических изделий требуют больших затрат сил и являются более трудоемкими и долгими, потому для масштабных работ не подходят.

Болгарка

Наиболее доступный способ. Требует от исполнителя опыта и осторожности. Изделие закрепляют в тисках как можно надежнее, определяют такое направление движения машинки, чтобы оно совпадало с направлением вращения абразивного диска. Резать им бетон, камни или другие изделия нельзя, если диск предназначен для работы с металлом.

Перед началом исполнитель обязательно надевает очки или защитную маску. Категорически запрещено использовать болгарку, не оснащенную защитным кожухом. Можно резать толстостенные трубы в размер, но потребуется большой расход дисков.

Труборез

Рабочим органом устройства является один или несколько роликов. Двигаясь по поверхности металла, они удаляют его в месте соприкосновения. Движение их реализуется в специальной обойме, которую выставляют на месте требуемого разделения перед началом резки. Процесс выполняют движениями вверх-вниз с попеременным нажатием на ролики. Такой способ не упрощает процесс при постоянной потребности в обработке.

Ножовочный станок

Устройство используется в промышленных целях и на предприятиях. В станке установлена большая ножовка. Перед началом выполнения рабочий материал закрепляют и выставляют направление движения ножовки. Преимущества станка – его универсальность. Он используется для резки любых изделий из металла.

Среди недостатков – острые необработанные кромки, что может привести изделие в негодность для дальнейшего использования, и длительная обработка при большой толщине стенок.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector