Тема 2.4 Резка заготовок

Операция резки необходима для раскроя заготовок согласно заданной развертке.

Раскрой осуществляется методами механической (холодной) и термической резки.

Механическая резка может быть двух видов: без снятия стружки (гильотинные, дисковые, комбинированные пресс-ножницы), комбинированные высечные и со снятием стружки (выполняется на металлорежущих станках и дисковых пилах). По производительности процесса и затратам на материалы предпочтительной является резка без снятия стружки.

Резка на ножницах обладает самой высокой производительностью. Однако применение этого вида резки возможно только до толщин 60 мм. При толщине более 60 мм прибегают к способам термической резки. Термическая резка применяется для раскроя металла практически неограниченной толщины.

2.4.1 Резание на ножницах

Применяются гильотинные ножницы с параллельными и наклонными ножами (см.рис. 2.4.1). Резание происходит за счет развития ножами напряжений сдвига.

Рис. 2.4.1 – Гильотинные ножницы

Рис. 2.4.2 – Резание на ножницах

Кроме гильотинных, в аппаратостроении применяются дисковые и ножницы для резки сортового проката. Дисковые ножницы выполняются с параллельными и наклонными осями. Дисковые ножницы позволяют выполнять резание по криволинейному контуру. Толщина листа для резки 2,5-25 мм. Диаметр ножей увеличивается с утолщением разрезаемого металла и рекомендуется от 50 до 300 мм.

Комбинированные пресс-ножницы могут одновременно (за один оборот вала) резать листовой и сортовой прокат, а также пробивать отверстия.

Рис. 2.4.3 – Комбинированные пресс-ножницы

Комбинированные высечные ножницы позволяют производить прямую, фигурную резку листа по наружным и внутренним контурам, отбортовку, рифление и высечку отверстий.

Припуски на обработку при резании. Наличие зазора между ножами приводит к изгибу заготовки, что вызывает повреждения металла на кромках, образуются трещины. Поэтому после резки предусматривается снятие поврежденного слоя на металлорежущих станках. Припуск на механическую обработку составляет:

Zн = 0,25S, но не менее 3 мм.

Если после резки на ножницах производится сварка, то механическая обработка является необязательной, так как наклепанные кромки переплавляются вместе с металлом шва.

2.4.2. Термические способы резки

Кислородная резка находит самое широкое распространение из числа термических способов резки (см.рис.2.4.5).

Кислородная резка основана на том, что разрезаемый металл подогревается до температуры, при которой он сгорает в струе кислорода. Этот процесс идет с выделением тепла. В качестве горючих газов применяются этилен, пропан, ацетилен, природный газ. При резке около 70% тепла выделяется при сгорании металла в кислороде и только 30% подводится от подогревающего пламени.

Припуски на обработку:

Zн = 0,825 + 0,06S, но не менее 3 мм.

Рис. 2.4.5 – Схема кислородной резки

Кислородная резка в основном применяется для раскроя низколегированных и среднелегированных сталей.

Не поддаются процессу кислородной резки: хромистые стали, хромоникелевые стали, чугуны и цветные металлы.

Кислородно-флюсовая резка. Сущность заключается в том, что в струю режущего кислорода дополнительно подается порошкообразный флюс (см. рис.2.4.6).

Рис. 2.4.6 – Кислородно-флюсовая резка

Флюс в основном состоит из железного порошка (65...100%) и специальных добавок: алюминиевого порошка, окалины и кварцевого песка.

Марка флюса зависит от вида разрезаемого металла. Существуют следующие марки флюса:

ФХ - для разделительной и поверхностной резки высокохромистых и хромоникелевых сталей;

ФЧ - для резки чугуна;

ФЦ - для резки цветных металлов (меди, латуни, бронзы).

Подаваемый к месту реза флюс при сгорании выделяет дополнительное количество тепла, тепловая мощность пламени увеличивается более чем в два раза, что способствует расплавлению тугоплавких окислов. Расплавленные окислы образуют жидкие шлаки, которые стекают и не препятствуют процессу резки.

Воздушно-дуговая резка Относится к числу газоэлектрических способов резки (см.рис.2.4.7). Сущность заключается в расплавлении металла 1 в месте реза теплом электрической дуги, горящей между угольным или графитным электродом 2, с непрерывным удалением жидкого металла струей сжатого воздуха 3. Способ основан на совместном действии тепла дуги и потока сжатого воздуха, энергия которого способствует удалению продуктов сгорания. Поверхность металла в месте реза получается ровной и гладкой.

Рис. 2.4.7 – Воздушно-дуговая резка

Воздушно-дуговой способ может быть использован для резки нержавеющих сталей, чугуна, латуни, трудноокисляемых сплавов толщиной до 20...25 мм.

Плазменная резка

Плазма - это четвертое состояние вещества, представляющие сильно ионизированный газ. Для получения струи плазмы в целях резки используется газоразрядное устройство, называемое плазмотроном, где рабочий газ (водород, азот, аргон, гелий и их смеси) превращается в плазму в дуговом разряде между электродами.

В аппаратостроении плазменная резка применяется в двух разновидностях:

1) Плазменная струя (см.рис.2.4.8)

Дуговой разряд 4 возникает между электродом 1 и корпусом плазмотрона 2. Поток газа 3, проходя через столб дуги 4, образует кинжалообразный язык плазмы 5 с температурой 10000-15000С, используемый для проплавления разрезаемого металла 6.

Данный способ применяют для резки алюминия, нержавеющих сталей, меди и неэлектропроводных материалов, так как разрезаемое изделие не включается в электрическую цепь дуги.

Наиболее эффективно резка протекает при использовании в качестве плазмообразующей среды смеси газов, состоящей из 80% аргона и 20% азота.

Рез получается очень узкий 0,1...0,2 мм, очень узкая зона термического влияния, меньше деформации и напряжения.

Рис. 2.4.8 – Плазменная струя

2. Плазменная дуга (см.рис.2.4.9).

Принципиальное отличие от предыдущего способа: электрическая дуга 4 образуется между неплавящимся электродом (вольфрамовым) 1 и разрезаемым металлом 6. Подаваемый газ (газовая смесь) 3, омывая дугу 4, не только образует плазменный шнур 5, но и производит обжатие столба дуги. Сжатая дуга приобретает вытянутую форму, способна глубоко проникать в металл.

Рис. 2.4.9 – Плазменная дуга

В качестве плазмообразующей среды используются смеси газов аргон + водород, азот + водород.

Плазменную дугу применяют при резке:

- нержавеющей стали толщиной до 40 мм;

- чугуна толщиной до 90 мм;

- алюминия и его сплавов толщиной до 120 мм;

- меди, латуни, бронзы толщиной до 80 мм.

Воздушно-плазменная резка (см.рис.2.4.10). В качестве плазмообразующего газа используется сжатый воздух. Плазмотрон состоит из катодного узла 1, диэлектрического корпуса 2, соплового узла 3 и электрода 4.

Для возбуждения рабочей дуги между электродом 4 и разрезаемым металлом 5 с помощью осциллятора ОСЦ зажигается вспомогательная дуга между электродом и соплом плазмотрона, которая выдувается из сопла в виде плазменного факела. При касании факела вспомогательной дуги разрезаемого металла возникает режущая рабочая дуга 6. Вспомогательная дуга при этом автоматически отключается.

Рис. 2.4.10 – Воздушно-плазменная резка

Преимущества воздушно-плазменной резки: простота процесса резки; применение недорогого плазмообразующего газа - воздуха; высокая чистота реза, пониженная степень деформации, меньшая ширина реза; более устойчивый процесс, чем при резке в водородосодержащих смесях.

Область применения - для раскроя углеродистых, низколегированных и легированных сталей, а также цветных металлов толщиной до 80 мм. При этом скорость резки возрастает в 2-3 раза по сравнению с газокислородной резкой.

Резка лазерным лучом (см. рис.2.4.11). Лазер - усиление света с помощью индуцированного излучения.

Рис. 2.4.11 – Получение лазерного луча

Установка состоит из активного вещества (оптическое стекло с примесью элементов) 1, лампы накачки 2, обеспечивающей световую энергию для возбуждения атомов активного вещества - излучателя. Полученное излучение направляется и фокусируется с помощью оптической системы 3 на разрезаемый металл 4. Преимуществом лазерного луча является возможность передачи энергии на большие расстояния неконтактным способом. Это позволяет использовать лазерный луч не только для резки, сварки, но и для разметки.

Область применения: аппаратостроительные стали всех марок, титан, медь, латунь толщиной до 4 мм.

Контрольные вопросы

1  Для чего необходима операция раскроя?

2  Методы механической резки. Достоинства и недостатки.

3  В чем заключается сущность кислородной резки?

4  Кислородно-флюсовая резка.

5  Воздушно-дуговая резка.

6  Разновидности плазменной резки.

7  Достоинства воздушно-плазменной резки.

8  Резка лазерным лучом. Область применения.

Лекция № 8