3.2.3. Термофизическое резание бесконтактным способом
Термический характер механизма разрушения, вызываемого подводом в зону резания различной по природе физических явлений энергии, и предопределил название способа резания – термофизический. Способы термофизической обработки материалов резанием различаются по виду режущего инструмента и носят одноименные с ними названия [1, c. 116–117].
Термическое разрушение материалов, используемых в швейной промышленности, не вызывает особых затруднений благодаря сравнительно низкой их термостойкости. Весьма эффективно бесконтактное взаимодействие режущего инструмента с обрабатываемым материалом. Бесконтактные способы обладают большей универсальностью по сравнению с механическим резанием специальными инструментами и обеспечивают высокую производительность процесса резания.
Лучевой способ основан на использовании в качестве режущего инструмента луча лазера, тепловая энергия которого сжигает материал по заданной линии [1, с. 125–165; 6, с. 249–251].
Лазеры – это оптические квантовые генераторы, усиливающие электромагнитные колебания за счет индуцированного излучения. Сущность лазерного излучения состоит в том, что атом, переходя в более высокое энергетическое состояние, излучает энергию самопроизвольно. Для возбуждения атомов к системе подводится электромагнитная энергия (подкачка) по длине волны, отличающейся от длины волны излучения. При самопроизвольном излучении фотоны испускаются атомом, что усиливает световую волну. При достаточно большом усилении часть пучка света выходит в виде монохроматичного луча, обладающего высокой когерентностью во времени [2, с. 98–121].
С помощью луча лазера резание швейных материалов можно выполнять последовательным, параллельно-последовательным или параллельным методом обработки. Выбор метода зависит от способа фокусировки луча (в точку или в линию), а также от способа подачи излучения на заготовку. Например, мощный световой поток можно, не фокусируя, направить через контур шаблона вырезаемой детали на материал. В зависимости от способа подачи потока излучения на разрезаемый материал луч лазера может быть использован как специальный или универсальный режущий инструмент. Исследования по изучению возможности луча лазера noказали, что для раскроя швейных материалов в качестве излучателя в оптических квантовых генераторах следует применять газ СО2.
Наиболее важными факторами, влияющими на качество резания, являются плотность мощности луча в фокусе, диаметр фокального пятна, скорость перемещения, толщина и плотность материала, вид волокна материала.
Применение лазеров рекомендуется в тех случаях, когда лазерные технологические процессы:
обеспечивают резкое снижение трудоемкости изготовления изделий;
вызывают изменение технологического процесса изготовления изделия за счет возможности внедрения более прогрессивной технологии на предшествующих и последующих операциях;
приводят к резкому снижению норм расхода дефицитного и дорогостоящего материала за счет увеличения коэффициента его использования;
создают возможность изменения качественных показателей материала детали или заготовки;
дают возможность изменить организационную структуру производства путем создания специализированных центров по лазерной обработке материалов. Например, проект централизованного подготовительно-раскройного производства предусматривает использование лазерной технологии раскроя настилов тканей для ряда швейных предприятий Санкт-Петербурга [3, с. 4–5].
Применение луча лазера оправдало себя в деревообрабатывающей промышленности, приборостроении и точном машиностроении. Лазерное излучение может эффективно использоваться для раскроя неметаллических материалов: оргстекла толщиной до 50 мм, фторопласта до 30 мм, стеклотекстолита, полиэтилена, поливинилхлорида до 2 мм, асбоцемента, базальтовых тканей, тканей для бронежилетов, кожи, картона для упаковки, керамики, ковров и текстиля. В связи с возрастающим использованием синтетических материалов в швейной промышленности при раскрое лучом лазера может быть одновременно решен вопрос закрепления оплавлением срезов деталей от осыпания. Однако луч лазера имеет существенный недостаток – создает сильное загрязнение окружающей среды, а аппаратура лазера имеет довольно высокую стоимость.
Плазменный способ основан на использовании в качестве режущего инструмента плазменной дуги, тепловая энергия которой прогревает разрезаемый материал до температуры потери прочности [1, с. 165–172; 6, с. 249–251].
Плазменное состояние вещества представляет собой источник энергии с особо высокой температурой (до 40 000 °С). Для практических целей в швейном производстве такая температура не требуется, поэтому для резания используют микроплазменную дугу (струю). Микроплазменная дуга генерируется плазмотроном и характеризуется малыми токами (до нескольких десятков ампер), меньшей мощностью разряда, факел плазмы может быть диаметром менее 1 мм.
Характерной особенностью микроплазменного способа резания материалов является то, что качество линии резания практически не зависит от скорости подачи плазмы, ширина резания может быть 0,5 мм. Защитный газ, подаваемый через специальное сопло, защищает от обугливания разрезаемые участки материала.
При плазменном способе обработки, как правило, используется режущий инструмент универсального действия. При электроразрядной обработке материалов резанием режущий инструмент может быть универсального действия (например два электрода формы игла–игла) или специального, когда один из электродов имеет конфигурацию заданной линии реза.
Плазменный способ резания по виду разрушения сходен с лазерным, но уступает ему в производительности. Однако способ резания плазмой гораздо проще и дешевле в осуществлении.
Резание электроразрядом основано на использовании в качестве режущего инструмента электрического разряда с получением эффекта электрической эрозии [1, с. 172–182]. Разрушение материала по линии разрезания производится с предварительным на-
Источник высокого
напряжения
|
|
несением на нее токопроводящего вещества – графита (рисунок 3.9), к которому присоединяется подвижной электрод 2. Второй электрод 3 располагается над другим концом графитовой линии. К электродам подводится ток высокого напряжения, под действием которого материал под графитом сгорает. Для пробивания отдельных отверстий |
Рисунок 3.9 – Схема резания электроразрядом |
|
электроразрядом могут быть использованы неподвижные электроды в виде игл.
По линии разрезания материалов из натуральных волокон образуется зона повреждения, а у материалов из синтетических волокон срезы оплавляются, что предотвращает их от осыпания. Использование электроразряда в качестве режущего инструмента более эффективно при выполнении перфорирования. В некоторых случаях он может быть применен и для разрезания материалов. Скорость резания и качество линии резания с помощью электроразряда значительно ниже, чем при резании плазменным и лучевым способами.
Способ резания материалов с помощью перегретого пара заключается в резании текстильных материалов природного или натурального происхождения струей перегретого пара температурой 200–4500С и давлением 137 кПА. Получение и использование перегретого пара снижают эффективность его применения. Резание с помощью перегретого пара значительно уступает почти всем термофизическим способам резания, рассматриваемые выше.