Технология конструкционных материалов

дается дуга между электродом и соплом (дежурная), а затем при каса­ нии ее факелом изделия происходит автоматическое зажигание ос­ новной дуги между электродом и изделием. Дежурная дуга обычно питается от того же источника, что и основная, через токоограничи­ вающее сопротивление.

Рис. 20.11. Схемыустройства плазмотронов:

а —с дугой прямогодействия; 6— с дугой косвенногодействия

Сжатие столба дуги происходит следующим образом: рабочий газ, проходящий через столб дуги, нагревается, ионизируется и выходит из сопла плазмотрона в виде плазменной струи. В качестве плазмооб­ разующих газов применяют азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси. Газ выбирают в зависимости от процесса обработки и вида об­ рабатываемого материала.

Плазменная струя дуги прямого действия имеет почти цилинд­ рическую форму, немного расширяющуюся у поверхности изделия. Плазменная дуга косвенного действия имеет форму ярко выраженно­ го конуса с вершиной, обращенной к изделию и окруженной факелом.

Слой газа, омывающий столб дуги снаружи, остается относитель­ но холодным, образуя тепловую и электрическую изоляцию между плазменной дугой и каналом сопла. Плотность тока дуги в плазмотро­ нах достигает 100 А/мм2, температура — 15 ООО...30 ООО °С.

Плазменная струя, истекающая из плазмотрона с дугой прямого действия, совмещена со столбом дуги в отличие от плазмотронов с ду­ гой косвенного действия и поэтому характеризуется более высокой температурой и тепловой мощностью.

Плазменная дуга может быть использована:

□при сварке тонколистового материала (менее 1 мм), включая тугоплавкие металлы;

□сварке металлов с неметаллами;

□наплавке и нанесении покрытий путем расплавления электрод­ ной или дополнительно подаваемой в дугу присадочной проволоки;

□пайке, разделительной резке и поверхностной обработке раз­ личных материалов.

Глава 21

ТЕРМИЧЕСКАЯ РЕЗКА

Получили распространение несколько способов термической резки металлов:

□газокислородная;

□кислородно-флюсовая;

□дуговая резка металлическим электродом;

□кислородно-дуговая;

□воздушно-дуговая;

□плазменно-дуговая.

Газокислороднаярезка заключается в сжигании металла в струе ки­ слорода и удалении этой струей образующихся оксидов. При горении железа в кислороде выделяется значительное количество теплоты по реакции

3Fe + 202 = Fe30 4 + Q.

Для начала горения металл подогревают до температуры его вос­ пламенения в кислороде (например, сталь до 1000... 1200 °С). Ме­ талл нагревается в начальной точке реза подогревающим ацетиле­ нокислородным пламенем, затем в зону резки направляется струя режущего кислорода, и нагретый металл начинает гореть. Горение сопровождается выделением теплоты, которая вместе с подогреваю­ щим пламенем разогревает лежащие ниже слои на всю толщину ме­ талла. Образующиеся оксиды расплавляются и выдуваются струей режущего кислорода из зоны реза. Траектория перемещения струи соответствует заданной форме реза.

Для обеспечения нормального процесса резки металл должен от­ вечать следующим требованиям:

□температура его плавления должна быть выше температуры го­ рения в кислороде;

□температура плавления оксидов металла должна быть ниже тем­ пературы его плавления;

□количество теплоты, выделяющейся при сгорании металла в ки­ слородной струе, должно быть достаточным для поддержания непре­ рывного процесса резки;

□теплопроводность металла не должна быть слишком высокой,

впротивном случае теплота слишком интенсивно отводится и про­ цесс резки прерывается;

□образующиеся оксиды должны быть достаточно жидкотекучи­ ми и легко выдуваться вниз струей режущего кислорода.

Практически указанным требованиям отвечают железо, низкоуг­ леродистые и низколегированные стали.

По характеру и направленности кислородной струи различают не­ сколько способов резки.

При разделительной резке режущая струя направлена нормально к поверхности металла и прорезает его на всю толщину. Разделитель­ ной резкой раскраивают листовую сталь, разрезают профильный ма­ териал, вырезают косынки, круги, фланцы и т. п.

При поверхностнойрезке режущая струя направлена под очень ма­ лым углом к поверхности металла (почти параллельно ей) и обеспе­ чивает грубую его строжку или обдирку. Ею удаляют поверхностные дефекты отливок.

При резке кислородным копьем копье образуется тонкостенной стальной трубкой, присоединенной к рукоятке и свободным кон­ цом прижатой к прожигаемому металлу. Резка начинается с подог­ рева конца трубки сварочной дугой или горелкой. При пропускании кислорода через трубку (копье) ее конец быстро загорается и даль­ нейший подогрев не нужен. Копье прижимают к металлу и углубля­ ют в него. Таким образом выжигают отверстия круглого сечения. Кислородным копьем отрезают прибыли крупных отливок, прожи­ гают летки в металлургических печах, отверстия в бетоне и т. п.

Газокислородная резка может быть ручной и машинной. Для руч­ ной резки применяют универсальный резак со сменными мундшту­ ками (рис. 21.1). Врезаке конструктивно объединены подогревающая и режущая части. Подогревающая часть аналогична таковой у свароч­ ных горелок. Режущая часть состоит из дополнительной трубки 4для подачи режущего кислорода. В мундштуке находятся два концентри­ чески расположенных отверстия для выхода подогревающего пламе­ н и / и режущей струи 2. Мундштук резака 3 образует прямой угол со стволом. При замене ацетилена другими горючими газами в резаке увеличивают сечения каналов инжектора и смесительной камеры.

Ручная резка вследствие неравномерности перемещения резака и вибрации режущей струи не дает высокого качества поверхности реза.

2

Рис. 21.1. Схема газокислородногорезака

Для получения реза высокого качества применяют машинную рез­ ку, которая обеспечивает равномерное перемещение резака по линии реза, строгую перпендикулярность режущей струи к разрезаемой по­ верхности и постоянное расстояние от мундштукадо поверхности ме­ талла. Машинную резку выполняют специальными автоматами и по­ луавтоматами с одним или несколькими резаками. Вырезку прямо­ линейных и криволинейных фасонных заготовок осуществляют по металлическому копиру.

Обычной кислородной резкой разрезают металлы, толщина кото­ рых 5.„300 мм. При резке металлатолщиной более 300 мм применяют специальные резаки.

Газокислородная резка хромистых и хромоникелевых сталей, а так­ же чугуна, меди и ее сплавов практически невозможна. Для резки этих металлов применяют кислородно-флюсовую резку, которая состоит в том, что в струю режущего кислорода подают порошкообразный флюс (преимущественно железный порошок).

Подводимый к месту реза флюс при сгорании выделяет дополни­ тельное количество теплоты, способствующей расплавлению туго­ плавких оксидов. Расплавленные оксиды образуют жидкие шлаки, которые стекают и не препятствуют процессу резки.

При дуговойрезке металлическим электродом металл в месте реза проплавляют электрической дугой. Силу тока при резке устанавлива­ ют максимально возможной. Обычно при такой резке сила тока на 20...30 % больше, чем при сварке электродами такого же диаметра.

Металлическим электродом можно резать чугун, коррозионностойкие стали и цветные металлы, которые не поддаются обычной кислородной резке.

При кислородно-дуговой резке разрезаемый металл разогревают электрической дугой, а затем сжигают струей кислорода. Обычно ре­

жущая струя кислорода следует за направлением движения электрода. Для этого способа резки применяют специальные резаки, обеспечи­ вающие закрепление электрода и подвод кислорода к месту реза. Для резки применяют угольные, графитизированные или стальные электроды.

Кислородно-дуговой резкой можно резать углеродистые, легиро­ ванные, коррозионно-стойкие стали, чугун и цветные металлы. По чистоте получаемого реза она почти не уступает газокислородной, а по производительности в некоторых случаях превосходит ее.

Сущность воздушно-дуговой резки заключается в том, что металл расплавляют теплотой электрической дуги, а затем выдувают из места реза струей воздуха. Этот способ можно использовать для раздели­ тельной и поверхностной резки листового и профильного проката, удаления прибылей с отливок, головок заклепок, дефектных участ­ ков сварных швов, трещин, раковин, а также для разделки канавок и съема фасок. Резать можно в любых пространственных положениях. Качество реза почти не уступает качеству реза при газокислородной резке.

Резку производят омедненными угольными или графитизированными электродами круглого, квадратного или прямоугольного сече­ ния на постоянном токе обратной полярности. Пластинчатые элек­ троды применяют только для поверхностной резки.

Плазменно-дуговую резку выполняют плазменной дугой и плаз­ менной струей. При резке плазменной дугой расплавленный металл удаляется из полости реза направленным потоком плазмы, совпа­ дающим с токоведущим столбом создающей его дуги прямого дейст­ вия. Этим способом разрезают толстые листы алюминия и его спла­ вов (до 80... 120 мм), высоколегированную сталь и медные сплавы.

Плазменной струей, полученной в столбе дугового разряда незави­ симой дуги, разрезают неэлектропроводныё материалы (например, керамику), тонкие стальные листы, алюминиевые и медные сплавы, жаропрочные сплавы и т. д. При плазменной резке используют аргон, его смесь с. водородом, воздух и другие газы.

Скорость резки плазменной дугой при прочих равных условиях выше скорости резки плазменной струей.

Плазменную резку выполняют специальным резаком, называе­ мым плазмотроном.

Раздел

\ / l Обработка резанием

Глава 22 КЛАССИФИКАЦИЯ ДВИЖЕНИЙ

В МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ И МЕТОДОВ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

22.1.Понятие одвиженияхвметаллорежущих станках

иметодахформообразования

Обработка материалов резанием — это технологический процесс, при котором режущий инструмент удаляет с поверхности заготовки слой материала в виде стружки для получения необходимой геометриче­ ской формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховато­ стей поверхностей детали.

Обработка резанием сопровождается образованием значительных отходовметаллав виде стружки. При обработке поковок, полученных на штамповочных молотах, коэффициент использования металла со­ ставляет в среднем 0,66, а полученных на кривошипных горячештам­ повочных прессах — 0,7. Если учесть потери металла при изготовлении поковок, то общие потери составят в среднем 0,42...0,7.

Процесс резания состоит в том, что обрабатываемая деталь и режу­ щий инструмент перемешаются относительно друг друга, и во время этогодвижения инструмент срезает с поверхности детали слой метал­ ла, превращая его в стружку. Совокупность относительных движений инструмента и заготовки, необходимых для получения заданной по­ верхности, называют схемой обработки. Механизмы металлорежущих

Гпава 22. Классификация движений в станках и методов формообразования 449

Главное движение при методе копирования (рис. 22.2, в) определяет формообразование. Образующей линией 1 является режущая кромка инструмента, направляющая линия 2 воспроизводится вращением за­ готовки.

Согласование двух движений подачи при методе обкатки (огиба­ ния) (рис. 22.2, г) дает возможность получить образующую линию 1 как огибающую кривую к последовательным положениям режущей кромки инструмента. Направляющая линия 2 воспроизводится вра­ щением заготовки.

22.2. Элементысрезаемогослояи режим резания

В процессе резания (рис. 22.3) на заготовке различают обрабатывае­ мую поверхность 1, с которой срезается слой материала, и обработан­ ную поверхность 3, с которой слой материала уже срезан. Поверх­ ность резания 2 образуется режущей кромкой инструмента и является переходной между обрабатываемой и обработанной поверхностями.

Рис. 22.3. Элементы резания и геометрия срезаемого слоя

Элементами режима резания являются скорость резания, подача и глубина резания. Скоростьрезания v — это путь перемещения ре­ жущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверх­ ности детали в направлении главного движения в единицу времени. Скорость резания измеряют в м/мин при всех видах обработки реза­ нием, кроме шлифования и полирования, где ее измеряют в м/с.