Резка металла: режимы резки металлов. Основные сведения о технике кислородной резки Режимы газовой резки

Основными показателями режима кислородной резки являются:

Вид горючего газа;
- мощность подогревающего пламени;
- давление режущего кислорода;
- расход режущего кислорода;
- давление горючего газа;
- скорость резки.

Все эти показатели связаны с толщиной разрезаемого металла, химического состав стали, чистоты кислорода и конструкции резака.

Вид горючего газа

При газовой резке происходит подогрев металла только до температуры горения, поэтому могут использоваться все горючие газы.
Однако газы, имеющие более низкую температуру пламени, требуют большего времени на подогревметалла перед резкой. Ацетилен обеспечивает получение пламени с самой высокой температурой. Поэтому нагрев металла в начале резки с использованием ацетиленового пламени происходит значительно быстрее, чем с использованием других горючих газов. Однако при резке металла большой толщины и длинных резов относительные потери времени не таквелики, поэтому горючие газы – заменители, имеющие более низкую стоимость, также широко применяются при газовой резке. Ацетиленовое пламя наиболее эффективно использовать при газовой резке тонкого металла ив случае большого количества коротких резов, требующих подогрева детали.

Мощность подогревающего пламени

Мощность подогревающего пламени выбираетсяв зависимости от толщины разрезаемого металла. При резке сталей используется нормальное пламя. Мощность пламени определяется номером наружного наконечника.

При ручной резке обычно используется 2 номера наружного наконечника:

– для металла толщиной не более 50 мм;

Для металла толщиной 50 – 200 мм

Давление режущего кислорода

Давление режущего кислорода выбирается в зависимости от толщины разрезаемого металла. Величина давлениярежущего кислорода указывается нанаружном наконечнике, выбираемомв зависимости от толщины разрезаемого металла. Чем больше толщина металла, тем больше должно быть давление режущего кислорода.

Если давление режущего кислорода слишком маленькое, то струя кислорода не сможет выдуть шлаки с места реза и металл не будет прорезан на всю толщину.

Если давление режущего кислорода слишком большое, то расход его возрастает и разрез получается недостаточно чистым.

Расход режущего кислорода

Расход режущего кислорода должен быть достаточен для окисления линии реза. Расход кислорода зависит от величины давления режущего кислорода и диаметра отверстия внутреннего мундштука, которые выбираются в зависимости от толщины металла.

Давление горючего газа

Давление горючего газа устанавливается в пределах0,5 – 1,0 бар в зависимости от толщины металла. Чем больше толщина металла, тем больше давление горючего газа.

Скоростькислородной резки

Скорость резки должна соответствовать скорости окисления металла.

При малой скорости происходит плавление верхней кромки реза,а при большой скорости образуются не прорезанные участки и возможно нарушение непрерывности резки.

Скорость резки, в основном, зависит от толщины разрезаемого металла. А также на скорость резки оказывают влияние:

• степень механизации процесса (ручная или машинная резка);
• форма линии реза (прямолинейная или фигурная);
• качество поверхности реза (разделочная, заготовительная с припуском на механическую обработку, заготовительная под сварку, чистовая)

Установлено, что уменьшение чистоты кислорода на 1% снижает скорость резки в среднем на 20%. Поэтому применять кислород чистотой ниже 99% нецелесообразно из-за снижения скорости и качества поверхности реза. Кислород должен быть чистотой 99,5% и более.

На практике необходимую скорость резки можно определить по направлению потока искр и шлака при резке.

1. Скорость резки мала; 2. Оптимальная скорость резки; 3. Скорость резки велика (3)

Низко- и среднеуглеродистые, а также низколегированные стали при содержании углерода до 0,3% хорошо режутся кислородом.

Способность стали поддаваться резке приближенно можно оценить по химическому составу, пользуясь следующей формулой эквивалента углерода, учитывающей влияние углерода и легирующих элементов стали на резку:

где С э — эквивалент углерода; символы элементов в формуле обозначают их содержание в стали в весовых процентах.

Пример. Сталь имеет состав: С - 0,2; Мп — 0,8; Si—0,6. Тогда С э =0,2+0,16+0,8+0,3·0,6=0,508. Сталь относится к 1 группе (табл. 16).

Кислородная резка почти не влияет на свойства низкоуглеродистой стали вблизи места реза. Только при резке сталей с повышенным содержанием углерода кромки разреза в результате частичной закалки становятся более твердыми. Глубина зоны влияния при резке составляет:

При резке высоколегированных хромистых, хромомарганцовистых и хромоникелевых сталей происходит обеднение кромок хромом, кремнием, марганцем и титаном, а содержание никеля возрастает. В структуре такой стали между кристаллами около кромки появляются включения легкоплавких сульфидов и силицидов железа, что способствует возникновению горячих трещин в момент остывания кромок. Возможна межкристаллитная коррозия после резки. Поэтому кромки этих сталей после резки кислородом в случае необходимости фрезеруются или строгаются.

Для некоторых марок высоколегированных сталей применяют термическую обработку для восстановления структуры кромок после резки кислородом.

3. РЕЖИМЫ РЕЗКИ

Основные показатели режима резки — это давление режущего кислорода и скорость резки, которые определяются главным образом толщиной разрезаемой стали. Величина давления кислорода зависит от конструкции резака, применяемых мундштуков, величины сопротивлений в кислородоподводящих коммуникациях и арматуре.

На скорость резки, помимо толщины металла, влияют также: метод резки (ручной или машинный); форма линии реза (прямолинейная или фасонная) и, наконец, вид резки (разделочная, заготовительная с припуском на механическую обработку, заготовительная под сварку, чистовая).

Режимы ручной резки приводились в табл. 11. Скорость ручной резки можно также определять по формуле

где S — толщина разрезаемой стали, мм.

При малой скорости резки происходит оплавление кромок реза, при слишком большой — значительно отстает кислородная струя, в результате образуются непрорезанные до конца участки и нарушается непрерывность резки.

Режимы машинной чистовой резки деталей с прямолинейными кромками без последующей механической обработки под сварку приведены в табл. 17. Для фасонной резки скорость берется в пределах, указанных в таблице для резки двумя резаками. При заготовительной резке скорость принимается на 10—20% выше указанной в таблице.

Приведенные в табл. 17 данные относятся к кислороду чистотой 99,5%. При меньшей чистоте кислорода эти величины следует умножать на поправочные коэффициенты, равные:

4. ТЕХНИКА РУЧНОЙ РЕЗКИ

Разрезаемый лист укладывают на подкладки, выверяют по горизонтали и, если нужно, закрепляют. Затем лист по линии реза очищают от окалины, ржавчины, грязи, которые уменьшают точность и ухудшают качество реза. Лист размечают (рис. 106), нанося на нем мелом или чертилками контуры вырезаемых деталей, причем так, чтобы металл использовался с наименьшим количеством отходов. Номера наружного и внутреннего мундштуков подбирают в зависимости от толщины металла, в соответствии с паспортом резака.

Резку обычно начинают с кромки листа. Если же нужно начать с середины листа (например, при вырезке фланцев), то сначала в листе прожигают кислородом отверстие, а затем вырезают нужную фигуру. Нагревают металл в месте, откуда ведут резку, а затем пускают режущую струю кислорода. Вслед за этим начинают перемещать резак по намеченной линии реза, прожигая металл на всю толщину. Если резку начинают с кромки, время начального подогрева (при работе на ацетилене) металла толщиной 5—200 мм составляет от 3 до 10 сек. При пробивке отверстия в листе струей кислорода это время увеличивается в 3—4 раза.

Резак следует перемещать равномерно. Если двигать его слишком быстро, то соседние участки металла не будут успевать нагреваться и процесс разрезания может прекратиться. При слишком медленном перемещении резака кромки будут оплавляться и разрез получится неровным, с большим количеством шлака.

Основные показатели режима резки - это давление режущего кислорода и скорость резки, которые зависят (для данного химического состава стали) от толщины разрезаемой стали, чистоты кислорода и конструкции резака.

Давление режущего кислорода имеет большое значение для резки. При недостаточном давлении струя кислорода не сможет выдуть шлаки из места реза и металл не будет прорезан на всю толщину. При слишком большом давлении кислорода расход его возрастает, а разрез получается недостаточно чистым.

Установлено, что уменьшение чистоты кислорода на 1% снижает скорость резки в среднем на 20%. Применять кислород чистотой ниже 95% нецелесообразно из-за снижения скорости и качества поверхности реза. Наиболее целесообразно и экономически оправдано применение, особенно при машинной кислородной резке, кислорода чистотой 99,5% и более.

На скорость резки также оказывают влияние степень механизации процессу (ручная или машинная резка), форма линии реза (прямолинейная или фигурная) и качество поверхности реза (разделочная, заготовительная с припуском на механическую обработку, заготовительная под сварку, чистовая).

Скорость ручной резки можно кроме таблицы также определить по формуле

где δ - толщина разрезаемой стали, мм.

Если скорость резки мала, то будет происходить оплавление кромок; если скорость слишком велика, то будут образовываться непрорезанные участки из-за отставания кислородной струи, непрерывность резки нарушится.

Режимы машинной чистовой резки деталей с прямолинейными кромками без последующей механической обработки под сварку приведены в табл. 20. Для фигурной резки скорость берется в пределах, указанных в таблице для резки двумя резаками. При заготовительной резке скорость принимается на 10 - 20% выше указанной в таблице.

Данные таблицы учитывают, что чистота кислорода - 99,5%. При меньшей чистоте расход кислорода и ацетилена возрастает, а скорость резки уменьшается; эти величины определяются умножением на поправочный коэффициент, равный:

При резке листов толщиной ∼ 100 мм экономически оправдано применение подогревающего пламени с избытком кислорода для возможно более быстрого нагрева поверхности металла.

Металлообработкой лазером называют технологию, при которой происходит нагрев материала в зоне обработки с последующим разрушением лучевым потоком. Этот процесс используют при массовом производстве, а также в частных мастерских. Использование резки лазером позволило модернизировать выпуск многих деталей. Она применяется для обработки практически всех типов металлических изделий и бывает обычная, художественная и фигурная. Это разнообразие предоставляет возможность изготавливать предметы весьма необычной формы. Для разных металлических изделий применяется соответствующее оборудование, учитывающее характеристики материала. Благодаря этому выпускаются изделия необходимой конфигурации, и исключается брак.

Несмотря на то что технология относится к дорогостоящим процессам, она весьма востребована благодаря своим возможностям. Высокое качество среза и скорость процедуры проводится практически без образования отходов. Металлические кромки получаются почти идеально ровными, не требующими дополнительной механической обработки. Это позволяет получать на выходе готовое изделие, полностью пригодное к дальнейшему использованию по назначению. На представленных ниже фото показана лазерная резка различных металлов.

Технология

В специальных устройствах для резки металлов лазером главным органом является лучевая установка. Металлическая область разрушается под воздействием высокой энергетической плотности потока. Технология лазерной резки металла заключается в использовании свойств этого луча. Он имеет постоянные значения длины волны, а также частоты (монохроматичность), что обеспечивает ее стабильность. Помимо этого, небольшой пучок можно легко сконцентрировать на маленьком участке.

На этом построена система лазерной резки металла, принцип которой заключается в воздействии на материал сгустка энергии. При этом мощность потока увеличивается в десятки раз благодаря особым типам колебаний, вызывающих резонанс. На обрабатываемой области происходит нагрев до температуры плавления металлоизделия. За небольшой временной отрезок процесс плавления увеличивается и переходит на основную толщу предмета. При значительном повышении температурного значения материал может начать испаряться.

Технология резки металла на производстве выполняется двумя методами: плавлением и испарением. При этом второй способ сопровождается повышенными энергетическими затратами, что не всегда оправданно. С увеличением толщины материала качество поверхности реза ухудшается. Наиболее широко используется плавление при работе с металлоизделиями.

Оборудование для резки

Установки, в которых активно используется лазерная резка металла содержит несколько основных элементов:

• энергетический источник;
• блок специальных зеркал (оптический резонатор);
• рабочий орган, создающий лучевой поток.

По мощности рабочего органа подразделяются и сами установки:

• до 6 кВт – твердотельные лазеры для резки металла;
• свыше 6 и до 20 кВт – аппараты газового принципа работы;
• от 20 до 100 кВт – устройства газодинамического типа.

Твердотельные установки используют рубин или же специально обработанное стекло, содержащее флюорит кальция в качестве добавочного компонента. Мощный импульс энергии создается за доли секунды, а работа ведется как в непрерывном режиме среза, так и в прерывистом.

Оборудование для лазерной резки металла, работающее на газовой смеси, использует электроток для нагрева газа. Состав включает азот, а также углекислый газ, гелий.

Газодинамические устройства применяют в качестве основы углекислый газ. Он нагревается и, проходя через узкое сопло, расширяется и сразу же охлаждается. При этом выделяется огромное количество тепловой энергии, способной срезать металлические изделия большой толщины. Большая мощность обеспечивает высочайшую точность среза при минимальном расходе лучевой энергии.

Устройства, на которых выполняется лазерная резка стали, а также прочих металлических материалов относятся к наиболее совершенному и высокотехнологичному оборудованию. Используя специальные станки, получают качественные и весьма точные резы, которые абсолютно не требуют проведения дополнительной механической обработки. Эти станки имеют весьма высокую стоимость и применяются на солидных предприятиях, выполняющих точную обработку разнообразных металлоизделий. Оборудование, использующее лазер для резки, не предназначено для использования в небольших частных мастерских, а также для бытовых работ.

При этом можно указать, что изредка данная техника применяется для выполнения гравировальных и прочих работ, которые требуют минимальной погрешности, точность лазерной резки металла находится на высочайшем уровне. Эти станки предоставляют возможность выполнять рез по заранее указанным параметрам. После предварительной настройки оператором дальнейший процесс переходит на автоматический режим.

Установки для реза изделий любой конфигурации способны выполнять вырезку впадин, а также фрезеровку по заданным значениям. Помимо этого, эти универсальные приспособления способны на выполнение художественной гравировки по самым различным поверхностям. Их стоимость напрямую зависит от таких показателей, как функциональность, мощность лазера для резки металла, а также бренда производителя.

Станки такого типа оснащаются специальным программным обеспечением, требующим предварительной подготовки оператора. Освоив курс работы на данной технике, управление самим процессом будет совершенно не сложным. Продажа установок этого вида проводится в специализированных магазинах, работающих со сложным оборудованием.

Режимы резки

Обработка металлоизделий лазером проводится на спецоборудовании, работающем в одном из трех режимов:

• испарение;
• плавление;
• сгорание.

Испарение

Лазерная резка по металлу испарением требует высокой интенсивности лучевого потока. Это необходимо для минимизации потери тепла от теплопроводности. Для этого применяют специальные установки твердотельного типа, использующие для работы пульсирующий режим. При данном способе материал в обрабатываемом участке полностью расплавляется, после чего удаляется при помощи специального технологического газа (аргона, азота или же прочих). Данный режим металлообработки используется весьма редко.

Плавление

При этом способе материал не выгорает, а расплав уносится из области обработки газовой струей. Этот способ применяется для работы с алюминием и его сплавами, а также с медью. Это достигается за счет создания сплавов тугоплавкого типа при активном взаимодействии с кислородом. Данные металлы можно разрезать только лучевым потоком высокой мощности.

Сгорание

Этот режим использует интенсивное окисление, которое поглощает излучение лазера и повышает локальность обрабатываемой области. При таком способе отходы убираются равномерно. Режим сгорания подразделяется на управляемый и автогенный, при котором горение металлической поверхности происходит по всему участку кислородного воздействия. Этот режим не позволяет получить ровный рез и его стараются избегать.

Данные режимы лазерной резки металлов выбираются по параметрам материала и необходимой точности обработки. Следует помнить, что от толщины изделия и скорости металлообработки напрямую зависит качество процесса.

Обрабатываемые материалы

Металлообработка лазером используется для обработки алюминия, а также его многочисленных сплавов, бронзы, титана, нержавейки, меди и прочих материалов. При этом алюминиевые изделия, титановые, из нержавеющей стали обладают хорошей отражающей способностью, что негативно влияет на скорость их обработки. Листовые детали до 6 мм лучше обрабатывать азотной установкой.

Для металлических сплавов качество резки напрямую зависит от их толщины. Предметы из черной стали имеют максимальную толщину обработки 20 мм, стальные нержавеющие – 15 мм, медные – 5 мм, а алюминиевые – 10 мм.

Обработка латуни проводится как автоматизированным способом, так и ручным методом. Особенностей и сложностей при этом не возникает. Станок самостоятельно программируется весьма быстро и позволяет получить детали необходимой конфигурации.

Преимущества лазерной резки

Устройства, в которых применяется специальная лазерная резка металла позволяет обрабатывать предметы практически любой толщины. Эти станки работают как с простыми металлическими деталями, так и с нержавейкой, а также разнообразными алюминиевыми сплавами. Отсутствие прямого механического контакта сохраняет форму изделия и не вызывает повреждений, деформации поверхности. Автоматизированная система работает посредством управляющих программ, предоставляющих возможность выполнять резку с высочайшей точностью.

Установки работают не только в автоматическом режиме, но также в ручном, при котором процесс лазерной резки выполняется оператором собственноручно на высокой скорости. Данные станки обладают высокой функциональностью, а также универсальностью. Для них нет необходимости в использовании разнообразных пресс-форм, а также формочек, что значительно снижает затраты. Высокая скорость работы заметно повышает производительность процесса, при котором расходный материал используется с минимальными отходами.

Технологические процессы обработки металлов путем снятия стружки осуществляются режущими инструментами на с целью придания деталям заданных форм, размеров и качества поверхностных слоев.

Для получения поверхности заданной формы заготовки и инструменты закрепляют на металлообрабатывающих станках, рабочие органы которых сообщают им движения нужной траектории с установленной скоростью и силой.

Определение рационального режима резания металла

Любой вид такой обработки, как резка металла, характеризуется режимом резания металлов, представляющим собой совокупность следующих основных элементов: скорость резания, глубина резания и подача .

Назначенный для обработки заготовки режим резания определяет основное технологическое время на ее обработку и соответственно производительность труда. Работа резания переходит в тепло. Со стружкой уходит 80 % тепла и более, остальное распределяется между резцом, заготовкой и окружающей средой. Под влиянием тепла изменяются структура и твердость поверхностных слоев резца и его режущая способность, изменяются также и свойства поверхностного слоя заготовки.

Режимы резания для каждого случая могут быть рассчитаны по эмпирическим формулам с учетом свойств обрабатываемого материала, установленной нормативами стойкости резца, его геометрии и применяемого охлаждения, а также с учетом точностных параметров обработанной заготовки, особенностей станочного оборудования и оснастки. Назначение режимов резания начинают с определения максимально допустимой глубины резания , затем определяют допустимую подачу и скорость резания .

Глубина резания - толщина снимаемого слоя металла за один проход (расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали).

Скорость резания - скорость инструмента или заготовки в направлении главного движения, в результате которого происходит отделение стружки от заготовки, подача - скорость в направлении движения подачи. Другими словами, это путь, пройденный в минуту точкой, лежащей на обрабатываемой поверхности относительно режущей кромки резца. Например, при точении скоростью резания называется скорость перемещения обрабатываемой заготовки относительно режущей кромки резца (окружная скорость).

Когда определена скорость резания, можно определить частоту вращения шпинделя (об/мин).

По рассчитанным силе резания и скорости резания определяют мощность , необходимую на резание.

В зависимости от условий резания стружка , снимаемая режущим инструментом в процессе резания материала, может быть элементной, скалывания, сливной и надлома.

Характер стружкообразования и деформации металла рассматривается обычно для конкретных случаев, в зависимости от условий резания; от химического состава и физико-механических свойств обрабатываемого металла, режима резания, геометрии режущей части инструмента, ориентации его режущих кромок относительно вектора скорости резания, смазывающе-охлаждающей жидкости и др. Деформация металла в разных зонах стружкообразования различна, причем она охватывает также и поверхностный слой обработанной детали, в результате чего он приобретает наклёп и возникают внутренние (остаточные) напряжения, что оказывает влияние на качество деталей в целом.

В результате превращения механической энергии, расходуемой при обработки металлов резаньем, в тепловую возникают тепловые источники (в зонах деформации срезаемого слоя, а также в зонах трения контактов инструмент - стружка и инструмент - деталь), влияющие на стойкость режущего инструмента (время работы между переточками до установленного критерия затупления) и качество поверхностного слоя обработанной детали. Тепловые явления вызывают изменение структуры и физико-механических свойств как срезаемого слоя металла, так и поверхностного слоя детали, а также структуры и твёрдости поверхностных слоев режущего инструмента.

Процесс теплообразования зависит также от условий резания. Скорость резания и обрабатываемость металлов резанием существенно влияют на температуру резания в зоне контакта стружки с передней поверхностью резца. Трение стружки и обрабатываемой детали о поверхности режущего инструмента, тепловые и электрические явления при обработке металлов резанием вызывают его изнашивание. Различают следующие виды износа : адгезионный, абразивно-механический, абразивно-химический, диффузионный, электродиффузионный. Характер изнашивания металлорежущего инструмента является одним из основных факторов, предопределяющих выбор оптимальной геометрии его режущей части. При выборе инструмента в зависимости от материала его режущей части и др. условий резания руководствуются тем или иным критерием износа.

Значительное влияние на обработку металов резанием оказывают активные смазочно-охлаждающие жидкости , при правильном подборе, а также при оптимальном способе подачи которых увеличивается стойкость режущего инструмента, повышается допускаемая скорость резания, улучшается качество поверхностного слоя и снижается шероховатость обработанных поверхностей, в особенности деталей из вязких жаропрочных и тугоплавких труднообрабатываемых сталей и сплавов.

Эффективность обработки металлов резанием определяется установлением рациональных режимов резания, учитывающих все влияющие факторы. Повышение производительности труда и уменьшение потерь металла (стружки) при обработки металлов резанием связано с расширением применения методов получения заготовок, форма и размеры которых максимально приближаются к готовым деталям. Это обеспечивает резкое сокращение (или исключение полностью) обдирочных (черновых) операций и приводит к преобладанию доли чистовых и отделочных операций в общем объёме обработки металлов резанием.

Дальнейшие направления развития обработки металлов резанием

К дальнейшим направлениям развития обработки металлов резанием можно отнести:

• интенсификация процессов резания,
• освоение обработки новых материалов,
• повышение точности и качества обработки,
• применение упрочняющих процессов.