газовая резка. Лекция 4 резка металлов

• Название: Лекция 4 резка металлов
• Дата: 20.03.2022
• Размер: 39.91 Kb.
• Имя файла: газовая резка.docx
• Тип: Лекция; #405038

Лекция 4

РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

1. 
   Газовая резка
   

Одним из способов разделки металла является газовая рез- ка. Технология этого способа обладает своими особенностями и используемым оборудованием.

Газорезка металла раньше пользовалась широкой попу- лярностью в ремонтных работах.

Распространение этого метода обосновано рядом особен- ностей:

- расширяет возможности резки заготовок большой тол-

щины;

• 
  не требует питания от электросети;
  
• 
  обладает высокой производительностью;
  
• 
  возможностью выполнения сложных операций;
  
• 
  ручной и автоматический режим работы.
  

Этот способ позволяет обрабатывать углеродистые и леги-

рованные стали, титановые сплавы, изделия из латуни, чугуна, свинца, бронзы, алюминия.

Газовую резку можно классифицировать на категории применительно к характеру реза:

1. 
   Разделительная – характеризуется выполнением сквоз- ного реза, который делит заготовку на требуемое число деталей;
   
2. 
   Поверхностная – предполагает снятие поверхностного слоя заготовки, образуя необходимые каналы, шлицы и иные кон- структивные участки;
   
3. 
   Резка копьем – подразумевает прожиг обрабатываемой поверхности для получения проемов или глухих отверстий.
   

Таким образом, метод позволяет заготавливать многооб- разные металлические детали, производить сварку труб разного диаметра.

Технология газовой резки металла состоит из этапов:

1. 
   Разогревание металлической заготовки при помощи
   

нагревателя до температуры 1100°С;

2. 
   Введение потока кислорода в зону обработки;
   
3. 
   При соприкосновении кислорода с металлической по- верхностью возникает воспламенение;
   
4. 
   Под влиянием воспламенения заготовка начинает «сго- рать», образуя нужный результат обработки.
   

Разогревание заготовки происходит под действием смеси горючего газа и технического кислорода, рис.4.1.

струя режущего кислорода слой оксидов

мундштук кислородного резака направление реза

подогревающее пламя

разрезаемый металл
неровности разрезанного металла прослойка жидкого металла
Рисунок 4.1 – Газовая резка
В качестве горючего газа применяется пропан-бутановый состав, ацетилен, природный, пиролизный или коксовый газ. Наиболее популярными считаются ацетиленовый и пропан- бутановый состав.

В процессе воспламенения идет реакция образования окислов. Они выдуваются из рабочей зоны потоком кислорода. Окисление металла происходит только на участках действия кис- лородного потока, что исключает попадание продуктов реакции внутрь металла. Для непрерывности процесса резки требуется обеспечение струи подогревающего состава перед струей кисло- рода.

Следует учитывать, что температура плавления обрабаты- ваемого металла должна быть больше температуры воспламене- ния в кислороде. Иначе не произойдет сгорания металла.

А также показатель плавления образующихся окислов должен быть ниже соответствующих показателей для металла. Это обосновано тем, что в противном случае возникшие продук- ты не уйдут из рабочей зоны, а останутся на поверхности заго- товки. При выборе заготовки требуется ориентироваться на теп- лопроводность металла. Чем она ниже, тем легче произойдет вос- пламенение.

Смену этапов процесса резки обеспечивает специальное оборудование. Одним из главных компонентов выступает газо- вый резак. Также есть насадки для сварки и плавки, применяемые в комплекте с данным оборудованием.

Резка металла газовым резаком предполагает точность до- зировки и соединения газовой смеси с кислородом. А также это устройство обеспечивает получение разогревающего пламени и введение кислорода в зону работы.

Газовая смесь и кислород движутся в резак посредством разных входов. Кислород движется в инжектор и мундштук для создания режущей струи. После инжектора кислород подается в камеру смешения, куда также направляется газ через свой вход- ной проем.

После смешения состав оказывается в мундштуке, ответ- ственном за образование разогревающего пламени. Вентили поз- воляют производить изменение потоков.

Резаки можно разделить по области употребления на:

1. 
   Ручные – используются для ручной резки;
   
2. 
   Машинные – находят применение на резочных станках и машинах.
   

2. Плазменная резка

В последнее время использование плазменного потока для раскроя материалов набирает все большую популярность. Еще более расширяет сферу использования данной технологии появ- ление на рынке ручных аппаратов, с помощью которых выполня-

ется плазменная резка металла.

Плазменная резка предполагает локальный нагрев металла в зоне разделения и его дальнейшее плавление. Такой значитель- ный нагрев обеспечивается за счет использования струи плазмы, формируют которую при помощи специального оборудования. Технология получения высокотемпературной плазменной струи выглядит следующим образом.

Изначально формируется электрическая дуга, которая за- жигается между электродом аппарата и его соплом либо между электродом и разрезаемым металлом. Температура такой дуги со- ставляет 5000 градусов.

После этого в сопло оборудования подается газ, который повышает температуру дуги уже до 20000 градусов.

При взаимодействии с электрической дугой газ ионизиру- ется, что и приводит к его преобразованию в струю плазмы, тем- пература которой составляет уже 30000 градусов.

Полученная плазменная струя характеризуется ярким све- чением, высокой электропроводностью и скоростью выхода из сопла оборудования (500–1500 м/с). Такая струя локально разо- гревает и расплавляет металл в зоне обработки, затем осуществ- ляется его резка.

В специальных установках для получения плазменной струи могут использоваться различные газы. В их число входят:

• 
  обычный воздух;
  
• 
  технический кислород;
  
• 
  азот;
  
• 
  водород;
  
• 
  аргон;
  
• 
  пар, полученный при кипении воды.
  

Технология резки металла с использованием плазмы пред- полагает охлаждение сопла оборудования и удаление частичек расплавленного материала из зоны обработки. Обеспечивается выполнение этих требований за счет потока газа или жидкости, подаваемых в зону, где осуществляется резка. Характеристики

плазменной струи, формируемой на специальном оборудовании, позволяют произвести с ее помощью резку деталей из металла, толщина которых доходит до 200 мм.

Аппараты плазменной резки успешно используются на предприятиях различных отраслей промышленности. С их помо- щью успешно выполняется резка не только деталей из металла, но и изделий из пластика и натурального камня. Благодаря таким уникальным возможностям и своей универсальности, данное обо- рудование находит широкое применение на машиностроительных и судостроительных заводах, в рекламных и ремонтных предпри- ятиях, в коммунальной сфере. Огромным преимуществом исполь- зования таких установок является еще и то, что они позволяют получать очень ровный, тонкий и точный рез, что является важ- ным требованием во многих ситуациях.

На современном рынке предлагаются аппараты, с помо- щью которых выполняется резка металла с использованием плаз- мы, двух основных типов:

• 
  аппараты косвенного действия - резка выполняется бес- контактным способом;
  
• 
  аппараты прямого действия - резка контактным спосо-
  

бом.

Оборудование первого типа, в котором дуга зажигается

между электродом и соплом резака, используется для обработки неметаллических изделий.

В аппаратах второго типа электрическая дуга зажигается между электродом и непосредственно деталью, которая может быть только из металла. Благодаря тому, что рабочий газ в таких устройствах нагревается и ионизируется на всем промежутке (между электродом и деталью), струя плазмы в них отличается более высокой мощностью. Именно такое оборудование может использоваться для выполнения ручной плазменной резки.

Любой аппарат плазменной резки, работающий по кон- тактному принципу, состоит из стандартного набора комплекту- ющих:

• 
  источника питания;
  
• 
  плазмотрона;
  
• 
  кабелей и шлангов, с помощью которых выполняется со- единение плазмотрона с источником питания и источником пода- чи рабочего газа;
  
• 
  газового баллона или компрессора для получения струи воздуха требуемой скорости и давления.
  

Главным элементом всех подобных устройств является плазмотрон, именно он отличает такое оборудование от обычного сварочного. Плазмотроны или плазменные резаки состоят из сле- дующих элементов:

• 
  рабочего сопла;
  
• 
  электрода;
  
• 
  изолирующего элемента, который отличается высокой термостойкостью.
  

Основное назначение плазмотрона состоит в том, чтобы преобразовать энергию электрической дуги в тепловую энергию плазмы. Газ или воздушно-газовая смесь, выходящие из сопла плазмотрона через отверстие небольшого диаметра, проходят че- рез цилиндрическую камеру, в которой зафиксирован электрод. Именно сопло плазменного резака обеспечивает требуемую ско- рость движения и форму потока рабочего газа, и, соответственно, самой плазмы. Все манипуляции с таким резаком выполняются вручную: оператором оборудования.

Учитывая тот факт, что держать плазменный резак опера- тору приходится на весу, бывает очень сложно обеспечить высо- кое качество раскроя металла. Нередко детали, для получения ко- торых была использована ручная плазменная резка, имеют края с неровностями, следами наплыва и рывков. Для того чтобы избе- жать подобных недостатков, применяют различные приспособле- ния: подставки и упоры, позволяющие обеспечить ровное движе- ние плазмотрона по линии раскроя, а также постоянство зазора между соплом и поверхностью разрезаемой детали.

3. Гидроабразивная резка металла

Обязательным на любом машиностроительном и металло- обрабатывающем предприятии является оборудование, позволя- ющее выполнять резку листового металла. Очень часто техниче- ских возможностей наиболее распространенных видов подобного оборудования бывает недостаточно для того, чтобы обеспечить высокое качество реза.

Гидроабразивная резка металла не является инновацион- ной технологией, использовать ее начали еще в 1960-х годах.

Суть данной технологии заключается в том, что в зону реза под большим давлением подается вода, в состав которой вклю- чены абразивные вещества. Любая установка гидроабразивной резки работает по следующей схеме.

1. 
   В смеситель аппарата из специальной емкости подаются вода и абразивный материал, в качестве которого преимуще- ственно используется мелкий песок.
   
2. 
   После смешивания вода с абразивом поступает в сопло установки.
   
3. 
   В сопле формируется тонкая струя гидроабразивной смеси, которая под большим давлением подается в зону резки.
   

Технология, реализуемая по подобной схеме, позволяет не только выполнять резку быстро и с высоким качеством, но и зна- чительно экономить на расходных материалах, самым дорогим из которых является обычный песок. Следует отметить, что по ско- рости выполнения абразивная резка с помощью воды сопостави- ма с плазменной технологией, а по качеству получаемого реза – с лазерной.

Данная технология имеет серьезные отличия от всех остальных методов разделения листового металла. При использо- вании такого метода поверхность обрабатываемого металла не испытывает давления и механического воздействия. Благодаря этому в зоне резки отсутствует трение, соответственно, исключен нагрев инструмента и поверхности детали, что положительно ска-

зывается на качестве обработки и значительно расширяет область применения такой технологии.

Чаще всего абразивная резка с участием воды применяется для разделения листового металла, но в последнее время такой метод все активнее используют для обработки других материа- лов, к которым относятся:

• 
  природные камни (гранит, мрамор и др.);
  
• 
  керамическая плитка, листовое стекло;
  
• 
  углеродистая и нержавеющая сталь, титан и другие ме-
  

таллы;

• 
  железобетонные конструкции;
  
• 
  различные полимерные материалы и резина. Использование технологии гидроабразивной резки позво-
  

ляет минимизировать расход материалов, что является ее весо- мым преимуществом. Кроме того, резка с использованием абра- зива и воды – это единственно возможный способ разделения ме- талла на предприятиях с высокой пожаро- и взрывоопасностью.

В аппаратах для гидроабразивной резки использована спо- собность воды разрушать различные материалы. Для того чтобы такое разрушение было более точным, быстрым и эффективным, необходимо увеличить давление, с помощью которого вода с аб- разивом воздействует на материал, а также придать полученной струе требуемую направленность. В современных станках для гидроабразивной резки такие задачи решаются при помощи сле- дующих элементов и способов.

Насос высокого давления

Насос в таких аппаратах аккумулирует жидкость с абрази- вом и подает эту смесь на поверхность обрабатываемой детали. Производительность таких станков и толщина детали, которую они могут разрезать, зависят от мощности используемого насоса.

Регулятор мощности

Гидроабразивные станки с таким регулятором могут резать с использованием рабочих смесей различного состава, подавае- мых под регулируемым давлением, что дает возможность обраба-

тывать с их помощью материалы разной толщины и структуры. Так, для резки более твердых материалов используют трехкомпо- нентные гидроабразивные смеси, а для более вязких – состоящие из двух компонентов.

Смена сопла аппарата

Такая методика предполагает подбор для материалов раз- ной толщины, состава и плотности сопла определенной кон- струкции.

Использование смесителей

Именно данный элемент, которым оснащен каждый совре- менный гидроабразивный станок, отвечает за качество и равно- мерный состав рабочей смести и, соответственно, за точность и скорость резки, а также за возможность устройства обрабатывать детали большой толщины.

Автоматизация процесса резки

При резке металла из-за инерционности струи рабочей жидкости обязательно формируется конусность кромки, которая прямо пропорциональна скорости процесса обработки. Чтобы минимизировать этот нежелательный эффект, на современных гидроабразивных аппаратах используются автоматические систе- мы, которые в зависимости от плотности обрабатываемого мате- риала корректируют угол наклона сопла.

Подготовка воды перед ее использованием для резки

Качество используемой воды может оказывать серьезное влияние на результаты и скорость выполнения резки. Именно по- этому на всех современных станках используются системы для предварительной очистки воды от посторонних примесей.

Кроме основных систем и комплектующих, аппараты для гидроабразивной резки могут оснащаться дополнительным обо- рудованием, которое значительно расширяет их функционал (речь идет, в частности, о выполнение фигурных резов).

Современное оборудование, выполняющее резку материа- лов гидроабразивным способом, позволяет:

• 
  выполнять точную и качественную резку под различны-
  

ми углами;

- резать даже самые сложные детали без участия человека

• 
  при помощи программного управления;
  
  • 
    работать с металлическими деталями даже значительной толщины (сталь – до 20 мм, титан – до 17 мм, высокопрочные сплавы – до 12 мм, медь и ее сплавы – до 5 мм);
    
  • 
    получать фигурные резы, что очень актуально при произ- водстве изделий декоративного назначения;
    
  • 
    выполнять резку труб.
    

Необходимые материалы

При гидроабразивной резке расходуются два основных ма- териала, за восполнением которых необходимо постоянно сле- дить:

• 
  мелкофракционный абразивный материал, в качестве ко- торого чаще всего используется гранитный песок, отличающийся особо высокой твердостью (размер крупинок такого песка не должен превышать 600 микрон);
  
• 
  вода, прошедшая предварительную очистку от посторон- них примесей.
  

Естественно, что это не единственные материалы, требуе- мые для осуществления резки с использованием воды и абразива. Для любого гидроабразивного станка необходимы электропита- ние, подача сжатого воздуха и замена изношенных элементов.

Преимущества и недостатки резки с использованием абразива и воды

Оценить эффективность, производительность и точность гидроабразивной резки можно по видео такого процесса. Между тем существуют не только визуально оцениваемые преимущества данной технологии, к которым относятся:

• 
  исключение нагрева обрабатываемой детали (отсюда не- возможность ее деформации и, соответственно, высокая точность резки);
  
• 
  широкий функционал оборудования, с помощью которо- го можно решать задачи даже самой высокой сложности;
  
  • 
    отсутствие необходимости в дополнительных работах по доработке полученных изделий;
    
  • 
    универсальность, которой обладает любой станок для гидроабразивной резки (с его помощью можно как резать резину, пластик, камень или металл, так и сверлить отверстия в различ- ных материалах);
    
  • 
    высокая скорость, точность и экономичность процесса;
    
  • 
    исключительная безопасность процесса, в том числе его взрыво- и пожаробезопасность;
    
  • 
    возможность резки деталей большой толщины, в том чис- ле и трубчатого сечения.
    

Насколько бы эффективным ни был процесс гидроабра- зивной резки (см. видео), есть у этой технологии и недостатки. В частности, к ним можно отнести следующие.

При резке образуется конусность кромки отрезаемой дета- ли. Особенно такой недостаток заметен при резке деталей боль- шой толщины. Чтобы не допустить появления этого дефекта, необходимо использовать специальные автоматизированные устройства, корректирующие угол наклона сопла в процессе об- работки.

На гидроабразивных станках обрабатывают как толсто- стенные, так и тонкостенные детали с одной скоростью, что не- сколько снижает рентабельность применения такой технологии. Чтобы увеличить рентабельность, тонкие детали разрезают сразу по несколько штук, складывая их в пачку.

Использование гидроабразивной резки особенно целесо- образно в тех ситуациях, когда необходимо разрезать сложные детали с особо высокой точностью, затрачивая при этом мини- мальное количество времени.