Назад: 3.1.3. Разметка

3.1.4. Резка

Все существующие приемы резки металлов можно разделить на две группы: механическая; термическая.

Достоинством механических способов являются:

· высокая производительность;

· возможность резки практически любых конструкционных материалов.

· К недостаткам следует отнести:

· ограничения толщины разрезаемых элементов до 40 мм;

· громоздкость и сложность оборудования, высокая стоимость режущего инструмента;

· при механической резке происходит исчерпание пластичности в поверхностных слоях зоны реза и, возможно, появление трещин на кромках. В тех случаях, когда после резки предусмотрена операция гибки в направлении поперечном относительно поверхности кромки, необходимо предварительно удалить строжкой нагартованные слои.

· детали сложной конфигурации с небольшими радиусами закругления механическими способами вырезать можно только с использованием методов штамповки.

Термические способы резки лишены большинства недостатков, характерных для механических способов. Их преимуществами являются:

· возможность резки малоуглеродистых сталей практически любой толщины;

· возможность вырезки деталей любой конфигурации;

· относительная простота и компактность оборудования;

· возможность автоматизации.

К недостаткам термических способов резки следует отметить следующее:

· относительно низкая производительность;

· не все материалы одинаково хорошо поддаются резке;

· после резки образуются остаточные напряжения;

· сравнительно низкое качество поверхности реза.

В заготовительном производстве объемы применения термических и механических способов резки примерно одинаковы: на долю механических способов приходится 40…45 %.

В производстве сварных конструкций применяют следующие виды ножниц (рис.3.6): гильотинные листовые с наклонным ножом (рис.3.6,а), двухдисковые с наклонными ножами (рис.3.6,г), однодисковые с наклонным ножом, многодисковые (рис.3.6,д), ножницы для резки уголка (рис.3.6,е), швеллеров и двутавров (рис.3.6,ж), пресс-ножницы (рис.3.6,б,в) комбинированные сортовые с ручным и механизированным приводом.

Рис.3.6. Схемы резки на ножницах различных типов: а) гильотинные ножницы; б, в) комбинированные сортовые г) двухдисковые с наклонными ножами; д) ножницы многодисковые; е) ножницы для резки уголка швеллеров и двутавров; ж) пресс-ножницы комбинированные сортовые; 1 – нижний нож; 2 – разрезаемый материал; 3 – прижим; 4 – верхний нож; 5 – упор

Гильотинные и дисковые ножницы применяются для резки листового проката. Первые обеспечивают более высокую производительность, вторые позволяют осуществлять непрерывную резку заготовок неограниченной длины, что особенно важно при использовании полосового и рулонного проката.

Ножницы многодисковые предназначены для продольной обрезки боковых кромок и роспуска, рулонного материала на полосы. Они применяются в крупносерийном и массовом производстве.

Для резки швеллеров и двутавров используют ножницы, у которых нож совершает три движения (рис.3.6,ж): прокалывает стенку и за счет колебательного движения поочередно разрезает полки.

На комбинированных пресс-ножницах можно резать полосу, круг, квадрат, уголок, тавр, швеллер и двутавр. Пресс-ножницы позволяют осуществлять операции пробивки отверстий и зарубки в листовых и фасонных заготовках.

Для резки тонколистового металла представляют интерес пресс-ножницы (просечные станки) с числовым программным управлением движения двух координатного стола относительно матрицы и пуансона.

Конструкция ножниц предусматривает возможность быстрой смены пары матрица и пуансон, установленных на револьверную головку, что позволяет быстро изменять профиль контура реза. Совместная работа координатного стола и револьверной головки позволяют за счет шагового перемещения листа между пуансоном и матрицей осуществлять непрерывную резку (контурную вырубку) металла по сложному контуру, что придает просечным станкам большую универсальность и дает им неоспоримое преимущество в мелкосерийном производстве.

Процесс механической резки на ножницах основан на упругопластическом деформировании и скалывании металла под давлением ножа, в результате чего на кромке металла возможно исчерпание запаса пластичности и образование трещин. Именно по этой причине механическую резку на гильотинных и сортовых ножницах, а также на штампах не следует выполнять при изготовлении деталей:

· из сталей с нормативным пределом текучести более 350 МПа;

· толщиной более 25 мм из сталей с нормативным пределом текучести более 275 МПа;

· толщиной более 16 мм из сталей с нормативным пределом текучести 285-350 МПа.

Механическую резку листового проката на гильотинных ножницах и штампах запрещается производить при изготовлении деталей из любых марок стали:

· конструкций I и II групп в соответствии с классификацией СНиП II-23-81*, работающих на растяжение, продольные кромки которых после сборки и сварки остаются свободными, в том числе стыковых накладок;

· фасонок стропильных и подстропильных ферм, пролетных строений транспортерных галерей, а также фасонок прочих конструкций группы I в соответствии с классификацией СНиП II-23-81*.

Кромки деталей после механической резки не должны иметь трещин, расслоений, заусенцев и завалов более 1 мм.

Применение механической резки допускается без ограничений, если после резки производится механическая обработка кромок на величину не менее 0,2 толщины листового проката.

Отрезные станки применяют для резки труб, фасонного сортового материала. На отрезных станках можно резать материал большего сечения, чем на ножницах, а качество резки более высокое. Однако трудоемкость резки на отрезных станках значительно выше, чем при резке на ножницах. Поэтому отрезные станки применяют для резки профилей, которые невозможно резать на ножницах. Например, для резки труб больших сечений, профилей под углом или в случаях, когда необходимо обеспечить высокую точность резки. В производстве деталей сварных конструкций применяются отрезные станки с дисковыми пилами, трубоотрезные станки, а также станки с абразивными отрезными кругами.

Термическая резка применяется для листового металла средних и больших толщин и труб большого диаметра. С помощью термической резки может производиться как прямолинейная, так и фигурная резка металла толщиной до 300 мм и более.

Основными видами термической резки являются: кислородная (газовая) и плазменно-дуговая (плазменная) (рис.3.7).

Рис.3.7. Установки для термических способов резки: а – газовая; б – плазменная

Кислородная резка применяется для малоуглеродистых и низколегированных сталей толщиной от 5 до 300 мм.

Плазменно-дуговая резка применяется для:

· малоуглеродистых и низколегированных сталей толщиной 2…28мм;

· коррозионностойких сталей толщиной до 60…80мм;

· алюминиевых сплавов;

· меди и ее сплавов.

Термическая резка может производиться вручную и на машинах. Машинная резка позволяет вырезать детали с высокой точностью, исключая трудоемкие операции разметки, обеспечивая высокую производительность, и поэтому является одним из наиболее прогрессивных технологических процессов. Универсальные машины для термической, кислородной и плазменно-дуговой резки могут иметь следующие конструктивные схемы исполнения: портальные, портально-консольные и шарнирные.

После термической резки кромки деталей должны быть очищены от грата.

Кромки листовых деталей конструкций, остающиеся после сборки и сварки свободными и работающие на растяжение, должны иметь шероховатость поверхности не более 0,3 мм. Допускается наличие отдельных мест на кромках деталей, не отвечающих указанным требованиям, а также выхватов, не выводящие размер детали за пределы допусков, исправленных плавной зачисткой абразивным кругом или заваркой по специальной технологии с последующей зачисткой мест исправления абразивным кругом, перемещаемым вдоль кромки.

В последние годы интенсивное развитие получила лазерная резка. По сравнению с традиционными методами в области раскроя листового проката (штамповкой, газопламенной и плазменной резкой), лазерная резка обладает рядом неоспоримых преимуществ:

· высокая скорость;

· идеальная поверхность реза;

· отсутствие необходимости дополнительной обработки;

· высокая производительность процесса;

· экономия материала благодаря малой ширине реза;

· незначительная зона термического воздействия;

· изготовление изделий любой сложности в единичных экземплярах благодаря использованию цифровых систем управления;

· высокая повторяемость сложных изделий в любых количествах;

· отсутствие деформации материала;

· используя возможности лазерной резки, можно раскроить по сложному контуру практически любой листовой материал;

· отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал.

В основе лазерной обработки лежит тот факт, что лазерный луч можно сконцентрировать на поверхности материала в пятно диаметром в десятые доли миллиметра. Если при этом лазер обладает достаточной мощностью, то происходит расплавление, испарение материала. Обычно в станках для резки перемещается лазерный резак над неподвижным материалом с помощью координатного стола с числовым программным управлением.

В основном для обработки материалов используются два класса лазеров: твердотельные и газовые. Наиболее распространенные твердотельные лазеры на неодимовом стекле и иттрий-алюминиевом гранате с длиной волны около 1 микрона и газовые углекислотные лазеры с длиной волны около 10 микрон.

В промышленности наиболее распространенным технологическим процессом лазерной обработки является резка стальных листов толщиной до 20 мм (алюминиевых до 10 мм) по сложному контуру. Ее применяют для вырезки таких деталей, как прокладки, кронштейны, панели, приборные щитки, двери, декоративные решетки, дисковые пилы. Весьма эффективным оказалось применение лазерной резки фигурных изделий на стадии освоения новой продукции, так как из-за высокой гибкости лазерного оборудования значительно сокращаются сроки освоения новых изделий.

В связи с расширением номенклатуры конструкционных материалов, в частности, увеличением объема применения неметаллических материалов и металлов со специальными свойствами появились способы резки, использующие абразивные материалы в виде сформованных абразивных инструментов или порошков. Наибольшее распространение получили абразивные инструменты в виде армированных дисков, которые с помощью электропривода вращаются со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту. Ручной электроинструмент с абразивными дисками удобно использовать в монтажных условиях, особенно для резки замкнутых профилей и подготовки кромок под сварку. К недостаткам способа следует отнести большое выделение пыли и ухудшение условий труда.

Абразивные порошки используют достаточно давно для улучшения технологических характеристик кислородной резки. Добавление абразивного порошка в струю режущего кислорода облегчает удаление из зоны реза расплавленного металла и тугоплавких фракций, что значительно расширяет возможности кислородной резки в отношении качества резки таких конструкционных материалов, как, например, аустенитные стали, медные и алюминиевые сплавы и др.

В конце прошлого века появилась новая технология резки с использованием абразивного порошка – гидроабразивная резка.

В процессе резки водяной струей с абразивом вода выполняет функцию носителя. Резка осуществляется за счет съема материала, вызываемого ударением твердых частиц. Схема процесса гидроабразивной резки (ГРА) показана на рис.3.8.

Рис.3.8. Схема установки для гидроабразивной резки

Сфокусированная водяная струя с абразивом прорезает в заготовке узкую щель. Во время резки водяная струя с абразивом с постоянной скоростью резки проводится по заготовке. Процесс разрезания происходит в результате эрозионного воздействия на материал высокоскоростного потока твёрдых частиц. Скорость процесса эрозии зависит от кинетической энергии частиц, механических свойств разрезаемого материала, угла атаки, формы частиц.

В комплекс для водоструйной резки входят: насос высокого давления; режущая головка; координатный стол и приводы перемещений режущей головки, управляемые системой числового программируемого управления; система разводки высокого давления и подачи абразива.

Давление воды составляет 200…400 МПа (2000…4000 ати), диаметр сопла – 1,0…1,5 мм, размер абразивных частиц – 0,2…0,25 мм.

Данный способ позволяет разрезать детали толщиной до 150 мм, при максимально возможной толщине 300 мм.

Благодаря высокой точности и качеству поверхности резки, детали, как правило, не требуют дополнительной обработки.

Наиболее перспективным является применение гидроабразивной резки для получения деталей из аустенитных сталей, титановых и алюминиевых сплавов, для которых применение традиционных методов резки вызывает определенные технологические трудности.

Применение микропроцессорных систем управления движением инструмента и высокая точность резки позволяют получать детали со сложным контуром. Примеры деталей, вырезанных данным способом, показаны на рис.3.9.

Рис.3.9. Примеры деталей, контур которых получен методом гидроабразивной резки

Скорость резки зависит от толщины и свойств разрезаемого материала (табл.3.3).

Таблица 3.3.

Скорость гидроабразивной резки различных материалов в мм/мин

Материал	Толщина, мм
	5	10	15	20	25	50	100
нерж. сталь	1200	500	250	220	150	70	25
титан	1300	600	350	300	200	100	30
алюминий	2800	1200	600	700	500	200	70
гранит	4000	1800	1200	800	500	300	100
стеклопластик	4500	2200	1200	800	400	300	100
углепластик	5500	2200	1200	750	350	250	80
мрамор	6000	2700	1200	1300	700	450	150
стекло	6500	3000	2000	1400	700	500	160

Гидроабразивная резка имеет следующие преимущества:

· Отсутствует тепловое и механическое воздействие на деталь в процессе резки. Генерируемое в процессе резания тепло практически мгновенно уносится водой. В результате не происходит заметного повышения температуры в заготовке. Отсутствует зона термического влияния и зона наклепа, что особенно важно для материалов, хрупких и склонных к закалке. Небольшие сила (1-100 Н) и температура (+60…+90 °С) в зоне резания исключают деформацию заготовки, оплавление и пригорание материала в прилегающей зоне.

· Позволяет обрабатывать сложный профиль с любым радиусом закругления более 0,1-3,0 мм.

· Можно получать поверхность деталей с шероховатостью Ra 0,5-1,5 мкм.

· Экономичность процесса. Скорость резания - высокая. Малая ширина реза (1…3 мм) позволяет экономить дефицитные материалы при их раскрое. Среднее потребление воды в абразивно-жидкостном режущем устройстве невелико - около 3…4 л/мин.

· Доступность. Использование таких относительно недорогих компонентов, как вода и кварцевый песок в качестве абразива, делает процесс доступным.

· Универсальность установки, позволяющая резать на одной установке самые разнообразные материалы;

· Возможность резки заготовок, состоящих из различных материалов (например: резина + железо + пластик).

Для оптимизации выбора способа резки необходимо четко представлять, что является приоритетной целью выбора: принципиальная возможность резки данного материала; скорость резки; точность резки; исключение механического или теплового воздействия на деталь в процессе резки; наибольшая универсальность установки; минимальный уровень вредных воздействий; простота в применении и хорошие качественные показатели резки; экономичность; возможность обеспечения расходными материалами и их низкая стоимость.

Как правило, на практике трудно удовлетворить одновременно всем или хотя бы части этих требований, поэтому приходится принимать компромиссные решения. Рекомендации по выбору способа резки различных конструкционных материалов, приведенные в таблице 3.4. и на рис.3.10, призваны облегчить эту задачу.

Таблица 3.4.

Способы резки различных материалов

Способы	МАТЕРИАЛЫ
	Углеродистые стали	Нержавеющие стали	Алюминиевые сплавы	Титановые сплавы	Пластмассы	Керамика
Газопламенная	+ + +	–	–	+ +	–	–
Плазменная	+ + +	+ + +	+ + +	+ +	+	–
Лазерная	+ + +	+ + +	+ +	+ + +	+	+ +
Механическая	+ + +	+ + +	+ + +	+ + +	+ +	+

+ + + -хорошо; + + - удовлетворительно; + - возможно; – - не применяется

Рис.3.10. Сопоставление возможностей различных способов резки в отношении толщины материала и точности получаемых деталей

Видеоролики с 1.2 по 1.12

Далее: 3.1.5. Гибка