Різання масивних металевих, стрічкових та твердих матеріалів

Резание является одним из видов обработки материалов. Суть процесса резания заключается в разделении целого на части или же в получении деталей определенной формы из исходного материала (к примеру, из металлического листа) с целью их дальнейшей механической обработки и получения конечного продукта.

В зависимости от материала, его длины, профиля, сечения, тре­буемой точности и количества необходимых отрезаемых частей применяет­ся различное оборудование для разделения материалов. Применяемый спо­соб резания определяется объемом производства, принятым технологическим процессом, наличием оборудования и другими факторами. Следует также иметь в виду, что для оптимизации выбора необходимо четко представлять, что в конечном итоге является приоритетной целью:

- скорость резки;

- наибольшая универсальность установки;

- минимальный уровень вредных воздействий;

- простота в применении и хорошие качественные показатели резки;

- экономичность;

- возможность обеспеч ения расходными материалами и их низкая стоимость.

Существует два основных способа обработки металлов резанием:

Механическим воздействием:

• разрезание ножницами, фрезерование, сверление, штампование, распилка и т.д.

Термическим воздействием: понятие "термическое резание" может быть представлено общим определением "резание струей...":

• лазерная резка металла: поток светящихся частиц (фотонов);
• плазменная резка металла: плазменная струя (поток ионизированных частиц);
• резка металла водой: струя воды под высоким давлением (с добавлением абразива - гидроабразивная резка металла, без добавления абразива - гидрорезка металла);
• кислородная резка металла: струя кислорода (иногда с примесью порошка железа);
• резка металла методом электрической эрозии.

Фундаментальное различие этих двух способов резки заключается в том, что при термическом воздействии абсолютно исключен факт применения силы, независимо от толщины разрезаемого материала.

Сравнительные характеристики и возможности различных методов резания приведены в таблице 1.

Табдица 1.

Способ резания	Расходные материалы	Форма резки (мм)	Минимальное расстояние между 2-мя резами (мм)	Рекомендуемый материал для резки
Вода с абразивом	вода абразив		1.5	любой твердый материал
Плазма газ (кислород)	электроэнергия газ			нелегированная и слабо легированная сталь
Плазма вода	электроэнергия газ вода			все черные и цветные металлы
Плазма газ нейтральный или раскисляющий	электроэнергия газ			нержавеющая сталь и цветные металлы
Кислородная резка	газ для нагрева газ для резки			углеродистая сталь
Лазер СО2	электроэнергия газ		1.2	углеродистая сталь нержавеющая сталь титан и цветные металлы
Рубка	инструмент		от 1.5 до 2.5

Ко всем видам резания материалов предъявляются определенные требования, которыми оговариваются точность заготовок (изделий), качество резания, отклонения формы и др. Так, допуск на длину заготовки, отрезаемой в штампе, диаметром (или стороной квадрата) до 10 мм и длиной до 300 мм составляет ±0,6 мм, а диаметром 30... 40 мм и длиной до 600... 1000 мм — ±1 мм. В зависимости от масштабов производства, освоения технологического процесса и других факторов работа по отрезанию заготовок может быть механизирована и автоматизирована, а также налажена переработка отходов материала для вторичного использования.

Резание массивных металлических заготовок (слитки, блюмы, слябы, кругляк и т.п.) производится на отрезных, токарно-отрезных, токарно-револь-верных, токарных автоматах рез­цами, которыми режут материал также на строгальных станках. На фрезерных, отрезных, абразивно-отрезных и станках резания тре­нием инструментами служат дисковые фрезы, абразивные, асбестометаллические круги, сегментные круглые и беззубые пилы. На ножовочных и ленточно-отрезных станках материал разделяют со­ответственно ножовочными полотнами и ленточными пилами. На таком оборудовании, как ножницы (параллельные, гильотинные, дисковые, роликовые, вибрационные, ручные рычажные и др.) за­готовки режут ножами разных типов и конструкций. На прессах и штампах рубят (разделяют, режут) материал ножами.

На токарно-отрезных станках с двумя суппортами резание ме­талла производят двумя резцами: первый способ (рис. 1, а) — оба отрезных резца 1 и 3 имеют одинаковую ширину, но у одного из них сняты фаски на углах (резец 3); второй способ (рис. 1, б) — один из резцов 3 имеет ширину на 1 мм меньше другого. Такое резание металла обеспечивает равномерную нагрузку на оба резца и свободный выход стружки.

Рисунок 1. Схема резания двумя резцами.

Круглые пилы, иначе называемые дисковыми фрезами, подраз­деляют на прорезные (шлицевые) и отрезные фрезы. По ГОСТ 2679—93 «Фрезы прорезные и отрезные. Технические условия» прорезные фрезы диаметром 40…75 мм и толщиной 0,2…5 мм с мелким и укрупненным зубом изготавливают из быстрорежущей стали твердостью 61…64 HRC. Фрезы могут быть с центрирующим утолщением и без него. Эти фрезы используют для разрезания ме­таллов и неметаллов, а также для прорезания неглубоких шлицов в головках винтов и глубоких узких пазов.

Отрезные фрезы служат для распиливания материалов различ­ных профилей и сечений, а при установке на фрезерных станках — для прорезания глубоких и узких пазов. Фрезы бывают диаметром 60…200 мм и толщиной 1…5 мм, с центрирующим утолщением и без него. У фрез толщиной свыше 2 мм с одной стороны каждого второго зуба делают угловую фаску. Такая заточка снижает трение срезаемой стружки о стенки прорезаемого паза и лучше направля­ет по нему фрезу. Отрезные фрезы изготавливают из тех же сталей, что и прорезные.

Сегментные круглые пилы применяют для резания материалов, которые различаются как по свойствам, так и по размеру и профилю. Пилы выпускают диаметром 30... 2000 мм и толщиной 5... 15мм. Достоинство этих пил — возможность замены сегментов с зубьями, крепящихся заклепками на пильном диске, после износа до предельного размера. Количество зубьев на каждом сегменте может быть различным и определяется их размером (крупные, средние и мелкие), число сегментов зависит от диаметра пилы, а форма профиля зубьев определяется свойствами разрезаемых материалов и режимом резания. Такие пилы устанавливают на специальных отрезных станках. Кроме того, к таким станкам может прилагаться устройство для периодической заточки зубьев сегментных пил абразивным кругом.

Пилами трения (беззубыми пилами) режут металл различных размеров и профилей (уголок, пруток, двутавр, квадрат и др.), а также листы и трубы. Принцип работы пил трения основан на расплавлении и удалении жидкого металла из зоны резания. Разогрев металла до жидкого состояния происходит за счет теплоты, образующейся при трении быстровращающейся пилы о разрезаемый материал. Пила трения представляет собой диск диаметром до 1 м и более. Диаметр и толщина диска зависят от размеров нарезаемых заготовок. Диски изготавливают из низкоуглеродистой стали с содержанием марганца 0,8... 1,2 %. Пилы могут быть с гладкими поверхностями резания (образующими) или иметь зубья в виде накатки или насечки. Собственно процесс резания пилами трения может осуществляться с охлаждением при окружной скорости диска 70... 100 м/с или без охлаждения при скорости диска 40...50 м/с. Поскольку окружная скорость дисков довольно высока, их необходимо предварительно балансировать. При разрезании прутков и особенно труб их следует вращать.

Отрезные и шлифовальные металлоасбестовые круги использу­ют для разрезания и зачистки различных материалов. Централизо­ванно изготовленные, обозначенные соответствующим цветом и надписями круги предназначаются для обработки различных ма­рок сталей, в том числе и закаленных, жести (стали толщиной до 2 мм), цветных металлов и их сплавов, высококачественных ста­лей, литья и камня. В стационарных условиях на специальных стан­ках, как правило, без охлаждения, такими кругами режут металл. Кроме того, в производстве применяют ручной электроинстру­мент — шлифовальные угловые машины, в которых металлоасбестовые круги имеют посадочный размер (диаметр) 22 мм, наруж­ный диаметр от 115 мм и более, толщину 3…6 мм. Такие круги высо-кооборотны, их частота вращения более 10000 об/мин.

Абразивные круги применяют для разрезания сталей различных марок как в закаленном, так и в незакаленном (сыром) состоянии, с охлаждением и без охлаждения. Обычно используют абразивные круги диаметром 80…400 мм и толщиной 0,5…5 мм на вулканитовой или бакелитовой связке. Режущим инструментом служит, как прави­ло, круг из электрокорунда (условное обозначение 25А) зернистостью 36—46, твердостью СТ2—СТ1 с окружной скоростью до 45 м/с.

При разрезании абразивный круг имеет три движения: враща­тельное, подачи (сверху вниз на деталь) и колебательное (вперед-назад поперек заготовки).

Для продольного резания материала в виде широкой ленты применяют дисковые ножницы, в которых режущим инстру­ментом являются дисковые ножи, расположенные на параллель­ных валах и приводимые во вращение от электродвигателя с помо­щью клиноременной и зубчатой передачи.

За счет вращения навстречу друг другу ножи сами втягивают разрезаемую ленту, которая разматывается с одной катушки и по­сле разрезания наматывается в виде узких полос на несколько дру­гих катушек, количество которых соответствует числу получаемых лент.

Такие ножницы обычно используют для нарезания мерных по­лос, из которых в цехах холодной штамповки изготавливают детали вырубкой или вытяжкой.

Для резки рулонного листового материала на более узкие полосы или ленты применяют многодисковые ножницы.

Ширина нарезаемых полос может быть изменена путем пере­становки (замены) промежуточных прокладок между дисковыми ножами для получения требуемого размера.

Дисковые ножи представляют собой стальные закаленные коль­ца, которые по мере затупления затачивают двухсторонним шли­фованием. При этом необходимо помнить о том, что для получения кромок полос без заусенцев, необходимо сохранять оптимальный зазор между верхними и нижними ножами.

Роликовые ножницы бывают двух видов: с параллельными (вер­тикально или горизонтально расположенными) и наклонными осями.

Ножницы с параллельными осями предназначены для разреза­ния листового материала на полосы и вырезки круглых заготовок с выходом инструмента на край листа. Все параметры роликовых ножниц в основном зависят от толщины разрезаемого металла, ко­торая может достигать 30 мм. Так, при толщине материала 5 мм диа­метр дисковых ножей (дисков) должен быть 125…130 мм, их толщи­на 25…30 мм, а зазор между ножами 0,5…0,6 мм. Тонкие листы можно резать набором дисковых ножей, получая одновременно не­сколько мерных полос соответственно количеству пар роликов.

Роликовыми ножницами с наклонными осями вырезают круг­лые (дисковые), кольцевые и криволинейные заготовки из листов толщиной до 20 мм. Параметры таких ножниц несколько отличают­ся от параметров ножниц с параллельными осями. Так, при толщи­не материала 5 мм диаметр ножниц должен быть 100 мм, их толщи­на 20 мм, а зазор между ними 1…1,5 мм. Такие ножницы использу­ют на специальных станках.

Кривошипные листовые ножницы с наклонным в вер­тикальной плоскости ножом (гильотиной) предназначены для резания листового материала с пределом прочности не более 500 МПа и наибольшими размерами поперечного сечения 6,3×2000 мм. Для механизации резеза-ния листового материала на кривошипных ножницах могут быть дополнительно установлены роликовый транспортер (рольганг) для подачи листов в рабочую зону ножниц и ленточный транспортер с приводом для удаления разрезанных листовых заготовок.

Комбинированные ножницы предназначены для резания листо­вого, сортового и фасонного (профильного) проката, а также для вырубки прямоугольных и треугольных пазов в листовом и фасон­ном прокате. Кроме того, на них можно производить отрезание углового профиля под углом.

Для ультразвуковой обработки стекла, минералокерамики и других хрупких материалов используется способ обработки непрофилированным инструментом – тонкой проволокой. В натянутом между двух опор инструменте – проволоке 2 (рис. 21), постоянно наматывающейся на катушку 5, возбуждаются ультразвуковые колебания от концентратора 1; обрабатываемая деталь 3 с небольшой силой Р прижимается к инструменту, а в зону контакта инструмент – деталь подается абразивная суспензия. Получается своеобразный «ультразвуковой лобзик», который позволяет вести контурную вырезку, обработку узких пазов (шириной менее 0,1 мм), разрезку заготовок (при толщине

обрабатываемого материала более 10 мм).

Рис. 2. Схема ультразвуковой обработки непрофилированным инструментом – проволокой:

1 – концентратор; 2 – инструмент – проволока; 3 – обрабатываемая деталь; 4 – направляющий ролик; 5 – катушка; 6 – прижимной ролик

При механической обработке твердых неметаллических материалов, особенно при сверлении отверстий малого диаметра на большую глубину, применяется ультразвуковое резание с обработкой вращающимся алмазным инструментом. Для этой цели используются специальные ультразвуковые вращающиеся головки, устанавливаемые на обычных металлорежущих станках. Также возможно применение специализированных ультразвуковых станков (например, марки МЭ-22).

Ультразвуковое сверление стекла, керамики и ситаллов алмазным инструментом на металлических связках является высокопроизводительным способом обработки глубоких отверстий (диаметром 3...10 мм и глубиной до 500 мм). Наиболее высокие режущие свойства имеют синтетические монокристальные алмазы САМ и натуральные алмазы. Технологические характеристики алмазного сверления существенно зависят от прочностных свойств связки, увеличение прочности связки в 1,5-2 раза приводит к повышению производительности на 50...60% и снижению удельного расхода алмазов в 2 раза. Наиболее высокие режущие свойства имеют сверла на металлических связках М5-6 и М5-10.

PLEXIGLAS обычно режется путём применения дисковых или ленточных пил. Также допустимо использование ножовок и ручных пил. Использование беззубых пил не приносит удовлетворительных результатов. Ударопрочные материалы, такие как PLEXIGLAS RESIST, могут обрабатываться при помощи

высечки или гильотины, в зависимости от толщины.

Для резки пластиков используются только несмещенныедиски для пилы. Это единственный способ обеспечить гладкость и чистоту режущей кромки. Также хороший результат дает использование дисков с твердосплавными наконечниками (рис. 4). Они имеют более длительный срок службы, в сравнении с дисками из инструментальной стали. Диски с твердосплавными наконечниками с прямыми зубьями режут менее агрессивно, если два угла каждого зубца или каждого второго зубца скошены (трапециевидные прямые зубья).

Рисунок 4. – Оптимизированный диск для дисковой пилы с твердосплавными наконечниками.

Среди инноваций в области порезки – дисковые пилы с зубьями специальной формы, которые обеспечивают чистую и гладкую кромку пластмассы при использовании на сложном оборудовании с контролем вращения пилы и подачи материала. Во время порезки PLEXIGLAS XT, а также более

толстых листов и блоков PLEXIGLAS GS, дисковая пила должна быть оснащена комплектом с охлаждающим пульверизатором, который также может быть установлен на более поздней стадии. Основанный на принципе водоструйного насоса, сжатый воздух распыляет холодный воздух или смазку и распределяет его тонким налётом на движущемся диске. Рисунок 5 демонстрирует подобный охлаждающий узел.

Рисунок 5 – Охлаждение диска при помощи

пульверизатора

Пенопласт можно разрезать как механическим путем на ленточных и круглопильных станках, так и термоэлектрическим методом. Круглые пилы применяют с профилем зуба в виде равностороннего или равнобедренного треугольника с мелким зубом и разводом на 0,15 мм на сторону. Ленточные пилы применяют с прямоугольным профилем, косой заточкой и разводом на 0,15 мм на сторону. Скорость подачи материала должна быть не выше 1,25 м/мин.

Термоэлектрический метод резки схематически представлен на рис. 6. Разрезаемая заготовка помещается между двумя опорными поверхностями. Проволока из высокоомного сплава (например, нихрома) подключается к низковольтному источнику питания и, нагреваясь до температуры 400...500°С, расплавляет материал. Под тяжестью траверсы она автоматически перемещается вниз, разрезая заготовку. На специальных электролобзиках можно вырезать этим методом любые фасонные изделия.

Рис. 6. Схема термоэлектрического метода резки пенопласта: 1 – траверса; 2 – стойка; 3 – упор; 4 – заготовка; 5 – прижим; 6 – высокоомная проволока;

7 – источник тока.

В общем случае преимущества и недостатки различных способов резки металлов представлены в таблице 1.

Таблица 1.

	Положительные моменты	Недостатки
Резка металла водой с абразивом (гидроабразивная резка)	не выделяется тепло, не нагревается поверхность разрезаемого материала, отсутствует зона термического воздействия нет выбросов газа и токсичных испарений различные формы при резке возможность резки несколькими резаками одновременно отсутствие прожиганий и окалины	быстрый износ рабочих деталей установки трудности с очисткой сточных вод высокий уровень шума при работе высокая стоимость установки
Кислородная резка	широкая гамма толщины резки (300 мм и более) низкая стоимость оборудования и незначительные расходы при обслуживании различные положения резки	резка только углеродистых сталей низкая скорость резки толщин < 30 мм широкий разрез значительная зона термического воздействия качество резки зависит от состояния поверхности материала
Лазер СО2 (резка металла лазером)	высокая скорость резки тонколистового материала экономия материала благодаря малой ширине разреза незначительная зона термического воздействия отсутствие деформации материала возможность получения различных форм при резке	некоторые материалы не могут быть разрезаны лазером как по причине явления отражения (к примеру - медь), так и из-за прозрачности материала (стекло) высокая стоимость установки низкая производительность высокая стоимость обслуживания и ремонта толщина резки< 20 мм
Сверление, вырубка	высокая скорость резки и производительность в случае разрезания перфорированного материала низкая себестоимость производимых работ отсутствие зоны термического воздействия	возможны деформации и механические повреждения высокий уровень шума стоимость инструмента невозможность изготовления сложных форм, неровный срез
Электро-эрозия	возможность резки толстолистового материала (до 400 мм) высокая точность резки (5µм) возможность резки сразу нескольких листов малой толщины (уложенных в пакет) возможность резки гофрированного материала	низкая скорость резки

Дата добавления: 2014-01-04