Резка толстого металла: особенности и применяемые технологии

Сегодня известно множество технологий обработки металлов и создано немало необходимых для этого приспособлений. Из нашей статьи вы узнаете, при помощи каких методов и в каких условиях осуществляется резка толстых металлов.

Основные нюансы резки толстых металлов

Степень сложности резки толстых металлов зависит от условий работы. Одним из основных факторов считается жесткость технологической системы резания, ведь при ее снижении появляются вибрации. Это вызывает наложение вибрации на скорость движения режущей поверхности инструмента, и разрезание листа идет быстрее.

Реальная скорость при этом повышается на 15–40 % – все зависит от жесткости системы. Однако нельзя забывать и том, что вместе с повышением скорости значительно усложняется работа с материалами, сложными в обработке. Чтобы увеличить жесткость технологической системы резания, рекомендуется изменить схему крепления детали, сократить вылет резца, повысить жесткость инструмента, использовать специальные устройства, призванные гасить вибрацию.

Чтобы нормально работать с толстыми и труднообрабатываемыми металлами, приходится подбирать оптимальные комбинации режимов и учитывать немало иных факторов. Только в этом случае удается добиться большей пластичности материала, его нагрева в процессе обработки.

Еще один способ, позволяющий облегчить резку толстого металла, состоит в использовании дополнительной внешней стимуляции. Для этого применяют наложение ультразвуковых колебаний, вводят электрический ток и т. д.

Благодаря физическому механизму резки толстых металлов, основанному на дислокационно-энергетических закономерностях пластического деформирования и разрушения, становится ясна суть ряда технологий, используемых для повышения обрабатываемости заготовок. В их число входит нагрев материала, позволяющий снизить его твердость, если обработка отличается повышенность сложностью. Помимо этого, удается облегчить деформирование при помощи нагрева, преодоления дислокациями барьеров, развития диффузионных процессов.

Однако основным среди всех критериев является общий/интегральный показатель обрабатываемости толстого материала. Речь идет о расчете удельной энергоемкости, то есть о количестве энергии, которое пришлось потратить на снятие единицы объема припуска. Благодаря этой характеристике удается решать практические задачи, например, выбирать оптимальные условия для резки изделий из толстого материала.

Распределение энергии при пластическом деформировании зоны резания происходит по-разному, что во многом связано с выбранными для работы режимами, а также с особенностями оборудования. От 95 % работы в этом случае – это деформация части металла, которая находится выше реза. А значит, если нужно упростить обрабатываемость, необходимо снизить твердость снимаемого с материала слоя.

За счет регулировки показателей обрабатываемости упрощается подбор оптимальных условий для обработки толстого металла. Поэтому повышается сопротивление образованию стружки, увеличивается стойкость инструмента, эффективность работы.

Изделия наиболее серьезного назначения либо с кромками сложной формы производят на токарных станках, труборезах, пр. Кроме того, могут применяться ручные механические фрезы, абразивные машинки, но только при условии, что заготовки не предназначены для использования на особенно ответственных объектах либо их размеры позволяют выбирать именно такой способ обработки.

Прежде чем приступать к сборке изделия из толстого материала, выполняют очистку заготовки – удаляют дефекты, которые могли появиться во время проката, перевозки. Данная подготовка может производиться механическим либо химическим путем.

В некоторых случаях огневые работы сопровождаются хлопками, обратными ударами пламени, что провоцирует разрыв шланга, пожар.

Кислородный шланг может загореться, взорваться из-за обратного удара, когда в нем или в кислородной трубке оказывается жидкое топливо.

При производстве изделий из цветных металлов обязательно используется резка. Прямолинейные и некоторые криволинейные резы считаются простыми, так как выполняются механически без нагрева утолщенного материала. Однако резка толстого металла, изготовление фасонных деталей, проделывание отверстий, поверхностная обработка не обходятся без использования дополнительного тепла.

Если речь идет о плазменной резке, то нельзя забывать, что в ее процессе появляется сильный шум. Он дополняется эффектом ультразвука, поэтому опасен для работников предприятия.

Кислородная резка толстого металла

Часто кислородную резку толстого металла механизируют за счет переносного оборудования, газорезательных машин. Нужно понимать, что во время такой обработки применяют ацетилен, а также ряд других горючих газов: природный, нефтяной, водород, кроме того, используется такое топливо, как керосин, бензин.

По своим качествам, производительности данная технология резки превосходит большинство других, поэтому ее часто применяют на производствах.

Важно упомянуть о методе обработки толстых материалов кислородным копьем. Он необходим для пропиливания толстого металла в металлургических печах, создания отверстий в бетонных изделиях, пр. Для этого трубку, изготовленную из стали с небольшим содержанием углеродов, прижимают к месту резки, направляя по ней газ. Оговоримся, что обрабатываемую зону и конец трубки предварительно нагревают при помощи паяльника, и только после этого открывают подачу газа. Как только конец трубки загорается, его соприкасают с металлом – сама резка идет при помощи сгорания материалов трубки и заготовки.

Как происходит инжекторная резка толстого металла

Сегодня все большую популярность набирает инжекторная резка толстого металла. Конструкция такого резака включает в себя ствол, наконечник. По сути, данная схема не отличается от устройства горелки.

Самая важная деталь резаков – это мундштуки, на данный момент их делают бронзовыми (БрХ0,5), с кольцевым пламенем и многосопловые.

Эти разновидности используются для резки толстого металла следующим образом:

• малая мощность для металла толщиной 5–100 мм;
• средняя мощность – 8–200 мм;
• большая мощность – 10–300 мм.

Для изделий толщиной в пределах 3–100 мм может применяться обработка вставными резаками. Однако сразу оговоримся, что они не позволяют работать при высокой мощности.

Каждый резак имеет мундштуки таких размеров: 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6.

В соответствии с ГОСТом, длина резака не должна превышать 700 мм.

Гильотинная резка толстого металла

Данная разновидность обработки представляет собой прямолинейное разрезание толстых листов противоположными лезвиями двух ножей.

При резке толстого металла подвижный нож изменяет свое положение, а второй остается на месте, при этом между ними сохраняется определенный зазор. Подвижный выставляется под углом ко второму ножу, тогда резание происходит последовательно. Угол между ножами уменьшает усилие резания, при этом увеличивает ход подвижного ножа.

Гильотина состоит их таких частей: станины с рабочим столом, системы прижима листа, пары ножей, заднего упора, который позволяет добиться нужного размера отрезаемой детали.

Задний угол верхнего ножа мало влияет на усилие резки. Если используются два лезвия с четырьмя режущими кромками, необходимы большие усилия, чем в случае, если верхнее лезвие стоит под задним углом до 3°. Именно от угла между лезвиями зависят возможные дефекты. Вот почему он не должен превышать 3°.

Зазор представляет собой перпендикулярную линию между ножами. На чистоту резки толстого материала непосредственно влияет толщина листа металла. При недостаточном зазоре ножи быстро изнашиваются, а значит, требуются дополнительные затраты на их заточку. Иногда возникает и обратная ситуация – слишком широкий зазор вызывает сминание толстого металла, получается конусновидный срез, заметны изменения формы изделия.

У гильотинной резки немало недостатков, а именно: скручивание, саблевидность, сгиб материала толстой заготовки, невозможность получения прямой кромки.

Гильотинные ножницы предназначены для резки толстых листов металла до 5 мм. В этом случае получается ровный край, если между лезвиями удается сохранить зазор 0,03 мм.

Гидроабразивная резка толстого металла

Этот метод резки утолщенного материала сложно назвать инновационным, на производствах его начали применять еще 1960-х годах. Первой в этом деле стала американская авиастроительная компания – именно ее руководство сделало официальное заявление, описав все достоинства данной технологии и рекомендовав ее для резки материалов повышенной твердости. После чего абразивная резка при помощи воды стала все больше распространяться по миру.

Суть данного метода состоит в том, что в зону резки под большим давлением поступает вода, смешенная с абразивными веществами. Все современные установки гидроабразивной резки работают так: в смеситель аппарата подаются вода и абразив (обычно его роль играет мелкий песок), получившийся состав попадает в сопло установки, где создается тонкая струя гидроабразивной смеси, и под большим давлением подается на разрезаемый, в том числе толстый, материал.

В каких случаях нужна дуговая резка толстого металла

Дуговая резка – выплавление части толстого листа металла при помощи нагревания дугой. Разогретый жидкий металл вытекает из полости реза, оставляя отверстие. Разрезаемое изделие устанавливают вертикально или под наклоном, чтобы добиться стабильности и ускорения процесса. Дело в том, что при таком положении на вытекание требуется меньше времени.

Если сравнить этот метод резки толстого металла с обработкой газовой резкой, то первый имеет такие минусы: широкий рез, неровные края, появление натеков по нижнему краю разреза. Все перечисленное приводит к тому, что данную технологию используют относительно редко. Ее выбирают, если утолщенный материал не удается обработать при помощи газовой резки, либо для этого нет соответствующего оборудования. Также дугу используют для разделки лома, отрезки литников, пр. Если требуется повысить производительность, применяют выдувание при помощи сжатого воздуха.

Принцип дуговой резки толстого металла основан на его расплавлении в месте реза и удалении данного фрагмента под собственным весом либо благодаря давлению дуги или дополнительному потоку воздуха.

Обычно такая обработка толстого материала имеет низкую производительность, поскольку ее производят вручную угольными или покрытыми металлическими электродами. Она подходит для чугуна, высоколегированных сталей, цветных металлов и сплавов. Нужно понимать, что обычно речь идет о низком качестве выполнения реза, кромки получаются неровными, покрытыми шлаком и оплавившимся металлом. А значит, дальнейшей сварке толстых фрагментов изделия должна предшествовать механическая обработка.

Для дуговой резки не требуется специального оборудования – для нее используют приборы для дуговой сварки. Немаловажно, что такая обработка может осуществляться в различных пространственных положениях, поэтому ее часто используют в монтажных работах, с изделиями из углеродистых, низколегированных сталей. Эта технология подходит для выполнения разделительной и поверхностной резки толстого металла. При поверхностном резании в толстом листе материала делают канавки либо удаляют дефекты в сварных швах, литейных отливках, пр.

Если требуется разрезать сталь толщиной 6–50 мм, используют электроды диаметром 4-5 мм и ток 300–400 А. В покрытие электродов входят элементы, богатые кислородом, такие как магниевая руда, оксиды железа и те, что нужны для активного газообразования, то есть древесная мука, целлюлоза электродная, пр.