Резка дюраля: предпочтительные способы обработки

Резка дюраля – весьма технологичный процесс металлообработки. Выполняется он, как правило, на промышленном оборудовании. В зависимости от типа заготовки, толщины металла, производственных задач используются станки разного типа.

Существует три основных способа резки дюраля: механический, термический, гидроабразивный. Из нашего материала вы узнаете, чем лучше резать разные заготовки и что собой представляет данный процесс.

Свойства дюраля

Наиболее распространенным прочным сплавом на основе алюминия является дюраль Д16 (от франц. dur – твердый), в состав которого входят следующие элементы:

• Процентное содержание алюминия в дюрали составляет 90–94 %.
• Медь является главным легирующим элементом, процентное содержание доходит до 3,8–4,9 %.
• В равных частях, приблизительно по 0,5 %, в состав добавляют железо и кремний, что является обязательным условием.
• Количество цинка составляет не более 2,5 %.
• Процентное содержание магния – 1,8 %.

Помимо перечисленных элементов, в составе содержится примерно по 1 % хрома, марганца и титана.

В зависимости от химического состава и метода изготовления технические параметры дюраля могут различаться.

Резка дюраля обладает следующими технологическими характеристиками:

• Сравнительно низкая стоимость работ, обусловленная простотой производства. Отсутствие необходимости использования высокой температуры для нагревания компонентов способствует значительному удешевлению процесса резки. Помимо этого, уменьшению стоимости способствует работа в обычных режимах.
• Небольшой удельный вес материала. Это объясняется тем, в дюрале алюминий является основным компонентом.
• Температура плавления дюраля, составляющая около +650 °С, позволяет использовать его в качестве основного конструкционного материала деталей самолетов, ракет, скоростных поездов и другой специализированной техники. Надо учесть, что у обычного алюминия температура плавления значительно ниже, что отражается на основных технологических характеристиках и способности материала выдерживать деформации.
• Плотность сплава составляет 2,5 г/см³ (для примера – такой же параметр стали равен 8 г/см³). Именно это и определяет малый вес дюралевых деталей. Показатель плотности может варьироваться в диапазоне от 2,5 до 2,8 г/см³.
• Дюралюминий имеет достаточно высокую статическую прочность, что позволяет ему быть устойчивым к кратковременным нагрузкам. Такая техническая характеристика позволяет применять его для изготовления ответственных деталей. Проведенные испытания подтвердили, что разрушить такой материал очень трудно.

Но имеется и недостаток – слабая устойчивость к влиянию повышенной влажности. Чтобы защитить изделия от коррозии, их обрабатывают защитным покрытием, что отражается на увеличении стоимости готовой детали.

В различных отраслях промышленности для изготовления деталей широко используется дюралюминий Д16. Он проявляет отличные эксплуатационные качества при температуре до +250 °С. Следует учесть, что при температуре +80 °С уже начинает проявляться коррозия на межкристаллическом уровне.

В последние годы дюралюминий в чистом виде практически не используется. Причина здесь не только в высокой вероятности возникновения коррозии, но и в наличии других недостатков, которыми обладают алюминиевые сплавы.

Коррозионная стойкость может снизиться не только из-за повышенной температуры, но и по причине механических воздействий. Поэтому технологиям дополнительного улучшения эксплуатационных характеристик уделяется особое внимание.

Одним из сплавов, обладающим повышенными эксплуатационными качествами, является марка дюрали ВД95. Для повышения технических характеристик такого материала применяется процедура старения металла.

4 способа резки разных видов дюралевого проката

1. Резка дюралевых плит.

Диапазон толщины дюралевых плит в соответствии с ГОСТ 17232-99 составляет от 11 до 200 мм, поэтому при обработке выбирают методы плазменной и гидроабразивной резки дюраля.

Такие технологии позволяют обеспечить гладкие срезы с минимальным воздействием на зону обработки металла при высокой скорости процесса. Свойство теплопроводности дюраля при резании массивных заготовок оказывает положительное воздействие на охлаждение зон, находящихся под термическим воздействием.

2. Листовой дюралюминий.

Толщина дюралюминиевых листов составляет до 10 мм, что позволяет произвести резку одним из представленных ниже способов:

• Обычный раскрой тонкостенных листов производят методом механической рубки.
• При серийном производстве с повышенными требованиями к точности обработки поверхности либо при обработке изделий со сложными контурами необходимо применять технологии плазменного, лазерного либо гидроабразивного раскроя металла.

Охлаждение зоны обработки при термической резке дюраля позволяет избежать оплавления или коробления детали. Использование среды защитных газов позволяет предотвратить взаимодействие химически активного алюминия при высокой температуре с воздушной средой.

3. Круговая дюраль.

Диаметры круглого ассортимента алюминиевых сплавов по ГОСТ 21488-97 могут быть до 300 мм. Такой параметр является основным при выборе метода резки дюрали круглого сечения. Резание заготовок производится преимущественно механическими способами – при помощи дисковых пил, на ленточноотрезном оборудовании (в том числе и дюраля с большими диаметрами).

4. Резка дюралевых прутков.

Кругом (или прутком) называется цилиндрическая заготовка, имеющая диаметр сечения от 3 до 100 мм. При выборе метода резания основное внимание нужно обратить на предъявляемые требования к качеству поверхности. Перед началом раскроя пруток фиксируется по всей длине с помощью рабочих тисков, чтобы исключить деформацию поверхности реза при обработке.

Термический и гидроабразивный способы резки дюраля

1. Лазерная резка дюраля.

Лазерный раскрой дюраля является современным высокотехнологичным способом, особенно актуальным в производствах с повышенными требованиями к качеству реза, не требующим дополнительной доработки. Раскрой металла производится при помощи воздействия узконаправленного монохроматического луча, сгенерированного лазерным резонатором. Луч, концентрируясь на очень маленькой площади, создает большую энергию, которая приводит к расплавлению обрабатываемого материала строго по линии реза.

Так как область термического воздействия очень мала, то, соответственно, расход материала незначительный и вероятность возникновения дефектов (вмятин, заусенцев, окалин) сводится к минимуму. Можно резать как по сложному контуру, так и по острому углу. Так как дюраль обладает низкой теплопроводностью, то необходимо применять газовые и твердотельные аппараты повышенной мощности.

Преимущества резки дюраля при помощи лазера:

• высокий коэффициент производительности;
• из-за точности обработки при резании нет необходимости в последующих доводочных операциях;
• возможность изготовления контура любой сложности на фигурных изделиях;
• исключение деформаций на поверхности реза.

Применение лазерной резки дюраля дает возможность изготавливать детали высокого качества любой сложности контура.

Использование современных технологий позволяет сохранять первичные свойства металла. При лазерной обработке заготовка не деформируется, не изгибается, а с помощью дополнительной полировки можно убрать любые мельчайшие дефекты. Процесс раскроя дюраля с применением лазерной резки аналогичен такому же методу при обработке алюминия.

2. Плазменная резка дюраля.

Поток плазмы возникает при ионизации электрической дугой газовой смеси, направляемой к области реза под давлением. Ионизированный газ (для резки дюралюминия используют любой неактивный, такой как азот, водород или аргон) в момент операции может достичь температуры от +5 000 до +30 000 °С. Воздействие на зону резания высокой температуры – кратковременно, а расплавленный объем металла моментально выдувается газом из зоны обработки.

Достоинства плазменного метода резки дюраля:

• возможность изготовления деталей с любой сложной конфигурацией при серийном производстве или по специальному заказу;
• качественное выполнение поверхности реза на изделиях;
• высокая производительность;
• обработка заготовок толщиной до 200 мм;
• экономичность производства.

При плазменной резке дюраля с толщиной листа менее 20 мм в качестве газа применяется азот, при значениях до 100 мм – используется сочетание азота и водорода, а при толщине выше 100 мм – композиция аргона с водородом.

3. Гидроабразивная резка дюраля.

При таком методе резки дюраля процесс подачи воды, обогащенной абразивными частицами мелкой зернистости, через маленькое отверстие сопла под высоким давлением выполняет функцию резака. При этом в зоне обработки температура не повышается выше +60…+90 °С.

Такая методика применяется при необходимости создания сложных нестандартных форм. Это оптимальный вариант для обработки материалов с толщиной более 20 мм. Ширина реза при направленной струе составляет примерно 1,5 мм, что с точки зрения экономичности является очень важным показателем.

Достоинства технологии гидроабразивной резки дюралюминия:

• высококачественная обработка поверхностей;
• возможность одновременной обработки нескольких деталей;
• обработка достаточно сложных контуров при использовании программного управления;
• сохранение первоначального покрытия и напыления;
• отсутствие нагара, а также перегрева и деформирования;
• соблюдение пожарной безопасности.

С помощью гидроабразивной резки можно производить раскрой и вырезать отверстия в листовом материале толщиной от 20 до 300 мм.

4 механических способа резки дюраля

Рубка алюминиевых заготовок является одним из способов механического резания. Выбор гильотины или ленточной пилы зависит от точности обработки и количества обрабатываемых заготовок. Последний вариант особенно актуален в случае, когда необходимо на большой скорости достаточно точно обработать детали. Для массового производства такой способ самый идеальный.

При отсутствии повышенных требований к точности линейных размеров использование рубки пруткового и листового материала из дюралюминия будет лучшим вариантом. Применение ленточных пил больше подойдет для отрезки круглого проката или пакетных заготовок. Отсутствует перегрев поверхности и деформация металла. Отходы минимизируются, что позволяет существенно уменьшить себестоимость готовой продукции.

1. Гильотины для резки дюраля.

При отсутствии повышенных требований к точности линейных размеров заготовки листовой дюраль можно разрезать на оборудовании гильотинного типа. В наше время во многих технических и нормативных документах слово «гильотина» либо берется в кавычки, либо вовсе опускается, иногда используется термин «гильотинные ножницы».

Гильотинные ножницы, или гильотина ─ это разновидность кузнечно-прессового оборудования, предназначенного для рубки листовых материалов. В механических гильотинах передача силовой энергии от привода к ножу (или нескольким ножам) производится по кинематической цепи, а в гидравлических ─ применяется рабочая жидкость.

Гильотинные ножницы для резки дюраля бывают как ручные, так и оснащенные приводным механизмом.

2. Дисковые пилы для резки дюраля.

Станок для резки дюраля, имеющий в качестве рабочего инструмента одну или несколько дисковых пил, может выглядеть как небольшая настольная пила, напольный станок, одно- или двухголовочная фронтальная пила, вырубная пила.

Для обеспечения высокого качества изготовления деталей оборудование оснащается различными приспособлениями, обеспечивающими плавный ход дисковых пил, предназначенных для изменения угла резки при помощи градуированной шкалы и фиксации заготовок вертикальными и горизонтальными пневматическими прижимами.

Вырубные пилы применяются для одновременного резания дюраля в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. С помощью установленных таким образом дисков можно выполнить в заготовке вырезы разной формы. Изменение угла наклона каждого диска можно менять в диапазоне от -45° до +45°.

В комплектацию лучших образцов оборудования такого класса входят:

• полностью закрытый корпус, обеспечивающий полную безопасность оператора;
• оснащение автоматизированным оборудованием;
• автоматическая плавная регулировка подачи;
• использование нескольких отсеков для отходов.

Для резки дюраля применяются диски с диаметрами от 160 до 600 мм (преимущественно используют стандартный ряд в этом диапазоне ─ 300, 350, 400, 420, 450, 500 ил 550 мм). Они изготавливаются из быстрорежущей стали марки HSS, а их режущие кромки оснащаются твердосплавными пластинами. Резку алюминия производят с помощью алмазных дисков.

3. Ленточные пилы для резки дюраля.

В последние годы такие модели оборудования, в которых рабочими инструментами являются ленточные пилы, набирают особую популярность для резки дюраля.

Подобные станки оборудуются многофункциональной электроникой и различными приспособлениями и оснасткой. Основное преимущество ленточнопильных станков ─ скоростное выполнение операции при небольшой ширине реза и возможность производить резку детали под углом.

Многотонные станки способны быстро отпилить круглую или квадратную заготовку размером более полуметра.

Современные ленточнопильные станки для резки дюраля оснащены опциями, значительно повышающими удобство их использования:

• функция механического натяжения ленточного полотна и аварийная автоматическая остановка оборудования при его разрыве;
• измеритель усилия натяжения ленточной пилы;
• щетки механического удаления стружки с зубьев полотна;
• способность плавного бесступенчатого перемещения рабочего хода при помощи гидроцилиндра;
• ограничительный конечный выключатель;
• поворотная рама для разрезания пилой под определенным углом;
• эргономичная и удобная панель управления.

Существует ленточнопильное оборудование как автоматического, так и полуавтоматического режима работы.

4. Фрезерная резка дюраля.

Одним из наиболее распространенных видов механической обработки является резка дюраля дисковыми фрезами с применением прижимной балки. В основном для этого используются станки, оснащенные системой числового программного управления (ЧПУ). Резка дюралевых заготовок на обычных фрезерных станках может производиться только в двух плоскостях. Но применение высокоточных обрабатывающих фрезерных центров позволяет производить резку в трехкоординатном режиме, в том числе и фигурную обработку.

Фрезерная резка дюраля позволяет выдерживать высокую точность. По сравнению с многими другими аналогичными методами, она помогает на большой скорости обработки получить окончательно чистовые размеры, не требующие дополнительной обработки.

Форматно-раскроечное оборудование используют для резки листовых и плиточных материалов из дюралюминия, а также для фрезерования пазов определенной формы.