Технологии производства металлоконструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

В настоящее время резка металла приобретает все большее значение. Это происходит в первую очередь за счет увеличения объемов производства с которыми не справляется обычная ручная резка, а также в связи со значительным развитием кибернетики и автоматики, благодаря чему изготовление станков с ЧПУ для фигурной вырезки деталей и заготовок не представляет технической сложности и окупаемость данного оборудования лежит в пределах 0,5--1 года. Изготовление станков с ЧПУ в существенной мере облегчило труд резчика, повысило производительность труда и точность изготовления детали (заготовки), благодаря чему возросла роль резки металла в заготовительном производстве.

Одной из наиболее трудоемких операций, в настоящее время, остается подготовка кромок под сварку. Разработки в этой области на территории бывшего СССР до сих пор не увенчались успехом. Зарубежные аналогичные приспособления не получили широкого распространения в нашей стране в первую очередь из-за их высокой стоимости.

1. Область применения

Резка водяной струей - экологически чистый, высокоэффективный и перспективный способ обработки тонколистового материала.

Процесс резки водяной струей основан на механическом разрушении обрабатываемого материала под воздействием водяной струи высокого давления. Часто для увеличения мощности резки в струю добавляют абразивные материалы.

Резка водяной струей позволяет разрезать любые материалы. Решающим фактором при определении возможности обработки является толщина разрезаемого материала.

металл плазменный лазерный резка

2. Режимы обработки

Для ручной плазменной резки наилучшим плазмообразующим газом является воздух, он доступен и прост. Воздух показывает хорошие результаты на листах толщиной 25,4 мм. Отрицательной характеристикой применения воздуха является незначительное обесцвечивание и нитрирование кромки реза.

Для автоматической плазменной резки обычно используют двойной газ. Наиболее эффективная комбинация для резки листов толщиной ~25,4 мм - азот в качестве основного газа и водяной туман в качестве дополнительного. Но на тонких листах водяные пары могут охлаждать рез слишком быстро, не обеспечивая достаточный нагрев, в результате чего кромка реза получается грубой, а на нижней поверхности образуется шлак. Для устранения этого дефекта необходимо увеличить силу тока и (или) уменьшить скорость резки.

При резке листов толщиной более 25,4 мм многие производители удачно используют в качестве основного газа аргон или водород, а в качестве дополнительного - азот или двуокись углерода. Смесь водород-азот позволяет минимизировать нитрирующий эффект. Применение углекислого газа пока более дорого, чем использование азота, однако он позволяет получать более чистые резы и уменьшает вредные испарения, возникающие в процессе резки.

Важное значение при плазменной резке играет не только выбор плазмообразующего газа (газов), но и определение оптимального давления, обеспечивающего высокое качество реза и продолжительность службы электрода и сопла. При повышенном давлении возникают проблемы в начале процесса резки и уменьшается срок службы электрода. При пониженном давлении плазмотрон охлаждается недостаточно, что может привести к раздвоению дуги и разрушению сопла.

2.1.2 Ток дуги

Ток дуги напрямую определяет толщину разрезаемого металла и срок службы электрода и сопла.

Для каждого комплекта электрод-сопло существует свой номинальный ток. При резке металла рекомендуется устанавливать ток дуги не более чем 95%, от номинального значения. При повышении тока дуги следует увеличить диаметр выходного отверстия сопла.

2.1.3 Факельный зазор

Факельный зазор влияет на перпендикулярность кромок реза, плотность плазменной дуги и устойчивость дуги. Чем больше факельный зазор, тем больше угол наклона кромки реза. Оптимальный зазор - 1,5…10мм.

Поддержание постоянной величины факельного зазора обеспечивает получение качественного реза без дефектов на кромках. Уменьшение оптимальной величины зазора приводит к преждевременному сгоранию сопла и электрода. Особенно значительно это проявляется при контакте сопла с разрезаемым листом. Для устранения этой ситуации многие машины оборудуют стабилизаторами высоты, автоматически поддерживающими оптимальный факельный зазор.

2.1.4 Скорость резки

Скорость резки оказывает существенное влияние на качество реза, в первую очередь на наличие шлака на нижней поверхности и на легкость его удаления.

При пониженной скорости резки плазмообразующий газ будет расходоваться нерационально, на нижней стороне листа образуется “низкоскоростной” шлак, который легко удаляется.

При повышенной скорости резки дуга начинает осциллировать, в результате чего линия реза получается волнистой. На нижней стороне листа образуется так называемый, “высокоскоростной” шлак, отделение которого затруднено

Скорость резки должна быть такой, чтобы угол отставания прорезания нижней кромки от верхней не превышал 5.

2.1.5 Ширина реза и угол наклона кромок

Решающее влияние на точность и качество резки оказывает ширина реза и угол наклона кромок. Размеры реза и форма кромок определяется многими параметрами, такими как: ток и напряжение дуги, расход плазмообразующего газа и скорость движения плазмотрона.

Размер выходного отверстия сопла и ток дуги напрямую влияют на ширину реза. Увеличение любого из этих параметров повлечет увеличение ширины реза. Оценить величину ширины реза, можно увеличив размер выходного отверстия сопла в 1,5 раза. Для вырезки деталей с требуемыми размерами необходимо сдвигать плазмотрон на полуширину реза в "металл". На станках с ЧПУ это осуществляется с помощью компенсаторов реза или корректоров, которые автоматически пересчитывают эквидистантную траекторию движения инструмента.

Широкий рез (размеры детали меньше требуемых) может получиться вследствие частичного разрушения электрода, большой величины факельного зазора, повышенного тока дуги, несоответствующий расход плазмообразующего газа или низкая скорость резки.

Узкий рез (размеры детали больше требуемых) является следствием небольшого факельного зазора, пониженного тока дуги, большого расхода плазмообразующего газа или высокой скоростью резки.

Угол наклона кромок - это угол между обработанной поверхностью и перпендикуляром к поверхности листа. При тангенциальном подводе плазмообразующего газа левая и правая кромки реза имеют различный угол наклона. При закручивании потока газа по часовой стрелке угол правой кромки, если смотреть по ходу движения плазмотрона, равен 1…3, а левой - 3…8. Угол кромки, превышающий 5, сигнализирует о возникновении проблем с параметрами резки.

Положительный угол наклона (верхний размер больше нижнего) является следствием повреждения сопла, растяжения дуги, пониженного тока дуги или высокой скорости резки.

2.1.6 Типичные ошибки при плазменной резке

При выполнении плазморезательных работ можно выделить несколько наиболее типичных ошибок, которые ведут к повышению себестоимости работ. Первой ошибкой является запоздалая или преждевременная замена сменных элементов плазмотрона (сопел, электродов и т.п.). Использование дефектных элементов, типичное при запоздалой замене сменных элементов, ведет к снижению качества реза, сокращению срока службы остальных деталей и самого плазмотрона. При преждевременной замене элементов, нет таких негативных последствий, как при запоздалой замене, но сменные элементы не вырабатывают свой ресурс полностью, что также увеличивает стоимость работ. Опытный резчик способен предотвратить или устранить эту ошибку путем периодического визуального осмотра состояния сменных элементов и оценки их годности к дальнейшей работе.

Второй достаточно существенной ошибкой является использование некорректных режимов резки, которые могут существенно сократить срок службы сменных элементов. Так, например, не рекомендуется использовать оборудование на токе превышающем 95% от максимального значения.

Небрежное отношение к состоянию плазмотрона. При работе плазмотрона на него попадают брызги расплавленного металла, нагар при контакте с обрабатываемым листом, грязь, металлическая пыль и т.п., что также может привести к преждевременному выходу плазмотрона или его отдельных элементов из строя. Для устранения влияния этих негативных факторов на плазмотрон часто надевают защитный кожух, который периодически зачищают напильником для устранения вышеперечисленных повреждений. Плазмотрон также необходимо периодически очищать от загрязнения и пыли.

Отсутствие контроля расхода плазмообразующего газа и охладителя. Для надежной работы плазмотрона плазмообразующий газ должен удовлетворять некоторым параметрам влажности, замасленности и давления. Несоответствие первых двух параметров требуемым значениям может привести к электрическому пробою в плазмотроне, а пониженное давление приведет к увеличению диаметра дуги, что уменьшит срок службы электрода и сопла, ухудшит качество поверхности реза и снизит точность вырезки. При недостаточном охлаждении либо при неправильном подключении охладителя произойдет перегрев плазмотрона, что также может привести к выходу из строя плазмотрона или отдельных элементов.

Непрорез. При пробивке и непрорезе брызги расплавленного металла летят вверх, на плазмотрон. Кроме того, при непрорезе плазмотрон работает в режиме “пробивки” то есть на повышенном токе, что сокращает срок его службы и может привести к разрушению плазмотрона.

Повышенная или пониженная скорость резки. Характерным признаком неправильно выбранной скорости резки является наличие трудноотделимого грата на нижней кромке реза. Кроме того, при заниженной скорости реза увеличивается ширина разреза, что может привести к снижению точности вырезаемой детали. Завышение скорости резки увеличивает вероятность непрореза детали и ведет к отставанию дуги, из-за чего кромки могут получиться не перпендикулярными.

Растяжение дуги. Данная ошибка обычно возникает в начале и в конце процесса резки, а также при переходе дуги через рез. Она приводит к не перпендикулярности кромок реза, увеличению шероховатости поверхности, а в некоторых случаях к нестабильному горению дуги.

Самой неприятной ошибкой, пожалуй, является механическое повреждение плазмотрона, зачастую вместе с элементами крепления, при механическом контакте с препятствием на траектории движения плазмотрона, чаще всего с поверхностью неровного листа. Для устранения этой поломки применяются стабилизаторы высоты, принцип их работы может быть основан на измерении напряжения дуги, емкости межэлектродного промежутка и т.п., но из-за высокой скорости резки такие устройства зачастую не успевают срабатывать.

3. Оборудование

3.1 Оборудование для плазменной резки

Выбор оборудования для плазменной резки в нынешнее время и сложен и прост одновременно. В существующем многообразии плазмарезательного оборудования трудно выбрать самую лучшую модель, однако оборудование которое вы желаете найти достаточно просто. Но в любом случае необходимо помнить, что приобретая оборудование для плазменной резки необходимо выбирать оборудование, способное резать лист толще ожидаемого на 35% при врезки с кромки листа и на 50% при пробивке.

3.2 Модернизация оборудования для плазменной резки

Предъявление дополнительных требований к резке металла большой толщины, различного материала и, в меньшей мере, появление претензий к качеству реза (из-за нестабильности горения дуги) - определяющие доводы для модернизации плазменной системы.

При увеличении толщины металла подвергаемого резке вполне достаточно приобрести и установить источник питания большей мощности.

При ужесточении требований, предъявляемых к качеству реза, а также при включении в диапазон материалов, подвергаемых резке нержавеющих сталей, цветных металлов и сплавов, следует не только повысить мощность источника питания, но и произвести замену плазмообразующего газа, например, на азот, кислород, водород или двойной газ.

Модернизация плазменной системы оказывает существенное влияние на качество (структуру и химический состав) поверхности реза и толщину разрезаемого металла, и, в меньшей степени, на точность изготовления детали.

3.2.2 Модернизация ходовой части машины

Модернизация ходовой части может включать в как только замену приводов на более современные, надежные и скоростные, так и добавление какого-либо привода (например, поперечного движения каретки или подъема-опускания резака).

Добавление привода достаточно сложная и дорогостоящая задача, решение которой кардинально изменяет технические возможности машины, выводя их на современный уровень оборудования для плазменной резки.

Замена приводов на более скоростные и точные позволяет увеличить геометрическую точность вырезаемых деталей, расширить диапазон толщины, подвергаемых вырезке, в сторону уменьшения и сократить время, затрачиваемое на холостые переезды.

Модернизация имеющихся приводов в сочетании с модернизацией плазменной системы существенно повышает производительность оборудования, точность и качество вырезаемых деталей.

3.2.3 Установка стабилизатора высоты

Стабилизатор высоты - устройство, призванное поддерживать факельный зазор в требуемом диапазоне. Последние разработки обеспечивают точность поддержания факельного зазора 0,127 мм.

Установка стабилизатора высоты позволяет повысить точность и качество вырезаемых деталей.

3.2.4 Модернизация ЧПУ

Одним из определяющих условий производства является способность изготовить заказ в кратчайшие сроки, и без современных средств автоматизированной подготовки производства здесь не обойтись. Поэтому, модернизация устройства ЧПУ до современного уровня - это глобальный шаг в развитии производства и выхода на мировой рынок.

Установка современной системы ЧПУ наряду с комплексной автоматизацией управления и подготовки производства позволяет начать изготовление продукции практически сразу после поступления заказа на предприятие-изготовитель.

3.3 Оборудование для лазерной резки

Отличительной особенностью оборудования для лазерной резки являются пяти- шести-осевые системы, позволяющие выполнять резы практически в любом пространственном положении не только на листах, но и на профильном прокате (трубы, балки и т.п.), а также большие возможности в области создания автоматических производств.

Оборудование для лазерной резки позволяет создать непрерывный технологический цикл, используя несколько (чаще всего достаточно двух) кабин. В то время, как лазер вырезает детали в одной кабине, оператор или загрузочно-разгрузочный робот-манипулятор подготавливает другую кабину к следующему циклу.

Для промышленных целей используется CO₂ лазер, мощностью 2,2 КВт.

Литература

1. Welding design & Fabrication. November 1997.

2. Welding design & Fabrication. February 1998.

3. Welding design & Fabrication. March 1998.

4. Welding design & Fabrication. July 1998.

5. Welding design & Fabrication. August 1998.

6. Welding design & Fabrication. October 1998.

7. Welding design & Fabrication. Ma

Размещено на Allbest.ru