При выполнении разделительной кислородной резки необходимо учитывать требования, предъявляемые к точности резки и качеству поверхности реза. Большое влияние на качество реза и производительность резки оказывает подготовка металла под резку. Перед началом резки листы подают на рабочее место и укладывают на подкладки так, чтобы обеспечить беспрепятственное удаление шлаков из зоны реза. между полом и нижним листом должен быть не менее 100-150 мм. Поверхность металла перед резкой должна быть очищена. На практике окалину, ржавчину, краску и другие загрязнения удаляют с поверхности металла нагревом зоны резки газовым пламенем с последующей зачисткой стальной щеткой. Вырезаемые детали размечают металлической линейкой, чертилкой и мелом. Часто разрезаемый лист подают к рабочему месту резчика уже размеченным.

Перед началом кислородной резки газорезчик должен установить необходимое давление газов на ацетиленовом и кислородном редукторах, подобрать нужные номера наружного и внутреннего мундштуков в зависимости от вида и толщины разрезаемого металла.

Процесс кислородной резки начинают с нагрева металла в начале реза до температуры воспламенения металла в кислороде. Затем пускают режущий (происходит непрерывное окисление металла по всей толщине) и перемещают резак по линии реза.

Основными параметрами режима кислородной резки являются: мощность подогревающего пламени, давление режущего кислорода и скорость резки.

Мощность подогревающего пламени характеризуется расходом горючего газа в единицу времени и зависит от толщины разрезаемого металла. Она должна обеспечивать быстрый подогрев металла в начале резки до температуры воспламенения и необходимый его в процессе резки. Для резки металла толщиной до 300 мм применяют нормальное пламя. При резке металла больших толщин лучшие результаты получают при использовании пламени с избытком горючего (науглероживающее пламя). При этом длина видимого факела пламени (пои закрытом вентиле кислорода) должна быть больше толщины разрезаемого металла.

Выбор давления режущего кислорода зависит от толщины разрезаемого металла, размера режущего сопла и. чистоты кислорода. При увеличении давлении кислорода увеличивается его расход.

Чем чище кислород, тем меньше его расход на 1 пог. м реза. Абсолютная величина давления кислорода зависит от конструкции резака и мундштуков, величин сопротивлений в кислородоподводящей арматуре и коммуникациях.

Скорость перемещения резака должна соответствовать скорости горения металла. От скорости резки зависят устойчивость процесса и вырезаемых деталей. Малая скорость приводит к оплавлению разрезаемых , а большая - к появлению непрорезанных до конца участков реза. Скорость резки зависит от толщины и свойств участков реза. Скорость резки зависит от толщины и свойств разрезаемого металла. При резке сталей малых толщин (до 20 мм) скорость резки зависит от мощности подогревающего пламени. Например, при резке стали толщиной 5 мм около 35% тепла поступает от подогревающего пламени.

а - скорость резки мала, б - оптимальная скорость, в - скорость велика

Рисунок 1 - Характер выброса шлака

На скорость кислородной резки влияет также метод резки (ручной или машинный), форма линии реза (прямолинейная или фигурная) и вид резки (заготовительная или чистовая). Поэтому допустимые скорости резки определяют опытным путем в зависимости от толщины металла, вида и метода резки. При правильно выбранной скорости резки отставание линии реза не должно превышать 10-15% толщины разрезаемого металла.

На рисунке 1 схематически показан характер выброса шлака из разреза. Если скорость кислородной резки мала, то наблюдается отклонение пучка искр в направлении резки (рис. 1, а). При завышенной скорости резки отклонение пучка искр происходит в сторону, обратную направлению резки (рис. 1, в). Скорость перемещения резака считают нормальной, если пучок искр будет выходить почти параллельно кислородной струе (рис. 1, б).

Ширина и чистота реза зависят от способа резки. Машинная резка дает более чистые и меньшую ширину реза, чем ручная. Чем больше толщина разрезаемого металла, тем больше шероховатость кромок и ширина реза. В зависимости от толщины металла ориентировочная ширина реза составляет.

Низко- и среднеуглеродистые, а также низколегированные стали при содержании углерода до 0,3% хорошо режутся кислородом.

Способность стали поддаваться резке приближенно можно оценить по химическому составу, пользуясь следующей формулой эквивалента углерода, учитывающей влияние углерода и легирующих элементов стали на резку:

где С э — эквивалент углерода; символы элементов в формуле обозначают их содержание в стали в весовых процентах.

Пример. Сталь имеет состав: С - 0,2; Мп — 0,8; Si—0,6. Тогда С э =0,2+0,16+0,8+0,3·0,6=0,508. Сталь относится к 1 группе (табл. 16).

Кислородная резка почти не влияет на свойства низкоуглеродистой стали вблизи места реза. Только при резке сталей с повышенным содержанием углерода кромки разреза в результате частичной закалки становятся более твердыми. Глубина зоны влияния при резке составляет:

При резке высоколегированных хромистых, хромомарганцовистых и хромоникелевых сталей происходит обеднение кромок хромом, кремнием, марганцем и титаном, а содержание никеля возрастает. В структуре такой стали между кристаллами около кромки появляются включения легкоплавких сульфидов и силицидов железа, что способствует возникновению горячих трещин в момент остывания кромок. Возможна межкристаллитная коррозия после резки. Поэтому кромки этих сталей после резки кислородом в случае необходимости фрезеруются или строгаются.

Для некоторых марок высоколегированных сталей применяют термическую обработку для восстановления структуры кромок после резки кислородом.

3. РЕЖИМЫ РЕЗКИ

Основные показатели режима резки — это давление режущего кислорода и скорость резки, которые определяются главным образом толщиной разрезаемой стали. Величина давления кислорода зависит от конструкции резака, применяемых мундштуков, величины сопротивлений в кислородоподводящих коммуникациях и арматуре.

На скорость резки, помимо толщины металла, влияют также: метод резки (ручной или машинный); форма линии реза (прямолинейная или фасонная) и, наконец, вид резки (разделочная, заготовительная с припуском на механическую обработку, заготовительная под сварку, чистовая).

Режимы ручной резки приводились в табл. 11. Скорость ручной резки можно также определять по формуле

где S — толщина разрезаемой стали, мм.

При малой скорости резки происходит оплавление кромок реза, при слишком большой — значительно отстает кислородная струя, в результате образуются непрорезанные до конца участки и нарушается непрерывность резки.

Режимы машинной чистовой резки деталей с прямолинейными кромками без последующей механической обработки под сварку приведены в табл. 17. Для фасонной резки скорость берется в пределах, указанных в таблице для резки двумя резаками. При заготовительной резке скорость принимается на 10—20% выше указанной в таблице.

Приведенные в табл. 17 данные относятся к кислороду чистотой 99,5%. При меньшей чистоте кислорода эти величины следует умножать на поправочные коэффициенты, равные:

4. ТЕХНИКА РУЧНОЙ РЕЗКИ

Разрезаемый лист укладывают на подкладки, выверяют по горизонтали и, если нужно, закрепляют. Затем лист по линии реза очищают от окалины, ржавчины, грязи, которые уменьшают точность и ухудшают качество реза. Лист размечают (рис. 106), нанося на нем мелом или чертилками контуры вырезаемых деталей, причем так, чтобы металл использовался с наименьшим количеством отходов. Номера наружного и внутреннего мундштуков подбирают в зависимости от толщины металла, в соответствии с паспортом резака.

Резку обычно начинают с кромки листа. Если же нужно начать с середины листа (например, при вырезке фланцев), то сначала в листе прожигают кислородом отверстие, а затем вырезают нужную фигуру. Нагревают металл в месте, откуда ведут резку, а затем пускают режущую струю кислорода. Вслед за этим начинают перемещать резак по намеченной линии реза, прожигая металл на всю толщину. Если резку начинают с кромки, время начального подогрева (при работе на ацетилене) металла толщиной 5—200 мм составляет от 3 до 10 сек. При пробивке отверстия в листе струей кислорода это время увеличивается в 3—4 раза.

Резак следует перемещать равномерно. Если двигать его слишком быстро, то соседние участки металла не будут успевать нагреваться и процесс разрезания может прекратиться. При слишком медленном перемещении резака кромки будут оплавляться и разрез получится неровным, с большим количеством шлака.

Процесс кислородной резки основан на свойстве горения металла в струе кислорода и удаление этой струей образующихся оксидов.

Перед началом данного процесса следует ознакомится с техникой кислородной резки .

Процесс резки начинается с нагрева металла до температуры воспламенения, развивающееся при этом тепло реакции сгорания металла, способствует дальнейшему нагреву соседних частиц до температуры воспламенения, благодаря чему режущая струя кислорода непрерывно проникает на всю глубину и прорезает его насквозь, при этом часть металла вдоль плоскости реза обращается в окислы металла и выдувается струей кислорода.

Для устойчивого протекания процесса резки необходимо соблюдать следующие условия:

1.Температура горения металла должна быть ниже температуры плавления металла; в противном случае металл расплавится и стечет раньше, чем успеет сгореть.

2.Образующиеся при резке шлаки, состоящие преимущественно из окислов металла, должны быть легкоплавкими и жидкотекучими, и стекать под действием струи режущего кислорода .

3.Теплота выделяемая реакцией сгорания металла, должна быть достаточной, чтобы обеспечить непрерывное продолжение начавшегося процесса резки.

4.Теплопроводность металла должна быть достаточно малой, чтобы предупредить большие потери тепла от места резки на бесполезный подогрев всей массы металла.

5.Температура плавления металла должна быть выше точки плавления окислов; в противном случае образующиеся в процессе резки окислы не смогут отделяться от основного металла, не будет непрерывным. Этим условиям удовлетворяет железо (сталь), титан (и его сплавы), и марганец.

Разрезаемость стали и влияние углерода и легирующих элементов на кислородную резку сталей

Способность металлов подвергаться кислородной резке зависит от того, насколько полно удовлетворяется приведенные выше условия.

Влияние углерода на разрезаемость

Марганец (Mn) - облегчает резку. Ухудшает резку при содержании более 4%.

Кремний (Si) - стали, при содержании углерода до 0,2 % и Si до 4 %, режутся хорошо.

Хром (Сг) - стали с содержанием Сг до 1,5% режутся хорошо, при повышении содержания резка затрудняется и при содержании свыше 8-10% - кислородная резка невозможна (здесь применяется кислородно-флюсовая или воздушно-плазменная резка).

Никель (Ni) - хорошо режутся стали с содержанием Ni до 0,7%, если содержание углерода в стали не более 0,5%, то она режется хорошо с содержанием Ni до 4-7%, при содержании более 34% - резка ухудшается.

Медь (Си) - стали с содержанием Си до 0,7% режутся хорошо.

Молибден (Мо) - обычные молибденовые стали режутся удовлетворительно при содержании до 0,25-0,3%, резка не затрудняется, но происходит закалка кромки реза.

Вольфрам (W) - стали с содержанием W до 10% режутся хорошо и удовлетворительно, при содержании свыше 10% резка сильно затруднена.

Сера и Фосфор (S и Р) - при содержании этих элементов в пределах, предусмотренных стандартами, - на резку не влияют.

Основные показатели режима кислородной резки :

• мощность пламени
• давление режущего кислорода
• скорость резки

Мощность пламени зависит разрезаемого металла, состава и состояния стали (прокат, поковка, отливка). При ручной резке, из-за неравномерности перемещения резака, обычно в 1,5-2 раза увеличивают мощность пламени по сравнению с машинной резкой. При резке литья, т.к. поверхность отливки обычно покрыта формовочной землей и пригаром, мощность пламени увеличивается в 3-4 раза.

Для резки сталей толщиной до 300 мм применяют нормальное пламя, а при толщине металла свыше 400 мм целесообразно использовать подогревающее пламя с избытком ацетилена (науглероживающее) для увеличения длины факела (помимо применения более высокого давления кислорода) и прогрева нижней части реза.

Выбор давления режущего кислорода зависит, прежде всего от толщины разрезаемого металла и чистоты кислорода. При более высоком давлении используются мундштуки с большим диаметром канала режущего кислорода. Для каждого мундштука (наружного и внутреннего) существует оптимальная величина давления при изменении которой в ту или иную сторону, качество реза ухудшается и изменяется скорость резки. Соответственно может увеличиваться и расход кислорода на 1 пог. м. По указанным причинам следует строго руководствоваться эксплуатационной документацией на ручные и машинные резаки.

Скорость резки должна соответствовать скорости оксидирования (горения) металла по толщине разрезаемого листа.

При замедленной скорости происходит оплавление верхних кромок разрезаемого листа и расплавленные оксиды (шлаки, грат) из разреза вылетают в виде пучка искр в направлении реза.

При слишком большой скорости, вылет искр из разреза слабый и направлен в обратную сторону движения резака. След реза на вертикальной поверхности значительно «отстает» от вертикали. Возможно непрорезание металла.

При оптимальной скорости резки поток искр с обратной стороны разрезаемого листа сравнительно спокоен и направлен почти параллельно кислородной струе. След реза лишь немного «отстает» от вертикали, шероховатость реза незначительна и грат легко отделяется от нижней кромки реза. Рез ровный.

Статья разработана при поддержке сайта www.pgn.su . Это официальный сайт НПП ПромГрафит, которые предлагают современные уплотнительные материалы и термоизоляцию собственного отечественного производства.

Основные показатели режима резки - это давление режущего кислорода и скорость резки, которые зависят (для данного химического состава стали) от толщины разрезаемой стали, чистоты кислорода и конструкции резака.

Давление режущего кислорода имеет большое значение для резки. При недостаточном давлении струя кислорода не сможет выдуть шлаки из места реза и металл не будет прорезан на всю толщину. При слишком большом давлении кислорода расход его возрастает, а разрез получается недостаточно чистым.

Установлено, что уменьшение чистоты кислорода на 1% снижает скорость резки в среднем на 20%. Применять кислород чистотой ниже 95% нецелесообразно из-за снижения скорости и качества поверхности реза. Наиболее целесообразно и экономически оправдано применение, особенно при машинной кислородной резке, кислорода чистотой 99,5% и более.

На скорость резки также оказывают влияние степень механизации процессу (ручная или машинная резка), форма линии реза (прямолинейная или фигурная) и качество поверхности реза (разделочная, заготовительная с припуском на механическую обработку, заготовительная под сварку, чистовая).

Скорость ручной резки можно кроме таблицы также определить по формуле

где δ - толщина разрезаемой стали, мм.

Если скорость резки мала, то будет происходить оплавление кромок; если скорость слишком велика, то будут образовываться непрорезанные участки из-за отставания кислородной струи, непрерывность резки нарушится.

Режимы машинной чистовой резки деталей с прямолинейными кромками без последующей механической обработки под сварку приведены в табл. 20. Для фигурной резки скорость берется в пределах, указанных в таблице для резки двумя резаками. При заготовительной резке скорость принимается на 10 - 20% выше указанной в таблице.

Данные таблицы учитывают, что чистота кислорода - 99,5%. При меньшей чистоте расход кислорода и ацетилена возрастает, а скорость резки уменьшается; эти величины определяются умножением на поправочный коэффициент, равный:

При резке листов толщиной ∼ 100 мм экономически оправдано применение подогревающего пламени с избытком кислорода для возможно более быстрого нагрева поверхности металла.

где D - номинальный диаметр фрезы.

Порядок фрезерования

1. По диаметру фрезы, ширине фрезерования, глубине резания и подаче на один зуб, определяется скорость резания и минутная подача. Следует учитывать особые условия конкретного фрезерования: наличие или отсутствие охлаждения, особенности конструкции фрезы и т. д.
2. Произвести настройку скорости вращения шпинделя.
3. Произвести настройку подачи шпинделя.

Износ инструмента

Чем больше скорость резания, тем больше выделяется тепла и тем больше нагреваются зубья фрезы. При достижении определённой температуры режущая кромка теряет твердость, и фреза перестаёт резать. Температура, при которой фреза перестаёт резать, для разных фрез различна и зависит от материала, из которого изготовлена фреза.
В процессе работы фреза затупляется. Затупление фрезы происходит вследствие износа, вызываемого трением сходящей стружки о переднею поверхность зуба и трением задней поверхностью зуба фрезы об обрабатываемую поверхность. Трение вызывает также увеличение температуры режущего инструмента, что в свою очередь снижает твёрдость его лезвия и способствует более быстрому износу. В процессе работы фреза проходит три стадии износа:

1. Новая, острая фреза - годная к эксплуатации.
Признаки: наличие заводской смазки, нормальный цвет поверхности (без окалин), ровная одноразовая заточка.
2. Фреза с нормальным износом - фрезу далее эксплуатировать нерационально, лучше заточить.
Признаки: наступление вибрации, появление неровной (рваной) поверхности обработки и чрезмерный нагрев вследствие увеличения трения.
3. Фреза с катастрофическим износом - восстановление фрезы практически невозможно.
Признаки: визуально видно, что рабочая кромка фрезы разрушена.

Режимы резки, используемые на практике, в зависимости от обрабатываемого материала и типа фрезы

Таблица (приведенная ниже) содержит справочную информацию параметров режима резания, взятые из практики. От этих режимов рекомендуется отталкиваться при обработке различных материалов со схожими свойствами, но необязательно строго придерживаться их.

Необходимо учитывать, что на выбор режимов резания, при обработке одного и того же материала одним и тем же инструментом, влияет множество факторов, основными из которых являются: жесткость системы Станок-Приспособление-Инструмент-Деталь (СПИД), охлаждение инструмента, стратегия обработки, высота слоя, снимаемого за проход, и размер обрабатываемых элементов.

Фрезерной обработке лучше всего подвергать пластики, полученныйе литьем, т.к. у них более высокая температура плавления.
-При резке акрила и алюминия желательно для охлаждения инструмента использовать смазывающую и охлаждающую жидкость (СОЖ), в качестве СОЖ может выступать обыкновенная вода или универсальная смазка WD-40 (в баллончике).
-При резке акрила, когда подсаживается (притупляется) фреза, необходимо понизить обороты до момента, пока не пойдет колкая стружка (осторожнее с подачей при низких оборотах шпинделя - вырастает нагрузка на инструмент и соответственно вероятность его сломать).
-Для фрезеровки пластиков и мягких металлов наиболее подходящими являются однозаходные (однозубые) фрезы (желательно с полированной канавкой для отвода стружки). При использовании однозаходных фрез создаются оптимальные условия для отвода стружки и соответственно отвода тепла из зоны реза.
-При фрезеровке рекомендуется применять такую стратегию обработки, при которой идет беспрерывный съем материала со стабильной нагрузкой на инструмент.
-При фрезеровке пластиков, для улучшения качества реза, рекомендуется использовать встречное фрезерование.
-Для получения приемлемой шероховатости обрабатываемой поверхности, шаг между проходами фрезы/гравера необходимо делать равным или меньше рабочего диаметра фрезы(d)/пятна контакта гравера(T).
-Для улучшения качества обрабатываемой поверхности желательно не обрабатывать заготовку на всю глубину сразу, а оставить небольшой припуск на чистовую обработку.
-При резке мелких элементов необходимо снизить скорость резания, чтобы вырезанные элементы не откалывались в процессе обработки и не повреждались.