Потери металла при плазменной резке

Обновлено: 28.06.2024

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Чукин Михаил Витальевич, Полецков Павел Петрович, Алексеев Даниил Юрьевич, Бережная Галина Андреевна, Гущина Марина Сергеевна

Одним из наиболее перспективных направлений развития современного машиностроения является применение высокопрочных сталей при создании продукции, удовлетворяющей всем современным требованиям рынка. Применение таких сталей позволяет снизить металлоемкость изготавливаемых конструкций за счет уменьшения толщины применяемого металла при сохранении прежней конструктивной прочности, увеличить срок службы изделий за счет повышения износостойкости, а также повысить надежность создаваемой продукции. Процесс переработки высокопрочных сталей имеет ряд особенностей, связанных с повышенной чувствительностью таких сталей к тепловому воздействию. Целью данной работы является исследование влияния плазменной резки на микроструктуру и твердость в зоне термического влияния высокопрочной стали твердостью 500 HBW. Для этого проведены исследования микроструктуры в зоне термического влияния плазменной резки высокопрочной листовой стали твердостью 500 HBW. Результаты исследований показали наличие в зоне термического влияния участков с различной структурой и свойствами: обезуглероженный участок, участок закалки, участок неполной закалки, участок отпуска, основной металл. По мере удаления от границы реза скорость охлаждения и температура металла снижаются, что приводит к понижению твердости стали. Микроструктура основного металла имеет игольчатый вид и состоит из реек разной ориентации и размеров. Структура отдельных участков зоны термического влияния : участка закалки мартенсит, участка неполной закалки мартенсит + феррит, участка отпуска мартенсит отпуска. Также определена общая протяженность зоны термического влияния и длина отдельных ее участков.

Текст научной работы на тему «Влияние плазменной резки на микроструктуру и твердость высокопрочной стали»

Металловедение и термическая обработка

УДК 621.785:621.771.23-022.532 DOI: 10.14529/теМ60410

ВЛИЯНИЕ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ НА МИКРОСТРУКТУРУ И ТВЕРДОСТЬ ВЫСОКОПРОЧНОЙ СТАЛИ

М.В. Чукин, П.П. Полецков, Д.Ю. Алексеев, Г.А. Бережная, М.С. Гущина

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск

Одним из наиболее перспективных направлений развития современного машиностроения является применение высокопрочных сталей при создании продукции, удовлетворяющей всем современным требованиям рынка. Применение таких сталей позволяет снизить металлоемкость изготавливаемых конструкций за счет уменьшения толщины применяемого металла при сохранении прежней конструктивной прочности, увеличить срок службы изделий за счет повышения износостойкости, а также повысить надежность создаваемой продукции. Процесс переработки высокопрочных сталей имеет ряд особенностей, связанных с повышенной чувствительностью таких сталей к тепловому воздействию. Целью данной работы является исследование влияния плазменной резки на микроструктуру и твердость в зоне термического влияния высокопрочной стали твердостью 500 HBW. Для этого проведены исследования микроструктуры в зоне термического влияния плазменной резки высокопрочной листовой стали твердостью 500 HBW. Результаты исследований показали наличие в зоне термического влияния участков с различной структурой и свойствами: обезуглероженный участок, участок закалки, участок неполной закалки, участок отпуска, основной металл. По мере удаления от границы реза скорость охлаждения и температура металла снижаются, что приводит к понижению твердости стали. Микроструктура основного металла имеет игольчатый вид и состоит из реек разной ориентации и размеров. Структура отдельных участков зоны термического влияния: участка закалки - мартенсит, участка неполной закалки - мартенсит + феррит, участка отпуска - мартенсит отпуска. Также определена общая протяженность зоны термического влияния и длина отдельных ее участков.

Ключевые слова: высокопрочная сталь; плазменная резка; микроструктура; твердость; зона термического влияния.

Применение таких сталей позволяет снизить металлоемкость изготавливаемых конструкций за счет уменьшения толщины применяемого металла при сохранении прежней конструктивной прочности, увеличить срок службы изделий за счет повышения износостойкости, а также повысить надежность создаваемой продукции [3].

Процесс переработки высокопрочных сталей имеет ряд особенностей, связанных с повышенной чувствительностью таких сталей к тепловому воздействию. Так, при использо-

вании горячих методов резки, среди которых наибольшее распространение получил плазменный способ, в металле образуется участок с изменившимися структурой и свойствами -зона термического влияния [4]. Протяженность данной зоны зависит от ряда параметров: физических свойств и толщины разрезаемого металла, а также от режимов плазменной резки [5]. Чем меньше протяженность зоны термического влияния, тем выше технологичность металла в последующих операциях.

В зоне термического влияния низколегированных сталей выделяют три участка (рис. 1): закалки, неполной закалки и отпуска [6]. При этом характер изменения твердости в данной зоне имеет нелинейную зависимость (рис. 2) [7].

Целью данной работы является исследование влияния плазменной резки на микро-

Рис. 1. Строение зоны термического влияния низколегированных сталей

Расстояние от границы реза

Рис. 2. Распределение твердости в зоне термического влияния низколегированных сталей: 1 - участок закалки; 2 - участок неполной закалки; 3 - участок отпуска; 4 - основной металл, не затронутый нагревом при резке

Характеристики исследуемой стали

№ Механические свойства Температура закалки, °С К, мм Режимы плазменной резки

HBW ^0,2, Н/мм2 Об, Н/мм2 А5, % КСУ-20, Дж/см2 СЕУ, % I, А V, мм/мин

не менее или в пределах

1 477540 1200 1450 8 20 0,65 960 8 130 1500

структуру и твердость в зоне термического влияния высокопрочной стали твердостью 500 HBW (табл. 1). В работе принимали участие: ООО «Термодеформ-МГТУ» [8], ЦКП НИИ Наносталей и ООО «Научно-техническая производственная фирма «Эталон».

Методика проведения исследований

Для проведения исследований была произведена плазменная резка высокопрочной листовой стали твердостью 500 HBW толщиной 8 и 20 мм. Затем от металла после плазменной резки были отобраны образцы для

проведения металлографического анализа (рис. 3). Для микроанализа из образцов по стандартной методике были приготовлены поперечные микрошлифы [9, 10]. Для выявления микроструктуры поверхность шлифа подвергалась травлению в 4%-ном растворе азотной кислоты в этиловом спирте методом погружения полированной поверхности в ванну с реактивом.

Общий вид микроструктуры образцов после травления представлен на рис. 4.

Измерение микротвердости проводилось в соответствии с ГОСТ 9450-60. Первое измерение проводилось на расстоянии 50 мкм от границы реза, последующие измерения производились через каждые 250 мкм по длине образца (рис. 5).

Результаты исследований показали наличие в зоне термического влияния участков с различной структурой и свойствами (табл. 2, 3).

Сторона для изготовления шлифа

Рис. 3. Схема отбора образцов

Рис. 4. Общий вид микроструктуры высокопрочной стали твердостью 500 HBW в зоне термического влияния: а - прокат толщиной 8 мм; б - прокат толщиной 20 мм

Рис. 5. Микроструктура листовой стали с отпечатками при замере твердости в зоне термического влияния плазменной резки: а - прокат толщиной 8 мм; б - прокат

Участок зоны термического влияния Расстояние от кромки реза, мм Твердость, НУ0,2 (нормируемая твердость 4770-5400)

Обезугле-роженный участок 0,05 1919

Участок закалки 0,33 4708

Участок неполной закалки 0,46 3737

Участок отпуска 0,55 3382

Участок основного металла 3,05 4945

Микроструктура участков зоны термического влияния плазменной резки высокопрочной стали толщиной 8 мм

Участок неполной закалки

Участок основного металла

Расстояние от кромки реза, мм

НУ0,2 (нормируемая твердость 4770-5400)

Микроструктура участка зоны термического влияния

Мартенсит низкоуглеродистый + феррит

Микроструктура участков зоны термического влияния плазменной резки высокопрочной стали толщиной 20 мм

- Обезуглероженный участок наблюдается в исследуемой высокопрочной стали толщиной 8 мм на расстоянии до 0,33 мм от границы реза, микроструктура представляет собой низкоуглеродистый мартенсит и феррит. Микротвердость НУ - 1600-1900 МПа.

- Участок неполной закалки. По мере удаления от границы реза скорость охлаждения и температура металла снижаются (происходит закалка из межкритического интер-

вала температур Ас\-Ас3). Это приводит к понижению твердости стали. В структуре металла наряду с мартенситом присутствуют зерна феррита. Длина участка - 0,1-0,13 мм. Микротвердость НУ - 3737-5015 МПа.

- Участок отпуска. На данном участке металл нагревается до температур Ас1. В результате высокого отпуска наблюдается разупрочнение стали до минимальных значений НУ - 3382-3603 МПа. Далее по мере удаления от границы реза и снижения температурного воздействия происходит восстановление твердости до значений основного металла НУ -4799-4961 МПа. Структура на данном участке представляет собой отпущенный мартенсит. Длина участка - 2,50-4,92 мм.

- Основной металл. Микроструктура основного металла имеет игольчатый вид и со-

Общая протяженность зоны термического влияния плазменной резки и глубина отдельных переходных зон для исследуемой высокопрочной стали твердостью 500 HBW

Толщина проката, мм Длина участков зоны термического влияния, мм Общая протяженность зоны термического влияния, мм

Обезуглероженный участок Участок закалки Участок неполной закалки Участок отпуска

8 0,33 0,13 0,10 2,50 3,00

20 Не выявлен 1,05 0,13 4,92 6,00

Рис. 6. Твердость в зоне термического влияния плазменной резки высокопрочной стали твердостью 500 HBW толщиной 8 мм

Рис. 7. Твердость в зоне термического влияния плазменной резки высокопрочной стали твердостью 500 HBW толщиной 20 мм

стоит из реек разной ориентации и размеров. Структуру, имеющую подобную морфологию, можно отнести к реечному мартенситу. Микротвердость HV - 4945-5528 МПа.

Таким образом, общая протяженность зоны термического влияния плазменной резки для исследуемой высокопрочной стали толщиной 8 мм составляет 3 мм, толщиной 20 мм -6 мм (табл. 4, рис. 6, 7).

1. Проведено исследование микроструктуры высокопрочного листового проката в зоне термического влияния плазменной резки.

2. Определена структура отдельных участков зоны термического влияния: участка закалки - мартенсит, участка неполной закалки - мартенсит + феррит, участка отпуска -мартенсит отпуска.

3. Определена общая протяженность зоны термического влияния и длина отдельных ее участков.

4. Установлено, что для исследуемой высокопрочной стали твердостью 500 HBW толщиной 8 мм общая протяженность зоны термического влияния равна 3,0 мм, для стали толщиной 20 мм - 6,0 мм.

Работа проведена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства, выполняемого с участием российского высшего учебного заведения (договор 02.G25.31.0105).

1. Физическое моделирование процессов производства горячекатаного листа с уникальным комплексом свойств / В.М. Салганик, С.В. Денисов, П.П. Полецков и др. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2014. -№ 3. - С. 37-39.

2. Научная деятельность ГОУ ВПО «МГТУ» в условиях развития нанотехнологий / М.В. Чукин, В.М. Колокольцев, Г.С. Гун и др. //

Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. -2009. - № 2. - С. 55-59.

3. Основные виды и области применения стратегического высокопрочного листового проката /М.В. Чукин, В.М. Салганик, П.П. По-лецков и др. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2014. - № 4. - С. 41-44.

4. Панов А.А., В.В. Аникин, Н.Г. Бойм. Обработка металлов резанием, 1982. - М. : Кудиц-Пресс. - 736 с.

5. Ширшов, И.Г. Плазменная резка / И.Г. Ширшов, В.Н. Котиков. - М. : Машиностроение, 1987. -192 с.

6. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: учеб. для вузов / А.И. Акулов, В.П. Алехин, С.И. Ермаков и др.; под ред. А.И. Акулова. - 2-е изд., испр. и доп. - М. : Машиностроение, 2003. - 560 с.

7. Исследование влияние температуры нагрева при закалке на механические свойства низколегированной высокопрочной стали /

B.М. Салганик, П.П. Полецков, Г.А. Бережная и др. // Производство проката. - 2015. -

8. Научно производственный комплекс «Термодеформ» для создания новых технологий / В.М. Салганик, П.П. Полецков, М.О. Артамонова и др. // Сталь. - 2014. - № 4. -С. 104-107.

10. Исследование влияния скорости охлаждения на формирование структуры катанки из стали 80Р, предназначенной для производства высокопрочной арматуры / Н.В. Копцева, Д.М. Чукин, Ю.Ю. Ефимова и др. // Черные металлы. - 2014. - № 2. - С. 23-31.

Поступила в редакцию 15 августа 2016 г.

THE INFLUENCE OF PLASMA-ARC CUTTING ON THE MICROSTRUCTURE AND HARDNESS OF HIGH-STRENGTH STEEL

Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation

Keywords: high-strength steel; plasma-arc cutting; microstructure; hardness; heat-affected zone.

1. Salganik V.M., Denisov S.V., Poletskov P.P., Stekanov P.A., Berezhnaya G.A., Alekseev D.Yu. [The Physical Modeling of Hot-Rolled Sheet Production with a Unique Set of Properties]. Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2014, no. 3, pp. 37-39. (in Russ.)

2. Chukin M.V., Kolokol'tsev V.M., Gun G.S., Salganik V.M., Platov S.I. [The Scientific Activity of Nosov Magnitogorsk State Technical University Under the Conditions of the Development of Nano-technology]. Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2009, no. 2, pp. 55-59. (in Russ.)

3. Chukin M.V., Salganik V.M., Poletskov P.P., Denisov S.V., Kuznetsova A.S., Berezhnaya G.A., Gushchina M.S. [Main Types and Applications of Strategic High-Strength Sheet Metal]. Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2014, no. 4, pp. 41-44. (in Russ.)

4. Panov A.A., Anikin V.V., Boym N.G. Obrabotka metallov rezaniem [Metal Machining]. Moscow, Kudits-press Publ., 1982. 736 p.

5. Shirshov I.G., Kotikov V.N. Plazmennaya rezka [Plasma-Arc Cutting]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1987. 192 p.

6. Akulov A.I., Alekhin V.P., Ermakov S.I. Tekhnologiya i oborudovanie svarki plavleniem i termi-cheskoy rezki [Technology and Equipment for Fusion Welding and Thermal Cutting]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2003. 560 p.

7. Salganik V.M., Poletskov P.P., Berezhnaya G.A., Gushchina M.S., Alekseev D.Yu. [Study of the Effect of Heating Temperature in Quenching on the Mechanical Properties of Low-Alloy High-Strength Steel]. Proizvodstvoprokata, 2015, no. 5, pp. 32-37. (in Russ.)

8. Salganik V.M., Poletskov P.P., Artamonova M.O., Denisov S.V., Chikishev D.N. [Scientific Production Complex "Termodeform" to Create New Technologies]. Stal', 2014, no. 4, pp. 104-107. (in Russ.)

10. Koptseva N.V., Chukin D.M., Efimova Yu.Yu., Nikitenko O.A., Ishimov A.S. [Investigation of the Effect of Cooling Rate on the Formation of Structure of 80R Steel Rod Designed for the Production of High-Strength Reinforcement]. Chernye metally, 2014, no. 2, pp. 23-31. (in Russ.)

Recieved 15 August 2016

Влияние плазменной резки на микроструктуру и твердость высокопрочной стали / М.В. Чукин, П.П. По-лецков, Д.Ю. Алексеев и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». - 2016. - Т. 16, № 4. - С. 92-100. DOI: 10.14529/шеН60410

Chukin M.V., Poletskov P.P., Alekseev D.Yu., Berezhnaya G.A., Gushchina M.S. The Influence of Plasma-Arc Cutting on the Microstructure and Hardness of High-Strength Steel. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy, 2016, vol. 16, no. 4, pp. 92-100. (in Russ.) DOI: 10.14529/met160410

Отходы при резке металла на заготовки

Отходы , образующиеся при резке (раскрое) металла на заготовки , называются заготовительными (раскройными).

К ним относятся торцовые обрезки, прорезка, некратности и опорные концы.

Торцовые обрезки . Длина торцового обрезка зависит от размеров сечения металла и при резке на ножницах обычно составляет

где а - высота сечения (сторона квадрата, диаметр круга). Недостаточная длина торцового обрезка может вызывать раскалывание торца. В целях экономии металла за счет уменьшения потерь от торцовых обрезков на ряде предприятий при резке проката диаметром более 50 мм дефектные концы (с заусенцами) не удаляют, а отрезают полномерные заготовки и затем в необходимых случаях, предусмотренных технологическим процессом, торец зачищают на наждачном станке. Иногда для снятия металлургического заусенца с заготовок применяют специальные станки, на которых заготовка зажимается пневматическим зажимом и суппортом подается к вращающейся резцовой головке, снимающей заусенец.

Прорезка . Расходы на прорезку определяются толщиной пильного диска или шириной резца.

Некратность . Для немерного проката рассчитать некратность заранее (до поступления металла) невозможно, так как неизвестна фактическая длина. При расчете раскроя немерного проката исходят из того, что наименьшая возможная длина некратности в пределе стремится к нулю, а наибольшая - к длине заготовки. Средневероятная (расчетная) длина некратности поэтому определяется по формуле

Исходная длина проката интервальных (торговых) размеров колеблется в пределах, регламентируемых стандартами. (По заказу нормальной (торговой) длины поставляется прокат, длина которого колеблется в некотором интервале, ограничиваемом ГОСТом, и поэтому такую форму заказа в дальнейшем называем интервальной .)

В каждой партии поставляемого проката, кроме предельных длин - наибольшей L n.б и наименьшей L n. м , допускается согласно ГОСТу часть укороченных (маломерных) штанг длиной меньше L n. м , но не короче L ук . Суммарный вес укороченных штанг может доходить до определенного процента П веса всей партии металла ( табл. 46 ). Расчетную длину интервального проката определяют по формуле

где К - коэффициент, учитывающий влияние укороченных штанг, допускаемых в каждой партии:

Значение L p вполне допустимо для практических расчетов округлять. Значения К и L p , а также округленные (унифицированные) длины, обозначенные через L p.у , приведены в табл. 46.

Изменение средневероятных отходов по некратности Н ср в зависимости от величины отношения L p /l характеризуется кривой, изображенной на рис. 24 . Отходы начинают резко возрастать при L p /l >10.

Рис. 24. Изменение средневероятных потерь по некратности в зависимости от величины L p /l

Опорные (зажимные) концы . Возможность и условия отделения последней заготовки от остатка материала при резке на ножницах определяют длиной заготовки l, длиной остатка l 0 и опорной базой ножниц с ( рис. 25 ). Для возможности осуществления прижима необходимо, чтобы остаток прутка был больше опорной базы с на некоторую величину /.

Практически возможны следующие соотношения между l, l 0 и с :

l>с; l 0 >с;
l>с; l 0 0

В первом случае ( рис. 25, а ) последняя заготовка отделяется от остатка обычным способом - установкой на требуемую длину l по упору; остаток l 0 является некратностью и дополнительной потери металла на опорный конец не будет.

При l>с и l 0 рис. 25, б ). В данном случае пруток поворачивают другим концом, а длину отрезаемой заготовки фиксируют при помощи шаблона. Следует заметить, что резка последней заготовки с поворотом для крупных профилей в крупносерийном и массовом производстве исключается, так как операция сопряжена с дополнительной затратой времени, вызывающей снижение производительности. Целесообразнее применять многоступенчатые упоры, которые позволяют производить резку заготовок различной длины.

Рис. 25. Схема характерных случаев расположения остатка при резке на ножницах

Если же l 0 ( рис. 25, в ), отделение последней заготовки на ножницах не производят. В этом случае остаток складывается из длины заготовки l и остатка l 0 . Очевидно, что при l рис. 26 )

Рис. 26. Возможные остатки при l

Возможная наименьшая длина остатка для этого случая выражается величиной ( рис. 26 )

Средняя вероятная длина остатка 1 ср для третьего случая определится из равенства

Как указано выше, величина l/2 представляет собой расчетную длину некратности. Величина i 0 — минимальная длина опорного (зажимного конца). Таким образом, в первых двух случаях раскройный отход состоит из некратности, а в третьем из некратности и длины опорного конца.

Величина ƒ должна быть достаточной для создания надежного контакта при уравновешивании опрокидывающего момента (обычно не менее 10-20 мм). Для ножниц с нормальной опорной базой величина с составляет 70-110 мм. Этими величинами характеризуются отходы от опорных концов. Для уменьшения опорных баз применяют консольные прижимы и другие уравновешивающие устройства.

Потери металла в результате положительных отклонений горячекатаного сортового металла от номинальных размеров складывается из потерь по сечению и длине. В технологических расчетах их учитывают лишь в тех случаях, когда исходный прокат имеет исключительно, односторонний положительный допуск. Средневероятные потери по сечению, принятые равными половине максимальных, составят приближенно

где g - предельное положительное отклонение по сечению в мм; а н - сторона квадрата или диаметр круга (номинальный размер) в мм. Средневероятные потери по длине заготовок п ср/дл в этом случае определяют по формуле

где д - предельное положительное отклонение по длине заготовки в мм; l - номинальная длина заготовки в мм. Выбор рациональных допусков на операцию раскроя (см. выше) и корректирование длины заготовки по фактическому сечению проката (применение весовых допусков вместо линейных), например для случаев штамповки в закрытых штампах) позволяет значительно уменьшить потери по положительным отклонениям.

Таблица 46 . Расчетные длины для некоторых видов интервального металлопроката, применяемого в кузнечных цехах

Качество плазменной резки

Качество плазменной резки определяется в соответствии с такими параметрами, как угол реза, цвет обработанной заготовки, количество окалины, качество поверхности. Повлиять на эти свойства можно верной настройкой оборудования и соблюдением правил металлообработки.

Неверно заданный угол, слишком высокая или низкая скорость обработки, количество подаваемого газа – все это может снизить качество выполняемых работ и привести к образованию дефектов. На что необходимо обращать внимание при выполнении плазменной резки для снижения процента брака, мы поговорим в этой статье.

Как определяют качество плазменной резки

Плазмотроны современного типа, оснащенные числовым программным управлением, делают возможным высокоточное позиционирование электродуги с потоком плазмы (рабочего тела станка) вплоть до 0,5 мм. Резка в таких аппаратах осуществляется в соответствии с загруженными в программу шаблонами – это также положительно влияет на качество и точность среза изделия.

При обработке заготовки с помощью аппарата для плазменной резки кромки получаются чистыми: на них не образуется окалин и натеков. Это обусловлено тем, что поток плазмы смывает разжиженный металл в процессе работы. В отличие от резки кислородно-газовым способом, плазмотрон нагревает лишь ограниченный рабочий участок, тонкие прокаты при этом не деформируются, а срез получается гладким, без зазубрин.

В отличие от станка кислородно-газовой резки, который подходит лишь для работы с черными металлами (из-за окисления кромок при раскрое), плазмотрон обеспечивает высокое качество плазменной резки при обработке всех видов металла, проводящих ток: алюминия, титана, меди, низкоуглеродистой и нержавеющей стали, чугуна и т. д. Агрегаты с ЧПУ позволяют выставлять индивидуальные настройки силы тока и подачи плазмообразующего газа для различных видов материала и толщины заготовок.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Классификация видов термической резки, ее качество и геометрические параметры изделия отражены в Европейском стандарте качества EN ISO 9013 «Термическая резка».

Документ применяется при плазменной резке, лазерной и кислородной. При этом толщина проката для плазмотрона должна варьироваться от 1 до 150 мм, для лазерного резака – от 0,5 до 40 мм, для кислородного станка – от 3 до 300 мм. Стандарт EN ISO 9013 «Термическая резка» определяет геометрические параметры резки и допуски на размеры.

Качество плазменной резки определяется следующими критериями:

средней разницей высоты от впадин до вершин;
степенью неровности и угловым допуском.

Визуально определить качество изделий можно с учетом:

промежутков между бороздами;
оплавления кромок.

Какие еще критерии качества реза плазменной резки следует учитывать

Образование грата в нижней части реза и брызги в верхней части реза.

Грат – это остывший металл или оксид металла, прилипший к нижнему краю во время работы на плазмотроне. На верхней части кромки могут образовываться брызги. Грат может появиться при несоответствующих значениях скорости резки, неправильном расстоянии между плазморезом и заготовкой, неверно выбранных параметрах силы тока и напряжения, качества и интенсивности подачи плазмообразующего газа, при технологических нарушениях процесса.

Качество плазменной резки также зависит от состава проката, его толщины, состояния поверхности заготовки, колебания температуры во время работы. Образование грата может быть вызвано слишком высокой или низкой скоростью движения резака. Как правило, существует определенный диапазон скоростей, при работе в усредненных значениях которого подобных дефектов не образуется. Важную роль также играют плазмообразующий газ и способ резки.

При работе на плазмотроне кромка изделия приобретает небольшой наклон. Это происходит из-за разницы температуры на участках плазменной дуги. Так, у верхнего края среза ее температура выше, поэтому здесь снимается больше материала, чем в нижней части. Угол наклона среза напрямую зависит от степени обжатия дуги. Качество плазменной резки в этом аспекте также определяется расстоянием между резаком и заготовкой и скоростью его движения. Как правило, при использовании плазмотрона угловое отклонение с обеих сторон составляет 4–8°.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

При увеличенном обжатии дуги угол кромки может сократиться до 1°. В этом случае элементы изделия имеют общий срез.

Согласно практическим правилам резки, ширина среза должна варьироваться между 1,5-2 величинами диаметра режущей струи. Качество плазменной резки с этой стороны напрямую зависит от скорости движения ножа – чем она ниже, тем ширина больше.

Металлургический эффект (зона, подверженная тепловому влиянию).

Использование плазмотрона сопровождается меньшей площадью нагреваемой поверхности, чем при аналогичной работе на станке кислородной резки. Если говорить об обработке нелегированной стали, этот показатель ниже приблизительно на одну треть. При работе с другими материалами этот показатель варьируется в зависимости от состава проката.

При использовании в качестве плазмообразующего газа азота или воздуха на кромке изделия образуется много азота. Это чревато появлением пор на линии среза. Используя вместо указанных газов кислород, можно снизить вероятность их появления.

Работа с повышенным обжатием дуги позволяет добиться высокого качества плазменной резки с наиболее точной геометрией изделий. Применение данной технологии обеспечивает допуск ±0,2 мм и максимальное соответствие повторения. Таким образом, качество изделий, выполненных на плазмотроне, может быть сопоставимо с показателями лазерного станка.

Какие дефекты снижают качество плазменной резки металла

Ниже рассмотрим дефекты изделий, которые могут быть вызваны неверно установленными параметрами резки или нарушениями технологии работы на плазмотроне, а также поговорим о способах избавления от них.

Этот параметр означает степень наклона среза при обработке заготовки на плазмотроне. Угловатость может появиться из-за неравномерного нагрева листа по его толщине. Дело в том, что плазменная дуга выпускает неодинаковое количество тепла по всей длине, поэтому на разной глубине проката расплавляется разное количество материала.

Это расплавившийся во время раскроя метал, который, затвердев, прилип к кромке изделия. Окалину также называют шлаком. Качество плазменной резки в этом смысле зависит от расходных материалов, настроек резки, чистоты воздуха в цехе – эти параметры определяют объем образующихся окалин и сложность их счищения.

Этот параметр определяется степенью шероховатости поверхности – общим количеством неровностей, расположенных близко друг к другу в пределах лита. Иначе говоря – это степень ее гладкости. Именно она определяет важнейшие пользовательские свойства заготовки.

Важным параметром при раскрое металла является площадь нагреваемой поверхности листа. Чрезмерное термическое воздействие влечет за собой изменение структуры материала, а это чревато потемнением кромки (приобретением ею цвета побежалости) и деформацией. В некоторых случаях это настолько сильно влияет на качество плазменной резки, что изделие может стать непригодным для дальнейших этапов обработки, пока линия среза не будет очищена.

Вне зависимости от выбранного типа резки, область теплового воздействия тем ниже, чем быстрее передвигается режущая головка. Следовательно, высокая скорость работы плазмореза сопровождается меньшим нагревом проката, а это в свою очередь экономит время на вторичную обработку изделия для устранения образовавшихся дефектов.

9 секретов улучшения качества плазменной резки

Проверка направления плазменной дуги.

Существует так называемое правило правой кромки, которое гласит, что прямые углы среза всегда должны находиться справа по направлению резки. Проконтролируйте соблюдение этого принципа и в случае необходимости откорректируйте ход раскроя. Важно знать, что при работе большинства аппаратов плазменная дуга вращается по часовой стрелке.

На рисунке ниже изображено стандартное движение режущего механизма. При выполнении отверстий направление его хода меняется на противоположное.

Качество плазменной резки во многом зависит от выбора технологии процесса раскроя. Для создания конкурентоспособного изделия настройки работы агрегата должны выставляться с учетом таких характеристик проката, как вид металла и его толщина. Это базовые параметры, которые стоит учитывать при определении технологии резки. Помимо этого, стоит учитывать требуемое качество сечения, скорость движения сопла, производительность агрегата, наличие или отсутствие вторичной обработки и затраты, связанные с эксплуатацией.

Качество готового изделия напрямую зависит от качества расходных материалов, используемых при раскрое. Во избежание получения бракованных деталей расходники следует менять своевременно. Причем замена сопла должна сопровождаться сменой электрода и наоборот. Не стоит перебарщивать со смазкой уплотнительных колец.

По завершении позиционирования заготовки необходимо проверить ее перпендикулярность соплу. Это напрямую влияет на степень нагревания листа, расплавление металла и, следовательно, на качество плазменной резки. Важно также осмотреть прокат на наличие бугорков, впадин, зазубрин и прочих неровностей.

Перед началом раскроя важно выставить подходящее расстояние между изделием и режущим элементом. После этого откалибруйте напряжение с помощью управления дуговым напряжением. Его, как и расстояние от сопла до заготовки, необходимо корректировать каждый раз после замены расходников. Неверно выставленные величины этих параметров негативно влияют на качество плазменной резки.

Перед началом работы настройте скорость резки. Значение этого показателя должно соответствовать выбранному режиму, иначе качество кромки существенно испортится. Если скорость выставлена верно, то грат, наплывы и облой будут образовываться в минимальном объеме. Кромка получится качественной, а это сокращает затраты на последующую механическую обработку.

Для начала проверьте систему подачи газа на наличие утечек и устраните их при необходимости. Регуляторы и газопроводы должны быть подходящего размера. Выставьте рекомендуемые параметры давления. Проверьте регулятор давления на его постоянство. Если давление начнет увеличиваться, перекройте подачу газа, повернув вентиль баллона, и проследите по датчикам его снижение. Если да, значит, соединение баллона и горелки негерметично и есть утечка. Проверьте также верхнюю часть баллона.

После того как вы обнаружили и устранили все утечки, можете вновь открыть подачу газа из баллона. Делайте это плавно и медленно.

Обнаружить утечку можно с помощью воды и нежирного мыла или специального раствора для обнаружения утечек. Для этого подайте в шланг давление, перекройте вентиль баллона и опустите шланг в раствор. В зоне утечки начнут образовываться пузырьки.

Для обеспечения должного качества плазменной резки необходимо проверить на наличие утечек все соединения баллона и регулятора давления.

При работе на плазмотроне используйте только очищенный газ высокого качества. Если требуется ручная очистка, сперва убедитесь в том, что ее цикл завершен.

Несущая конструкция станка должна быть жесткой, чтобы противостоять вибрациям. Перед началом раскроя следует проверить крепление режущего механизма в отверстии раскройного стола.

Плазмотроны сконструированы таким образом, что они нуждаются в минимальном обслуживании. Тем не менее, перед началом резки убедитесь в том, что раскройный стол готов к работе на установленной скорости. В случае необходимости откорректируйте его настройки – от этого зависит качество плазменной резки.

Резка ручным способом не дает таких гарантий качества, как обработка металла на производственных станках. Если требуется выполнить резку большого количества деталей с высокой точностью, лучше всего обратиться в специализированный цех.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Норма раскроя металла

Технологическая операция раскроя металлических листов – одна из самых важных в процессе изготовления конструкций из металла. Чтобы продукция была оптимальной по стоимости и качеству, очень важно соблюдать все режимы этой операции. Конструкторы постоянно предлагают все новые технологии для раскроя профилей и листов из металла. О том, какая должна быть норма раскроя металла, вы узнаете из нашей статьи.

Технология раскроя металла

Создание металлоконструкций начинается с заготовительных этапов, одним из которых является раскрой листового и профильного металла. Именно эта стадия определяет всю дальнейшую работу. Производственные комплексы и машиностроительные предприятия имеют в своем составе цеха, где заготавливают детали будущих конструкций. Эти специализированные подразделения оснащаются разными станками и комплектами оборудования, предназначенного для раскроя.

Под раскроем листового металла следует понимать способ распределения деталей на металлических листах.

По форме заготовки могут быть прямоугольными или с другими очертаниями. Основной задачей конструкторов и технологов является уменьшение количества отходов производства. Существуют возвратные и невозвратные отходы, причем их объемы зависят от применяемых методов раскроя.

Наиболее распространенные способы раскроя металла

1. Метод гильотины.

Сегодня на рынке представлено разнообразное оборудование, позволяющее резать металл толщиной 0,45–2,5 мм с помощью простого металлического устройства, для резки листов до 20 мм применяются электрические или пневматические гильотинные ножницы. Подобное оборудование позволяет получать заготовки с чистым ровным резом, но необходимо подбирать гильотинные ножницы определенного класса под разную толщину металла.

Например, недорогая механическая гильотина применяется при раскрое листов металла в строительной отрасли. Ее используют в компаниях, занимающихся производством кровли из оцинкованных листов или металлочерепицы, откосов, сливов, различных доборных элементов.

Различные виды гидравлических, пневматических и электромеханических гильотин находят применение в технологических циклах изготовления листового проката, для отрезания одинаковых листов профиля и при раскрое рулонов из металла. Только нужно учитывать, что гильотина может отрезать исключительно по прямой линии.

2. Резка с помощью ленточных и дисковых пил.

3. Обработка на просечном прессе.

Просечные прессы, имеющие разную мощность, устанавливают в цехах металлообработки промышленных предприятий. Их применяют для выпуска деталей из алюминия для монтажа металлоконструкций или на завершающем этапе производства просечно-вытяжных листов.

4. Газокислородное оборудование для резки.

Высокая производительность этого оборудования делает его одним из самых популярных видов, используемых при раскрое металлических листов. Оно находит применение в большинстве промышленных отраслей, однако режет лист с излишне широким резом, оставляя окалину и неровные края. Также его нельзя применять для резки тонкого листового проката.

Вышеперечисленные методы обладают общим свойством – они одинаково обрабатывают черный и цветной металлы, а также нержавейку. Исключением можно считать обработку алюминиевых листов газокислородным оборудованием.

5. Использование плазмореза при раскрое металлопроката.

При раскрое с помощью плазмореза происходит интенсивное нагревание листа электродугой по линии реза и удаление расплавленных частиц потоком плазмы. Высокотемпературная резка металла осуществляется режущим потоком ионизированного газа (в пределах +15 000…+30 000 °С) и поэтому имеет высокую скорость обработки. Этот метод раскроя металла является самым эффективным.

Высокая точность – это не единственное достоинство работы плазмореза, перечислим еще несколько:

с его помощью можно проводить раскрой сложных деталей, включая шаблонную резку;
при обработке лист металла не деформируется;
точность контуров у изделий одного типа, допустимое отклонение линии реза – 0,5 мм;
метод относится к экологичным и безопасным;
плазморезом можно обрабатывать черный и цветной металл, нержавейку разной толщины.

Плазменную резку применяют при обработке таких материалов, как:

алюминиевый прокат, имеющий толщину до 120 мм;
медь и сплавы (бронза) с толщиной до 80 мм;
легированная сталь, не превышающая 50 мм в толщину.

6. Лазерное оборудование для раскроя листового металла.

Лазерное излучение с точной фокусировкой и высокой плотностью тепловой энергии обеспечивает высокоточный раскрой металла, при этом остается минимальное количество отходов. Технология полностью автоматизирована и роботизирована. Перед работой специалисты подготавливают электронный чертеж с точной разметкой, и далее лазер выполняет раскрой металла согласно заложенной программе.

Лазерная резка имеет нижеперечисленные преимущества:

возможность изготовления деталей с любым криволинейным контуром;
соблюдение норм раскроя и экономный расход металла, так как между деталями на листе остаются минимальные зазоры;
во время резки детали не подвергаются деформации, так как отсутствуют механическое и длительное термическое воздействия, нет цветов побежалости;
шероховатость минимальная, кромка четко перпендикулярна.

Что значит норма раскроя металла

Что такое норма расхода? Четкая и точная формулировка звучит так: «Это такое количество материала (нас интересует прежде всего металл), которое необходимо для создания единицы продукции».

Итак, чтобы производитель выпустил любую деталь, он должен рассчитать норму расхода или количество металла для ее изготовления.

Иногда можно встретиться с одним очень распространенным заблуждением. Часто заказчики рассчитывают на точную норму расхода, чего в принципе не может быть. Количество реально израсходованного металла всегда будет отличаться в большую сторону.

Здесь нет никакого обмана. В любом случае надо понимать, что на расчет нормы раскроя металла влияет множество факторов, и эти цифры всегда будут среднеарифметическими. Расчетная величина не будет соответствовать фактическому количеству материала по той причине, что в разное время его расход отличается. Это легче объяснить на примере раскроя из листов металла. Даже если вы никогда не сталкивались с производством, нетрудно догадаться, что существует множество вариантов разметки, и на одном и том же стандартном листе детали можно разместить по-разному.

В этой задаче не так просто разобраться. Очень часто бывает, что на листе могут быть разложены детали самой разной формы, и как тут высчитать, какое количество металла пошло на изготовление конкретного изделия. Мы не берем сейчас тот вариант, когда заготовки имеют простую форму прямоугольника и занимают почти весь лист. Можно много рассуждать на эту тему, главное, вы должны понять, что на величину нормы расхода на одну деталь оказывают влияние следующие факторы:

количество заготовок, разложенных на листе, и насколько оптимально они разложены;
будет ли использоваться оставшаяся часть листа для раскроя других деталей.

В разных ситуациях значения могут сильно различаться, даже в несколько раз, особенно если требуется раскрой деталей сложной формы, с выемками и отверстиями.

Расчет нормы при раскрое деталей из профильного металла, например, различные уголков, швеллеров, труб и других изделий, происходит по такому же принципу. Только отличие в значениях не так велико. Ведь при линейном раскрое технология проще, чем при двухмерном. Но и здесь раскладка может меняться, и обрезков бывает достаточно много.

Некоторым особо дотошным любителям точности можно еще указать на нормы ГОСТов, в которых можно увидеть, что существуют определенные допуски и отклонения в размерах и весе деталей каждого наименования. А фактически, если начать перемерять все детали одного типа даже с одного производства, то разницу все равно увидим и в размерах, и в весе. Также не следует забывать о точности измерительных приспособлений. Это касается в первую очередь весов для измерения металла.

Исходя из этого, можно быть совершенно уверенным в том, что, выполняя в соответствии с чертежом раскрой одной и той же детали в разное время, цифры фактического количества металла будут отличаться друг от друга. Дальше уже надо смотреть, как сильно расходятся значения. Нестрашно, если речь идет о допустимых погрешностях измерения. Но нужно учитывать, что влияние оказывают разные факторы, например, тип производства.

О норме расхода можно сказать, что это не характеристика какого-то конкретно произведенного изделия или заготовки, оно относится к общим понятиям. Норматив можно установить еще до момента запуска производства любой детали. Поэтому и нельзя говорить о какой-то абсолютной точности расхода при раскрое металла. Эта величина всегда будет отражением средних значений расходования металла на одну изготовленную деталь.

Коэффициент раскроя металла: норма и другие нюансы

Для учета расходования материалов на производстве используют коэффициент раскроя. Для его расчета нужно разделить общую площадь или длину изготовленных деталей на общую площадь или длину всего использованного металла.

Для расчета норм расхода листовых материалов высчитывают чистую площадь деталей. Вместе с коэффициентом раскроя при Н. р. м. применяют следующие частные показатели: коэффициент использования детали, показатель использования штамповки и др.

На коэффициент Кн влияет выбранная форма заказа металла и использованная технология раскроя.

Расчет различных показателей и норм расхода металла и других расходных материалов необходим для оценки эффективности производства. Всегда определяют и сравнивают цифры по плану и по факту. Основными характеристиками являются значения коэффициентов раскроя и использования, расходного коэффициента выхода продукции или заготовки, коэффициента, определяющего извлечение детали из исходного металла.

При вычислении коэффициента использования берут две цифры − полезный расход металла и норму расхода для производства данной детали − и определяют их соотношение.

К примеру, деталь весит 16 кг, установленная норма раскроя 16 кг, высчитываем значение коэффициента использования – 12 делим на 16, получится 0,75. Из этого становится понятно, что четвертая часть металла или 25 % стали отходами. Также необходимо высчитывать значение расходного коэффициента, для этого берут норму расхода металла или другого материала, принятую для изготовления одной детали, и полезный расход. Этот коэффициент является обратным предыдущему.

Чтобы вычислить значение коэффициента раскроя, нужно определить массу (объем, площадь и длину) всех изготовленных из данного металла деталей и поделить на объем (площадь и т. д.) израсходованного сырья. Например, взято 5 м 2 металла, из него произвели 4 м 2 заготовок, значение коэффициента 0,8 получим из отношения 4 к 5. Также можно сказать, что уровень расходования составил 80 %.

Чтобы рассчитать значение коэффициента раскроя листов металла qf, нужно найти, как соотносятся между собой общий вес (площадь) деталей BЗ и вес (площадь) исходного листа Вл, формула выглядит так

Для расчета коэффициента раскроя определяют отношение двух величин: первая − полезная площадь используемого сырья, вторая – норма площади для этого количества заготовок.

Задание на изготовление выдается в виде подетальных карт с разметкой всех деталей. Материалы могут быть различные: листы из металла, профиль, пруток, трубы, поковки и отливки, а также пиломатериалы и пластмассы. В отдельном порядке на особых картах определяют разметку для изготовления изделий групповым раскроем.

Карта раскроя представляет собой план-заказ с указанием:

размеров листовых материалов, наиболее подходящих для вырубки данных деталей;
габаритов всех будущих деталей, при этом учитываются припуски на обработку;
количества и веса изделий, веса и характера отходов, а также нормы расхода материалов и коэффициента использования.

Исходя из данных, представленных в подетальных картах, в дальнейшем рассчитывается месячная потребность участков и цехов в материале, составляются цеховые поузловые материальные карты и цеховые карты применяемости материала.

Читайте также: