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.

Обработка металлических и иных поверхностей с помощью стала неотъемлемой частью повседневной жизни в индустрии. Многие технологии видоизменились, некоторые упростились, но суть осталась прежняя – правильно подобранные режимы резания при токарной обработке обеспечивают необходимый результат. Процесс включает в себя несколько составляющих:

• мощность;
• частота вращения;
• скорость;
• глубина обработки.

Ключевые моменты изготовления

Существует ряд хитростей, которых необходимо придерживаться во время работы на токарном станке:

• фиксация заготовки в шпиндель;
• точение с помощью резца необходимой формы и размера. Материалом для металлорежущих основ служит сталь или иные твердосплавные кромки;
• снятие ненужных шаров происходит за счет разных оборотов вращения резцов суппорта и непосредственно самой заготовки. Иными словами, создается дисбаланс скоростей между режущими поверхностями. Второстепенную роль играет твердость поверхности;
• применение одной из нескольких технологий: продольная, поперечная, совмещение обеих, применение одной из них.

Виды токарных станков

Под каждую конкретную деталь используется тот или иной агрегат:

• винторезно-токарные: группа станков, пользующихся наибольшей востребованностью при изготовлении цилиндрических деталей из черных и цветных металлов;
• карусельно-токарные: виды агрегатов, применяемых для вытачивания деталей. Особенно больших диаметров из металлических заготовок;
• лоботокарный станок: позволяет вытачивать детали цилиндрической и конической форм при нестандартных габаритах заготовки;
• : изготовление детали, заготовка которой представлена в виде калиброванного прудка;
• – числовое программное управление: новый вид оборудования, позволяющий с максимальной точностью обрабатывать различные материалы. Достичь подобного специалисты могут с помощью компьютерной регулировки технических параметров. Точение происходит с точностью до микронных долей миллиметра, что невозможно увидеть или проверить невооруженным глазом.

Подбор режимов резания

Режимы работы

Заготовка из каждого конкретного материала требует соответствия режима резки при токарной обработке. От правильности подборки зависит качество конечного изделия. Каждый профильный специалист в своей работе руководствуется следующими показателями:

• Скорость, с которой вращается шпиндель. Главный акцент делается на вид материала: черновой или чистовой. Скорость первого несколько меньше, нежели второго. Чем выше обороты шпинделя, тем ниже подача резца. В противном случае плавление металла неизбежно. В технической терминологии это называется «возгорание» обработанной поверхности.
• Подача – выбирается в пропорциональном соотношении со скоростью шпинделя.

Резцы подбираются исходя из вида заготовки. Выточка с помощью токарной группы самый распространенный вариант, несмотря на наличие иных видов более совершенного оборудования.

Это обосновывается невысокой стоимостью, высокой надежностью, длительным сроком эксплуатации.

Как вычисляется скорость

В инженерной среде расчет режимов резания исчисляют с помощью следующей формулы:

V = π * D * n / 1000,

V – скорость резки, исчисляемая в метрах за минуту;

D – диаметру детали или заготовки. Показатели следует преобразовать в миллиметры;

n – величина оборотов за минуту времени обрабатываемого материала;

π – константе 3,141526 (табличное число).

Иными словами, скорость резания это тот отрезок пути, который проходит заготовка за минуту времени.

Например, при диаметре 30 мм скорость резки будет равна 94 метра за минуту.

При возникновении необходимости вычислить величину оборотов, при условии определенной скорости, применяется следующая формула:

N = V *1000/ π * D

Эти величины и их расшифровка уже известны по предыдущим операциям.

Дополнительные материалы

Во время изготовления, большинство специалистов руководствуются в качестве дополнительного пособия, приведенными ниже показателями. Таблица коэффициента прочности:

Коэффициент прочности материала:

Коэффициент стойкости резца:

Третий способ вычисления скорости

• V фактическое = L * K*60/T резания;
• где L – длина полотна, преображенная в метры;
• K – количество оборотов за время резания, исчисляемое в секундах.

Например, длина равна 4,4 метра, 10 оборотов, время 36 секунд, итого.

Скорость равна 74 оборота в минуту.

Видео: Понятие о процессе резания

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.

Основной принцип действия фрезерного станка с ЧПУ

Фрезерование заготовок происходит при взаимодействии режущего инструмента с материалом. Степень вхождения зубьев фрезы в материал зависит от угла заострения. Чем меньше угол - тем меньше сила резания.

Выбор диаметра фрезы определяется шириной и глубиной фрезерования. Оба параметра задаются в чертежах и соответствуют размеру заготовки. При необходимости изготовления нескольких заготовок, параметры умножаются на число необходимых деталей.

Во время работы на фрезерных станках с ЧПУ фреза осуществляет вращательные движения, постепенно снимающие необходимые слои материала с заготовки, которая, в свою очередь совершает поступательное движение относительно фрезы. В зависимости от конструкции станка, либо стол движется в отношении фрезы, либо фреза во втором - фреза в отношении стола.

В процессе производства задействованы два элемента - фреза и заготовка. Однако все манипуляции производятся фрезой. Управление осуществляется при помощи компьютера или другого вычислительного устройства.

Основные режимы

Фрезерные станки имеют несколько основных режимов работы, параметры которых регулируются в зависимости от материала. Основные режимы работы включают в себя: раскрой, выборку и гравировку.

Обозначенный режим работы используется для нарезания заготовок и придания изделию форм. Работа в этом режиме выполняется с использованием спиральной 1-заходной или 2-заходной фрезы.

Гравировка включает в себя нанесение на поверхность материала рисунков или надписей с использованием гравера.

Выбор фрезы

Для успешной работы необходимо правильно выбрать фрезу. Выбор фрезы определяется двумя параметрами - глубиной и шириной фрезерования режущей поверхности. Обычно эти параметры указываются в чертежах для заготовок и зависят от планируемого размера деталей.

Глубина резанья - показатель, определяющий толщину материала, снимаемого фрезой на один проход. При обработке твёрдых материалов фреза совершает несколько проходов, тогда поверхность материала получается более гладкой. Тем не менее, при небольшой глубине фреза производит всего один проход. Ширина фрезерования - измеряется размером заготовки. Оба параметра задаются в чертежах.

Под скоростью резания понимается путь, который проходит фреза во время работы в течение одной минуты. Путь принято обозначать в метрах. Оптимальная скорость рассчитывается исходя из дины окружности фрезы и количества зубьёв. Общую длину окружности фрезы умножают на число её зубьев и количество совершаемых оборотов в минуту. Для получения метрического результата полученное значение необходимо разделить на 1000, по количеству миллиметров в метрах.

Оптимальную скорость для разных материалов определяют согласно справочным таблицам. Скорость резки во время работы станка зависит от надёжности фрезы, поэтому в таблицах приводятся максимально допустимые значения оборотов станка, при которых невозможно повреждение фрезы.

Перемещение шпинделя

Фреза передвигается в трёх направлениях, согласно координатной оси, где X - соответствует поперечному перемещению шпинделя, Y - продольному, а Z - вертикальному направлению.

Основные параметры резания - скорость подачи и вращения шпинделя. Подача в одну минуту означает величину перемещения, совершаемую шпинделем за одну минуту. Эта величина измеряется в миллиметрах. Её рассчитывают исходя из количества зубьев фрезы и оборотов, совершаемых в минуту. Таким образом подача в одну минуту равна подаче на один зуб фрезы, умноженной на число зубьев и оборотов в минуту.

Выбор режима работы

Выбор режима обработки зависит от материалов, мощности станка, и скорости обработки. Чем выше мощность станка, тем выше скорость получения детали, что отражается на интенсивности производства. Но слишком высокая скорость снижает качество обработки, поэтому выбор скорости определяется свойствами материала и наличием системы охлаждения станка и уборки стружки, а также тип фрезы. Основные данные относительно скоростей и глубины подачи резания и фрезеровки содержатся в прилагающихся таблицах. В таблице указываются максимально допустимые значения для обозначенных видов материалов, поскольку значение, превышающее обозначенное число может привести либо к порче фрезы, либо заготовки.

Технологические процессы обработки металлов путем снятия стружки осуществляются режущими инструментами на с целью придания деталям заданных форм, размеров и качества поверхностных слоев.

Для получения поверхности заданной формы заготовки и инструменты закрепляют на металлообрабатывающих станках, рабочие органы которых сообщают им движения нужной траектории с установленной скоростью и силой.

Определение рационального режима резания металла

Любой вид такой обработки, как резка металла, характеризуется режимом резания металлов, представляющим собой совокупность следующих основных элементов: скорость резания, глубина резания и подача .

Назначенный для обработки заготовки режим резания определяет основное технологическое время на ее обработку и соответственно производительность труда. Работа резания переходит в тепло. Со стружкой уходит 80 % тепла и более, остальное распределяется между резцом, заготовкой и окружающей средой. Под влиянием тепла изменяются структура и твердость поверхностных слоев резца и его режущая способность, изменяются также и свойства поверхностного слоя заготовки.

Режимы резания для каждого случая могут быть рассчитаны по эмпирическим формулам с учетом свойств обрабатываемого материала, установленной нормативами стойкости резца, его геометрии и применяемого охлаждения, а также с учетом точностных параметров обработанной заготовки, особенностей станочного оборудования и оснастки. Назначение режимов резания начинают с определения максимально допустимой глубины резания , затем определяют допустимую подачу и скорость резания .

Глубина резания - толщина снимаемого слоя металла за один проход (расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали).

Скорость резания - скорость инструмента или заготовки в направлении главного движения, в результате которого происходит отделение стружки от заготовки, подача - скорость в направлении движения подачи. Другими словами, это путь, пройденный в минуту точкой, лежащей на обрабатываемой поверхности относительно режущей кромки резца. Например, при точении скоростью резания называется скорость перемещения обрабатываемой заготовки относительно режущей кромки резца (окружная скорость).

Когда определена скорость резания, можно определить частоту вращения шпинделя (об/мин).

По рассчитанным силе резания и скорости резания определяют мощность , необходимую на резание.

В зависимости от условий резания стружка , снимаемая режущим инструментом в процессе резания материала, может быть элементной, скалывания, сливной и надлома.

Характер стружкообразования и деформации металла рассматривается обычно для конкретных случаев, в зависимости от условий резания; от химического состава и физико-механических свойств обрабатываемого металла, режима резания, геометрии режущей части инструмента, ориентации его режущих кромок относительно вектора скорости резания, смазывающе-охлаждающей жидкости и др. Деформация металла в разных зонах стружкообразования различна, причем она охватывает также и поверхностный слой обработанной детали, в результате чего он приобретает наклёп и возникают внутренние (остаточные) напряжения, что оказывает влияние на качество деталей в целом.

В результате превращения механической энергии, расходуемой при обработки металлов резаньем, в тепловую возникают тепловые источники (в зонах деформации срезаемого слоя, а также в зонах трения контактов инструмент - стружка и инструмент - деталь), влияющие на стойкость режущего инструмента (время работы между переточками до установленного критерия затупления) и качество поверхностного слоя обработанной детали. Тепловые явления вызывают изменение структуры и физико-механических свойств как срезаемого слоя металла, так и поверхностного слоя детали, а также структуры и твёрдости поверхностных слоев режущего инструмента.

Процесс теплообразования зависит также от условий резания. Скорость резания и обрабатываемость металлов резанием существенно влияют на температуру резания в зоне контакта стружки с передней поверхностью резца. Трение стружки и обрабатываемой детали о поверхности режущего инструмента, тепловые и электрические явления при обработке металлов резанием вызывают его изнашивание. Различают следующие виды износа : адгезионный, абразивно-механический, абразивно-химический, диффузионный, электродиффузионный. Характер изнашивания металлорежущего инструмента является одним из основных факторов, предопределяющих выбор оптимальной геометрии его режущей части. При выборе инструмента в зависимости от материала его режущей части и др. условий резания руководствуются тем или иным критерием износа.

Значительное влияние на обработку металов резанием оказывают активные смазочно-охлаждающие жидкости , при правильном подборе, а также при оптимальном способе подачи которых увеличивается стойкость режущего инструмента, повышается допускаемая скорость резания, улучшается качество поверхностного слоя и снижается шероховатость обработанных поверхностей, в особенности деталей из вязких жаропрочных и тугоплавких труднообрабатываемых сталей и сплавов.

Эффективность обработки металлов резанием определяется установлением рациональных режимов резания, учитывающих все влияющие факторы. Повышение производительности труда и уменьшение потерь металла (стружки) при обработки металлов резанием связано с расширением применения методов получения заготовок, форма и размеры которых максимально приближаются к готовым деталям. Это обеспечивает резкое сокращение (или исключение полностью) обдирочных (черновых) операций и приводит к преобладанию доли чистовых и отделочных операций в общем объёме обработки металлов резанием.

Дальнейшие направления развития обработки металлов резанием

К дальнейшим направлениям развития обработки металлов резанием можно отнести:

• интенсификация процессов резания,
• освоение обработки новых материалов,
• повышение точности и качества обработки,
• применение упрочняющих процессов.