CC BY
18
SCIENCE TIME
■
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ
Кузнецов Никита Евгеньевич, Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета, г. Юрга
E-mail: nikita.kuznetsov42@mail.ru
Аннотация. В данной статье рассматривается оптимизация режимов автоматизированной плазменной резки конструктивных металлов для низкоуглеродистой стали Ст3. Так же в работе выявлено влияние скорости реза стали Ст3 толщиной 3мм и рекомендации к технологическим параметрам для её резки.
Ключевые слова: плазменная резка, плазматрон, скорость резки, качество реза, величина грата.
Введение
Современное развитие мировой промышленности характеризуются повышением требований к качеству продукции и снижению сроков ее изготовления [1].
Резка деталей является важным технологическим процессом, который в значительной степени определяет качество и сроки изготовления, как деталей, так и сварных конструкций [2].
Среди всех видов резки металлов наибольший интерес представляет плазменная разделительная резка. Данный способ является одним из наиболее производительных процессов, обеспечивающих получение качественной продукции из всех материалов, используемых в современной промышленности
[2, 3].
Сущность процесса заключается в локальном интенсивном расплавлении разрезаемого металла в объеме полости реза теплотой, генерируемой сжатой дугой, и удалении жидкого металла из полости высокоскоростным потоком, вытекающим из канала сопла плазматрона [4].
Главным показателем производительности труда при плазменной резке является скорость резки. Для того чтобы осуществить плазменную
| SCIENCE TIME Щ
разделительную резку металла, необходимо расплавить определенный объем материала вдоль предполагаемой линии реза и удалить его из полости реза скоростным потоком плазмы.
Оптимизация скорости, как технологического параметра, направлена на обеспечение таких критериев обработки как отсутствие грата на нижней кромке реза, достижение его перпендикулярности, минимизация оплавления на верхних кромках [1].
При плазменной резке на размеры грата оказывает влияние ряд технологических факторов: скорость резки и сила тока.
Цель работы и задачи. В результате была поставлена цель работы: исследовать влияние режимов и силы тока на качество, точность реза, процесс гратообразования на нижней кромке разрезаемого металла и морфологию поверхности.
Основная часть
Для определения оптимальных режимов плазменной резки материалов были проведены ряд экспериментальных исследований. В качестве оборудования использовался координатный стол, синхронизированный с установкой плазменной резки Hypertherm 80A. В качестве материала использовалась низкоуглеродистая сталь обыкновенного качества Ст3 толщиной 3мм. Величина тока варьировалась в пределах от 40 до 50 А. Увеличение тока свыше данного диапазона считается не целесообразным по технико-экономическим показателям.
Для обработки экспериментальных данных была принята определенная технологическая схема выполнения экспериментов. Бралась пластина материала и с различной скоростью, и при различном значении тока осуществлялась плазменная разделительная резка по прямой линии (рис. 1).
Линия резки материала
I
Рис. 1 Схема проведения экспериментальных исследований
Полученные экспериментальные образцы (рис.2) оценивались в соответствии со стандартом качества для термических методов резки геометрия поверхности реза (волнистость и шероховатость), а также наличие и размер грата на нижней кромке реза [3].
| SCIENCE TIME Щ
Рис. 2 Образцы: а) лицевая сторона; б) оборотная сторона
Изучение процессов гратообразования на нижней кромке реза при различных скоростях реза и величине тока (табл.1) показало на отсутствие данного дефекта в существенной мере. При этом стоит отметить что наименьшее высота и ширина грата наблюдается при токе 40А и скорость резки 1500 и 1700 мм/мин. при этом незначительно образующийся грат легко отделим от кромок реза. Увеличение величина грата что объясняется «смягчением» газодинамических потоков в зоне реза.
Дальнейшее рассмотрение морфологии поверхности реза целесообразно рассматривать на силе тока 40 А, но при скоростях резка 1500 и 1700 мм/мин. Внешний вид поверхности реза стали при различных скоростях обработки показан на рис.3.
Если на скорости У=1500мм/мин морфология поверхности реза относительно однородна, то с увеличением скорости до У=1700 мм/мин на поверхности реза появляется рельеф, характерный для термических методов резки. Рельеф представляет собой совокупность следов от мгновенных положений потоков продуктов расплава из зоны реза. Увеличение скорости обработки вносит ограничения в развитие газодинамических потоков, участвующих в удалении продуктов расплава с поверхности реза.
| SCIENCE TIME Щ
Таблица 1
Экспериментальные данные
Материал Толщина, мм Сила тока, А Скорость резки, мм/мин Ширина реза, мм Высота грата, мм
900 2,3 2,0
1100 2,3 1,7
1300 2,3 1,7
40 1500 2,2 1,3
1700 2,1 1,3
1900 2,0 1,8
800 2,8 1,9
1000 2,8 1,9
1200 2,7 2,1
Ст3 3,0 1400 2,5 1,9
1600 2,5 1,8
50 1800 2,4 2,1
2000 2,4 2,1
Морфология поверхности реза: а) У=1500м/мин; б) У=1700м/мин
Вывод
В результате проведенных исследований установлено, что для низкоуглеродистой стали обыкновенного качества Ст3 при толщине 3 мм, целесообразно применять технологические параметры: сила тока 40А, скорость резки 1500мм/мин.
Литература:
1. Казаков С.И. Сварка плавлением и термическая резка металлов: учебное пособие. Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2014.
2. Быховский Д. Г. Плазменная резка. Л.: Машиностроение, 2001.
3. Ширшов И. Г., Котиков В. Н. Плазменная резка. М.: Машиностроение, 1987.
