СПОСОБ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2002 года по МПК B23H5/04 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к электрическим методам обработки, и может быть использовано при разделительных операциях.

Известны способы резки ручной электрической машиной, например ИЭ-2011[1] . Машина предназначена для резки заготовок вручную в нестационарных условиях. Основной недостаток этого способа заключается в том, что ручная резка указанной машиной неудобна, так как машину массой 6,2 кг ориентировать в пространстве и осуществлять подачу продолжительное время утомительно. Другим недостатком является то, что существует опасность поражения оператора осколками инструмента при его разрушении.

Существует способ электроконтактной обработки, осуществляемый вращающимся дисковым электродом [2]. В данном способе резку проводят за счет приведения дискового электрода во вращение и осуществления его подачи. Глубина реза зависит от силы тяжести инструмента и усилия, приложенного к нему. Недостатком такого способа является наличие следящего устройства за скоростью подачи и усилием прижима.

Задача изобретения - сокращение времени резки и упрощение способа электроконтактной резки.

Поставленная задача решена тем, что в известном способе электроконтактной резки, включающем подачу инструмента и приведение его во вращение, согласно изобретению инструмент устанавливают выше разрезаемого изделия, подачу инструмента осуществляют с постоянным усилием за счет его силы тяжести, при этом в зависимости от величины усилия подачи инструмента G_n определяют угол α наклона линии реза к горизонту по формуле:

где Gn - усилие подачи инструмента;
G_дв.ч. - вес движущихся частей установки.

Усилие подачи инструмента определяют по формуле:

где v_n - скорость резания, м/с;
ρ₃ - плотность материала заготовки, кг/м³;
Н₃ - толщина разрезаемой заготовки, м;
b_д - толщина дискового электрода, м;
с - удельная теплоемкость материала заготовки, Дж/кг•град;
Т_пл - температура плавления материала заготовки, ^oС;
Т_с - температура окружающей среды, ^oС;
q - удельная теплота плавления материала заготовки, Дж/кг;
U - напряжение источника питания, В;
I - сила тока, А;
β₃ - доля энергии разряда, переданная заготовке;
n - число оборотов дискового электрода, об/мин;
r_д - радиус дискового электрода, м;
k_тp - коэффициент трения скольжения.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где изображена схема установки для электроконтактной резки.

Диск пилы 1, закрепленный на валу электродвигателя, установленного на тележку 2, движется к заготовке 3 по направляющим 4, наклоненными к горизонту под углом α, за счет силы тяжести G_т. При этом подача происходит за счет тангенциальной составляющей силы тяжести. Отличительная черта заявленного способа заключается в том, что усилие подачи задают постоянным, зависимым от угла наклона направляющих к горизонту. Для увеличения усилия подачи увеличивают угол наклона и, наоборот, для уменьшения усилия - уменьшают угол наклона.

При резке тележку, на которой расположен электродвигатель с диском - пилой, устанавливают на направляющие выше разрезаемой заготовки и подводят к ней, после чего подают напряжение.

Ниже приведен пример конкретного применения для резки листа из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, длиной 500 см, время резки 19,6 с.

G_дв.ч.=10 кг, r_д=10 см, b_д=1 мм;
для нержавеющей стали 12Х18Н10Т:
ρ₃ =7800 кг/м³, 0,71 Дж/кг•град, Т_пл=1400^oС, q=227 кДж/кг, Н₃=3 мм, U=5 B, I=500 A.

Для вычислений воспользуемся формулой

где β₃ - доля энергии разряда, переданная заготовке;
U - напряжение источника питания, В;
I - сила тока, А;
ΔH_p - удельная энтальпия расплава;
ΔH_o - удельная энтальпия предварительно нагретой заготовки;
b_д - толщина дискового электрода, м;
Н₃ - толщина разрезаемой заготовки, м;
ρ₃ - плотность материала заготовки, кг/м³;
используя некоторые упрощения
ΔH_p≈с•(T_пл-Т_с)+q,
где с - удельная теплоемкость материала заготовки, Дж/кг•град;
Т_пл - температура плавления материала заготовки, ^oС;
Т_с - температура окружающей среды, ^oС;
q - удельная теплота плавления материала заготовки, Дж/кг;
а также учитывая, что появляется тангенциальная составляющая силы тяжести и заготовка предварительно не нагревается, имеем:


Необходимый угол наклона линии реза к горизонту

Заявляемый способ можно осуществить в любых полевых условиях при значительном сокращении затрат времени и энергии по сравнению с прототипом, например, для нержавеющей стали 12Х18Н10Т время резки заготовки длиной 5 м составит всего 19,6 с при угле наклона линии реза 51 градус к горизонту. По прототипу резка проводится в помещениях и затраты времени составляют более минуты.

Источники информации
1. Электрическая отрезная ручная машина. И.Я. Шестаков, Ю.П. Колесников, В. А. Кузьменко. Сборник трудов Сибирской аэрокосмической академии. Красноярск, 1997.

2. Попилов Л.Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов: Справочник - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1982-с. 142.

3. Перспективные материалы, технологии, конструкции: Сб. науч. тр./ Под ред. проф. В.В. Стацуры. - Вып.4. - Красноярск: САА. 1998.-с. 643-648.

Способ может быть использован при разделительных операциях. Инструмент устанавливают выше разрезаемого изделия, подают и приводят его во вращение. Подачу инструмента осуществляют с постоянным усилием за счет его силы тяжести. В зависимости от величины усилия подачи инструмента определяют угол наклона линии реза к горизонту по формуле. Усилие подачи инструмента определяют по формуле в зависимости от скорости резания, свойств материала и размеров заготовки, режимов процесса, размеров дискового электрода и т.п. Способ может быть осуществлен в полевых условиях и позволяет сократить время резки. 1 ил.

Способ электроконтактной резки изделий из металлических материалов, включающий подачу инструмента и приведение его во вращение, отличающийся тем, что инструмент устанавливают выше разрезаемого изделия, подачу инструмента осуществляют с постоянным усилием за счет его силы тяжести, при этом в зависимости от величины усилия подачи инструмента G_n определяют угол α наклона линии реза к горизонту по формуле

где G_n - усилие подачи инструмента;
G_дв.ч - вес движущихся частей установки,
а усилие подачи инструмента определяют по формуле

где v_n - скорость резания, м/с;
ρ_з - плотность материала заготовки, кг/м³;
Н₃ - толщина разрезаемой заготовки, м;
b_д - толщина дискового электрода, м;
с - удельная теплоемкость материала заготовки, Дж/кг•град;
Т_пл - температура плавления материала заготовки, ^oС;
Т_c - температура окружающей среды, ^oС;
q - удельная теплота плавления материала заготовки, Дж/кг;
U - напряжение источника питания, В;
I - сила тока, А;
β_з - доля энергии разряда, переданная заготовке;
n - число оборотов дискового электрода, об/мин;
r_д - радиус дискового электрода, м;
k_тp - коэффициент трения скольжения.