Способ резки заготовок Советский патент 1982 года по МПК B23K7/08 

(54) СПОСОБ РЕЗКИ ЗАГОТОВОК

1

Изобретение относится к термической резке металлов и может быть использовано в тяжелом машиностроении, а именно в металлургии и в нефтехимическом машино.строении, преимущественно при механизированной газокислородной резке металлов больших толщин, при резке прибылей крупных стальных отливок, поковок и других заготовок, имеющих на разрезаемой поверхности слой «пригара формовочных смесей, окалины и др. включений. При механизированной газокислородной резке крупных заготовок (поковок, слитков и отливок массой от нескольких тонн до 1000 и более и имеющих разрезаемые толщины от 400 мм до 2600 мм)- значительные трудности для процесса резки вызывает наличие на поверхности заготовок слоя окалины или «пригара формовочных смесей.

Для заготовок, подвергаемых термообработке-отжигу, нормализации, нагреву под ковку или прокатку, толщина, слоя окалины окисленного железа может достигать 8-12 мм, а для отливок часты случаи образования «пригара на их поверхности, состоящего из смеси металла и формовочных песков.

Удаление с поверхности заготовок таких наслоений - процесс трудоемкий, длительный и сложный, выполняемый в основном вручную. Наличие такого слоя затрудняет нагрев заготовки подогревающим пламенем 5 резака, кроме того, струя кислорода, попадая на окалину или «пригар, изменяет свое направление, что вызывает изменение режимов процессарезки, а следовательно, и снижение производительности и качества процесса резки.

Известен способ газовой резки металла, при котором с внешней стороны подогревающего пламени резака, концентрично ему (пламени), подают потоки сжатого воздуха и воды. Этот способ обеспечивает некоторую 15 локализацию тепла непосредственно вокруг пламени и резака путем интенсивного охлаждения металла потоками сжатого воздуха и воды 1 .

Однако данным способом невозможно удалить с поверхности разрезаемого металла

20 слой окалины или «пригара.

Известен способ разделения проката, при котором для интенсификации разделения производят охлаждение поверхности путем создания термического удара 2 и 3. Однако производительность и качество процесса при этом недостаточно -высоки, так как достигается лишь небольшой перепад температуры. Цель изобретения - повышение производительность процесса резки за счет «термического удара в зоне резки, вызывающего интенсивное разрушение разрезаемого материала. Поставленна я цель достигается тем, что согласно способу резки заготовок, преимущественно термической резки, при котором поверхность заготовки поочередно нагревают и охлаждают и производят разделение заготовки, поверхность заготовки нагревают до 1400-1500°С и охлаждают до , при этом охлаждение производят в течение 0,3-6 с с интервалом между охлаждениями, равным 0,5-1 от времени каждого охлаждения. Способ резки осуществляют следующим образом. Поверхность заготовки нагревают смесью горючего газа с кислородом и подают струю режущего кислорода. При этом на поверхность периодически подают поток охладителя, например воды. В процессе газокислородной резки круп.ной заготовки, например прибыльной части отливки, имеющей диаметр прибыли в месте реза 800-1000 мм, по фронту полости реза, перед резаком за счет теплоты от сгорания металла в кислороде имеется слой металла до 1 - 1,5 мм нагретый до температуры, равной температуре плавления металла (для стали примерно 1500°С) до 1000-1100°G, т. е. до температур пластических деформаций При этом вся прибыль остается практически при температуре окружающей среды, т. е. почти не расширявшейся от нагрева. Металл, нагретый до высоких температур расширился бы, если бы этому не препятствовал остальной металл, нагретый до температур окружаюшей среды. Поэтому зона металла, нагретого до 1500°С, подвергается пластической деформации, величина которой определяется коэффициентом объемного расширения металла. Имеющиеся на поверхности заготовки наслоения (окалина, пригар и т. д., т. е. 45 неметаллические материалы имеют более низкие теплофизические свойства (коэффициенты теплопередачи, теплопроводности и расширения), что вызывает как бы «сдвиг поверхностей металла и неметалла друг относительно друга. При подаче на эти поверхности струй охладителя обеспечивается интенсивное охлаждение поверхности наслоений и поверх-, ности металла, что увеличивает относительный «сдвиг этих поверхностей, а следова-55 тельно, и отделение наслоений от поверхности металла. Такое интенсивное охлаждение после нагрева или «термический удар с перепадом температур (при охлаждении жидкими гааами), например в 1500-1700°С, способствует созданию термических напряжений не только в заготовке, но и в самих поверхностных наслоениях (в окалине, пригаре и т. д.), что также пособствует интенсивному разрушению поверхностного слоя обрабатываемого изделия. Интенсивное удаление поверхностных наслоений на металле от совместного воздействия процесса резки (нагрев подогревающим пламенем резака и нагрев от процесса резки, т. е. сгорание металла в струе кислорода) и воздействия охладителя, подаваемого через форсунки, обеспечивает повышение производительности и качества процесса резки за счет отсутствия возмушеНИИ для режущей струи кислорода, за счет улучшения прогрева кромок реза подогреваюшим пламенем резака. Длительность цикла нагрева и охлаждения, как показали практика, наиболее целесообразна для разных марок сталей, а особенно для разных толщин окалины и характера «пригара выдерживать разной величины. Исследованиями установлено, что процесс образования и оттока жидкого расплава на поверхности реза носит волновой характер, определяемый физико-химическими и газодинамическими параметрами процесса. Для металла толщиной 20 мм длительность цикла составляет 0,2 с и длительность образования и оттока жидкого расплава обратно пропорциональна скорости резки. Резка металла больщих толщин характеризуется применением низких скоростей резки, так для толщины ШОООмм, средняя скорость резки равна 50 мм/мин, т. е. 0,83 мм/с. При скорости течения жидкого расплава в полости реза, равной 2 м/с и толщине металла 1000 мм время ударения расплава составит 0,5 с, а время образования расплава 0,82--0,5 0,32 с. В зависимости от стедени легирования материалов заготовок их теплофизические свойства будут различными, а следовательно будет различной величина зоны нагретого металла, где происходят пластические деформации и где наблюдается наибольшая концентрация термических напряжений. Для возможности резки различных материалов изобретением предлагается подачу охладителя форсункой подавать под углом от 5 до 20° к оси струи режущего кислорода в зависимости от теплофизических свойств материала. Пример. Срезают прибыль отливки станины прокатного стана, имеющую диаметр месте реза, равный 1000 мм, материал - СТ35Л1П. Удаление такой прибыли производят с минимальным остатком величиной до 30-

50 мм, т. е. линия реза проходит почти у тела отливки в тех местах, где наиболее часто образуется «пригар. Процесс резки наиболее целесообразно выполнять механизированной газокислородной резкой с применением природного газа.

В первой операции устанавливают резак на перемещение по предполагаемой линии реза; во второй операции устанавливают форсунку для подачи охладителя в зону реза и с помощью насоса и регулируемого клапана задают режим работы насоса, время прекращения подачи охладителя равно времени его подачи, т. е. 0,8 с.

Третья операция - зажигание и регулировка необходимой мощности резака, что производят как и обычно, согласно режимам резки резаками с внутрисопловым смещением (расход режущего кислорода до , подогревающего кислорода до 80 , природного газа до 48 , что обеспечивает скорость резки около 45,0 мм/мин).

Четвертая операция - подогрев и начало резки выполняют также как и обычно, при механизированной газокислородной резке для ускорения начала резки применяют дополнительный пруток.

Пятая операция - периодическая подача в зону реза через форсунку, насос и регулируемый клапан охладителя, на поверхность, где есть окалина или «пригар, что выполняется форсункой, установленной под углом 15°.

Следующая операция - ведение процесса резки периодически с совместной подачей охладителя. Скорость резки при этом выдерживают в пределах 65-75 мм/мин, что на 30-35% выще оптимальной обычной механизированной газокислородной резки. Повыщение качества и производительности в среднем на 30% объясняется тем, что процесс резки ведется по очищенной поверхности реза, режущая струя не отклоняется и возможно выдерживать оптимальный режим резки для данной толщины, что ведет к экономии зарплаты, материалов и затрат на амортизацию оборудования.

Формула изобретения

Способ резки заготовок, преимущественно термической резки, при котором поверхность заготовки поочередно нагревают и охлаждают и производят разделение заготовки, отличающийся тем, что, с целью повыщения производительности и качества реза путем создания в процессе резки термического удара, поверхность заготовки нагревают до 1400-1500°С и охлаждают до 20-30°С, при этом охлаждение производят в течение 0,3-6 с с интервалом между охлаждениями, равным 0,5-1 от времени каждого охлаждения.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

№ 471168, кл. В 23 27/00, 1973 (прототип).