Способы резки металла: современные технологии и виды оборудования

Продольная резка рулонной стали на штрипсы

Если сравнивать отрасли тяжелой промышленности с известной пищевой цепочкой, то металлопрокат окажется на самой ее вершине. Его изделия являются неотъемлемой частью нормального функционирования различных производств этой области – от самых крупных до средних и малых.

Сегодня большинство предприятий запрашивают рулонный материал и штрипс (металлическую полосу, еще не подвергнутую обработке). Поэтому наиболее востребованной является продольная резка рулонной стали.

Современный процесс обработки металла полностью автоматизирован. Для этого используется высокоточное оборудование, позволяющее произвести резку в соответствии с индивидуальными требованиями заказчиков.

Процесс обработки металла на линии резки рулонной стали производится в несколько этапов:

• раскрутка рулона на разматывателе;
• подача стали на дисковые ножницы;
• резка ленты на штрипсы заданной ширины;
• сматывание штрипсов в компактные бухты.

Получившиеся рулоны не требуют особого ухода, их удобно хранить и транспортировать. Такие штрипсы в процессе производства превращаются в различные материалы и приспособления, которые встречаются в повседневной жизни: каркасы, рейки, сайдинги, металлопрофиль и др.

Ключевым инструментом в резке рулонной стали являются дисковые ножницы, которые представляют собой систему из двух параллельных приводных валов – на них установлены дисковые ножи. Расстояние между ними можно менять в соответствии с конкретными требованиями заказчика.

Сталь подается в зону резки и надежно фиксируется между двух уровней ножей. Для того чтобы пошел процесс резки листа на штрипс, верхний вал прижимается к нижнему. Непрерывное синхронное движение обоих рядов дисков обеспечивает постоянную подачу стали.

Для снижения нагрузки на режущие элементы металл размягчают посредством электрического нагревания. Благодаря этому можно использовать не диски, а специальные вальцы из углеродистой стали. В таком случае процесс резки на штрипс называют не разрезанием, а развальцовыванием.

Для продольной резки рулонного металлопроката может быть использовано два вида технологий:

• С помощью агрегата продольной резки. Он состоит из нескольких станций: рельсовый транспортер, станция предварительной обработки, блок разматывания и барабан сматывания готовых изделий, система разгрузки барабана, которая автоматически удаляет отработанные рулоны, блок непосредственной резки и регулятор скорости процесса. Такая технология полностью автоматизирована и отлично подходит для работы в особо крупных масштабах.
• С помощью линии резки рулонной стали. Она включает отсек хранения рулонов, режущий комплекс и систему подачи материала. Такая технология дает наиболее точный результат, поскольку здесь можно задавать как длину, так и ширину готового изделия. Как правило, подобное оборудование устанавливают на крупных или мелких фабриках.

Более точная схема линии выглядит следующим образом:

• разматыватель;
• станок для резки стали на штрипс;
• комплекс дисковых ножей или электромеханическая гильотина (в зависимости от конструкции);
• полутораметровый стол приема готового материала;
• наматыватель (в зависимости от конструкции).

Современная обработка металла на линии резки рулонной стали полностью автоматизирована. Для регулирования процесса оператору достаточно выбрать нужную программу на пульте управления. Причем получить нужную длину и ширину прокатного металла можно не только из различных видов стали (электротехнической, оцинкованной, с полимерным покрытием), но и из цветных сплавов толщиной 0,3–1,5 мм (алюминия, меди, цинка или титана).

Одной из разновидностей продольной резки является разрезание длинномерного материала.

Длинномерный прокат, как листовой, так и арматурный, требует особой технологии обработки и соответствующего технического оснащения. Это связано, прежде всего, с большим объемом материала.

Оборудование для резки листового длинномерного металла состоит из следующих блоков: разматывателя, на который устанавливается рулон из стали, устройства подачи материала, отсека для резки и принимающего механизма. С помощью таких агрегатов можно осуществлять как продольную, так и поперечную резку длинномеров, но конструкция и технология будут несколько отличаться.

Физические и химические основы электроэрозии

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) — это технология, которая позволяет разрушать поверхность металлических изделий с помощью электрических разрядов. Явление электрической эрозии основано на разрушении электродов под действием электрического тока, пропускаемого через электроды. Технология была изобретена советскими инженерами и учеными Б. Лазаренко и Н. Лазаренко в 1943 году.

Технология электроэрозии позволяет изменить размеры, форму металлических деталей — ее можно использовать для создания отверстий, для шлифовки, для обработки фасонных полостей, для создания углублений и так далее. Технология является очень точной и надежной, что позволяет использовать для высокоточной обработки металлов.

На физическом уровне ЭЭО выглядит так:

1. Для электрической эрозии применяются станки, которые имеет приблизительно одинаковую конструкцию. Главным их элементом является обрабатывающий инструмент-электрод, который выступает в роли резака. Вторым важным элементом является сама обрабатываемая деталь. Третий элемент — источник постоянного тока, к которому подключаются электрод и обрабатываемая деталь.
2. Чтобы избежать перегрева деталей, обработка выполняется в жидкой среде. В качестве жидкости выступают диэлектрики, которые плохо проводят ток (керосин, минеральное масло). Для удобства работы станок может оборудоваться дополнительными деталями (реостаты, конденсаторы и другие). Большинство современных станков также оборудованы электронной панелью управления.
3. Установка может работать в двух режимах — электроискровой и электроимпульсный. В случае электроискрового режима ток подается таким образом, что электрод выступает в роли минус-катода, а сама деталь — плюс-анода. Во время работы электрод генерирует электрическую дугу, которая ионизирует поверхность металлической заготовки. Ионы имеют очень высокую температуру, что приводит к расплавлению металла с образованием небольшой лунки. Чтобы не расплавить электрод-катод, электричество подается короткими импульсами. Длительность подачи электричества для генерации 1 импульса — 0,001 секунд. Во время электроискровой обработки срезается небольшое количество металла, поэтому эту технологию используют для финальной обработки заготовки.
4. В случае электроимпульсного режима работы меняется электрическая полярность. На электрод подается положительный ток, а на деталь — отрицательный. Это также приводит к образованию ионизированной плазмы, которая прожигает металл с образованием лунки-углубления. Однако из-за особенностей кристаллической решетки металлов генерируется более мощный поток ионов, поэтому электроимпульсный режим мощнее электроискрового в 10-11 раз. Чтобы защитить электрод от расплавления, ток подается небольшими порциями, где длительность подачи 1 импульса составляет 0,001 секунд. Электроимпульсный режим из-за повышенной мощности используется для черновой обработки, а также для резки сверхпрочных металлических сплавов.

Частички металла, которые срезаются ионным потоком, попадают в жидкость-диэлектрик. Они не растворяются, а находятся в диэлектрике в виде мелкой взвеси. Сперва частички обладают очень высокой температурой, однако при контакте с жидкостью они быстро остывают, достигая температуры окружающей среды. После проведения работ не рекомендуется использовать «раствор» по прямому назначению, поскольку металлическая взвесь может ухудшать технические свойства эксплуатируемого прибора.

Для покрывала на кровать

Механическая резка металла

Отрезные станки с дисковыми пилами (кругами) производятся как в виде ручного инструмента (болгарки), так и в виде стационарного или мобильного оборудования. Резка труб, профиля и листа производится путем воздействия вращающегося с большой скоростью абразивного круга на металл, при котором возникает большая сила трения, приводящая к нагреванию и выгоранию металла в зоне контакта.

Резать можно с высокой точностью (толщина реза всего 1-2 мм) и с высокой скоростью. Очень удобны такие станки при изготовлении строительных и водопроводных конструкций, в ремонтных работах.

Вторым по популярности способом механического раскроя листа является рубка металла. Горизонтально расположенный нож прижимается к листу с большой силой и разрушает его в зоне контакта. Работает пресс как обычные ножницы с двумя скользящими мимо лезвиями. Усилие создается гидравликой, пневматикой или эксцентриковым механизмом.

В это же время резка и рубка профлиста может выполняться на переносных сабельных гильотинах, которые можно установить непосредственно на объекте — они не требуют подключения к сети и приводятся в движение только силой руки или ноги человека. Особенности материала — наличие оцинковки и полимерного покрытия, ограничивает использование болгарок, плазморезов или других инструментов, предполагающих нагревание до высокой температуры. При этом разрушается покрытие и в зоне реза возникают трудноустранимые очаги коррозии.

Данная статья предлагается в качестве предварительного обзора чаще всего применяющихся на практике в промышленных и домашних условиях видов резки листового и профильного металла. Более подробно об их применении в конкретных условиях вы можете узнать в соответствующих рубриках сайта.

Своим опытом в сфере резки металла предлагаем поделиться на нашем сайте в разделе «Комментарии». Ждем также ваших обзоров конкретного оборудования, которым вы пользуетесь. Нас и наших читателей интересует как мнение профессионалов, так и любителей работать с металлом.

Виды металлов и особенности их резки

Чугун, цветные металлы, нержавеющую сталь режут специальными сферами для определенного вида материала. Информацию о диске легко найти на его боковой части.

Надо обратить внимание, что нержавеющую сталь нельзя резать обычным диском. В составе диска имеются вещества, разрушающие защитную пленку этого материала

В будущем на разрезе будет образовываться коррозия.

Режущие диски отличаются друг от друга не только диаметром и толщиной, но и еще составом наполнителя. Сверхпрочный материал добавляется в диски для резки легированной стали. Мягкая связка добавляется для предотвращения перегрева режущего элемента при использовании в резке алюминия и разных видов цветных металлов.

Тонкие профлисты и жесть разрезают стальными дисками с мелким зубом. Толстые соответственно более толстыми дисками.

Для шлифовки используются специальные сферы. При снятом кожухе, но обязательно в защитных очках. Работа выполняется плавно по всей поверхности.

Помните, работа с болгаркой или УШМ требует особого внимания и умения.

Резка чугуна болгаркой — Металлы, оборудование, инструкции

Чаще всего необходимость разрезать чугунную конструкцию возникает при демонтаже устаревших коммуникаций. Надежда на скорое завершение работы рушится сразу — в Советском Союзе трубы соединяли цементом, серой и алюминием, поэтому разрезать их неимоверно трудно. Но парочка работающих методик известна. О том, чем резать чугун и конструкции из него, вы узнаете из материала ниже.

Способы резки материала

Как и с любым металлом, методы резки чугуна делятся на термические и механические. Выбор конкретного инструмента зависит от особенностей конструкции. Ниже приводится оборудование, что распиливает (или разрезает) чугун:

• труборез;
• углошлифовальная машинка;
• зубило;
• ножовка по металлу;
• лобзик
• плазменная установка;
• газовые резаки.

Теперь стоит оценить резку при помощи названных инструментов с предметами из чугуна.

Труборез

Это специальное устройство для резки труб из разных материалов. Различают ручные (механические) и электрические инструменты. Оба вида подходят для диаметров 15-360 мм.

Сначала на аппарат насаживается твердосплавный диск. У съемного элемента есть ряд преимуществ перед классическими абразивными. Например, увеличенная в 4 раза скорость реза, отсутствие искрения и необходимости добавления каких-либо веществ в зону резки. Поверх режущей кромки наносится алмазное напыление, продлевающее срок службы изделий. Примеры труборезов для чугунных труб — переносные изделия Exact Pipecut для диаметров менее 360 мм.

Увы, редко домашний трубопровод легко поддастся резке при помощи трубореза. К нему может быть осложнен доступ инструмента или место резки загнуто так, что устройством не захватить. Поэтому стоит рассмотреть другие варианты.

Углошлифовальная машинка

С болгаркой работается быстро и удобно, но не без минусов. Например, она режет лишь по прямой. Попытка сделать фигурный рез приведет к «закусыванию» диска, его поломке, возможной травме пользователя. Поэтому машинку используют для резки по прямой. Другой минус — пожароопасность метода (абразивный диск + металл = искрение). Перед работой вам придется одеть очки, защиту на лицо и руки.

Кругом резать эффективнее, чем лобзиком, поэтому чаще пользователи выбирают шумную болгарку. Покупая отрезной круг, предпочтите изделия на бакелитовой связке, ведь они на порядок прочнее керамических аналогов.

Ножовка по металлу

Похожее на болгарку принципом работы устройство. Возиться с ней придется не один час, особенно если разрезать чугунную трубу большого диаметра. Минусы метода — временные затраты, физические усилия, невозможность работы на ограниченной площади. Зато способ безопасен.

Работа зубилом и молотком

Эта пара изделий поможет разделить чугун в труднодоступном месте. Демонтажная работа начинается с удаленных от стояка труб в местах, куда не просунуть болгарку или ножовку. Поскольку чугун — хрупкий материал, он легко разрушается после точечных динамических нагрузок.

Хороший ударный инструмент имеет резиновую либо полимерную насадку, чтобы слегка смягчать удар. Это нужно, чтобы куски чугуна не разлетелись по сторонам, не попали в стояк и не создали засор.

Зубило и молоток прекрасно работают с чугуном советских времен, то есть соединенного серой, алюминием и цементом. По мере движения к стояку свободного места для работы, как правило, становится больше, поэтому далее чугун можно отрезать более эффективным устройством. Как и с болгаркой, при работе зубилом рекомендуется закрывать участки тела, в которые может отлететь чугунный осколок.

Производительность работ крайне мала, но иногда без них никак.

Виды резки металла газом

Газокислородная резка имеет несколько разновидностей. Ученые и инженеры разработали эти методы, исходя из особенностей применения в конкретных условиях. Наиболее употребительны следующие методы резки:

• Пропаном. Этот довольно популярный способ применим для титановых, низколегированных сплавов и сталей с низким содержанием углерода. Для углеродистых и высокоуглеродистых сталей он не подходит. Для большей производительности и энергоэффективности пропан могут заменять на метан или ацетилен.
• Воздушно — дуговая. В дополнение к сгоранию материала в струе кислорода меду заготовками и встроенным в резак электродом возбуждается электродуга. Она плавит металл в районе линии реза, а газовый поток уносит его остатки. Метод не позволяет разрезать толстые изделия, зато дает возможность делать разрезы большой ширины. Это очень полезно при выполнении фасонного раскроя и позволяет существенно снизить трудоемкость операции.
• Кислородно-флюсовая. При данном методе в рабочую область подается флюсовый порошок. Этот компонент участвует в физико-химических процессах и обеспечивает повышенную пластичность и податливость материала во время резания. Способ применим для резания сплавов, на поверхности которых образуются прочные и термостойкие оксидные пленки. Применение флюса позволяет избавиться от них, сместив температурный баланс в зону более высоких температур. Особенно эффективен данный метод для чугунных, медных, бронзовых и латунных изделий, заготовок с высокой степенью зашлакованности и для железобетона.
• Копьевая. Применяется при разборке металлических конструкций, технологических отходов, разделке массивных крупногабаритных заготовок. Струя кислорода пропускается через тонкую стальную трубку — газовое копье. Копье является расходным материалом, оно сгорает в ходе процесса, повышая температуру и эффективность основной реакции и позволяет дополнительно концентрировать режущий факел. В результате скорость разделки существенно возрастает.

Подача газов управляется одним общим или двумя раздельными запорными вентилями. Применение раздельных вентилей позволяет точно настраивать состав смеси и оперативно перестраивать оборудование для другого вида работ.

Промышленная газокислородная сварка

Рукоятка резака снабжена тремя патрубками с разъемами. По ним подводится кислород, пропан (или ацетилен) и охлаждающая жидкость. Давление кислорода устанавливается на баллонном редукторе и может достигать 12 атмосфер.

После выполнения поджига в факел резака подается кислород. Сгорание пропана нагревает поверхность заготовки до такой температуры, что начинается химическая реакция его окисления. Она идет настолько интенсивно, что деталь прожигается насквозь струей режущего кислорода и газовый поток выносит сгорающие частицы металла в разрез.

Устройство резака

Методы обработки металлов

Обработка металлов — это технологический процесс, в результате которого происходит изменение формы, размеров металла и даже качества. В зависимости от процесса обработки, могут меняться физико-механические свойства металла. Существует несколько методов обработки металлов: литьем, механическая обработка, обработка давлением, сварка металлов. Литьем получают деталь, залитую в специально подготовленную форму, она называется отливкой. Очень многие металлы успешно льются, но чугун является самым распространенным металлом в литейном производстве. Он имеет очень хорошие литейные свойства.

Метод обработки металлов давлением производит пластическую деформацию металла, путем смещения отдельных ее частей. Обработка давлением дает минимальную потерю металлов, поэтому этот метод обработки металлов расширяется. Механическая обработка металлов включает в себя удаление лишнего металла с помощью разных режущих  инструментов. Резание является одним из самых распространенных методов обработки металлов. В зависимости от того какую деталь нужно получить, какой материал, степень чистоты поверхности и так далее, выбирают металлорежущий станок, который лучше всего для этого подойдет. Это могут быть токарные станки, сверлильные, строгальные, фрезерные, шлифовальные.

Метод обработки металлов сваркой очень популярен, она применяется во всех областях промышленности. Суть процедуры — получить прочное неразъемное соединение путем плавления металла. Применяется химическая сварка, термитная, газовая, электросварка, дуговая электросварка, контактная. Каждый из способов сварки является по — своему эффективным в применении.

Современные методы обработки металлов

Существует несколько современных методов обработки металлов, которые очень широко применяются. Несмотря на свое достаточно давнее происхождение, токарно-фрезерный метод основное оборудование для механической обработки металлов. Современность этого метода заключается в том, что он снабжен ЧПУ, позволяющим выполнять очень сложную, высокоточную работу без человека. Еще современным методом является электроэрозийная обработка. Суть резки заключается в использовании электрического пробоя при обработке поверхности. Современным методом обработки металлов является также гидроабразивная обработка, тонкой струей воды под очень высоким давлением, содержащей абразивный материал. Этот метод очень качественный и точный. Лазерная обработка практична, так как обеспечивает высокую точность резания, к тому же экономит время, энергию, материал.

Способы резки

Существует несколько способов разделения материала. Технология зависит от оборудования, применяемого в процессе работы. Выделяют следующие виды резки металла:

• ручную;
• гидроабразивную;
• термическую.

Ручная резка металла

Ручное резание металла не является высокоэффективным и в промышленных масштабах не используется. При ручной резке используются следующие инструменты:

• ножницы;
• ножовка;
• лобзик;
• болгарка.

Гидроабразивная резка металла

Гидроабразивный способ резки основан на воздействии струи воды, смешанной с абразивными частицами, на обрабатываемую заготовку. Давление подаваемой жидкости составляет 5000 атм. К преимуществу такой резки металла относится возможность получения разнообразных линий. Обработке подвергаются сплавы определенной марки с небольшой толщиной листа.

Термическая резка металла

Резание металлов горячим способом основано на отсутствии контакта между инструментом и заготовкой. Горячая струя расплавляет и разделяет материал в нужном месте.

К видам термической резки относятся:

• газокислородная;
• лазерная;
• плазменная.

Газокислородная резка

Газокислородная резка состоит из 2 этапов:

1. В место реза направляется струя пламени, которая выходит из резака. В качестве горючего материала используется ацетилен.
2. После разогрева идет подача кислорода, который прорезает размягченную металлическую поверхность. Параллельно удаляются окислы.

В процессе работы расстояние от нижней точки резака до поверхности изделия должно оставаться постоянным. От этого зависит качество реза.

Для этой цели используются лазерные резаки. Процесс основан на подаче лазерного луча в точку поверхности. Происходит фокусирование тепловой энергии. Ведется прогрев участка, расплавление материала и последующее его испарение. При перемещении луч разрезает поверхность.

Лазерная резка металла

Плазменная

В качестве оборудования для плазменной резки используется плазматрон. Через имеющееся в нем сопло под высоким давлением выходит кислород. Его температура составляет до 20 тыс. градусов. Ширина пучка 3 мм. Происходит нагрев участка поверхности, его частичное выгорание и выдувание расплава.

Механическая резка металла

Механическая резка металла осуществляется с помощью воздействия специальной стали с высокой степенью закалки. За счет большой твердости инструмент разрезает изделие.

При резке используются такие виды оборудования:

• ленточная пила;
• гильотина;
• дисковый станок.

Резка ленточной пилой

Ленточная пила представляет собой полотно, которое закрепляется в специальном оборудовании. Материал инструмента такой же, как и у ручного изделия. На одной стороне расположены зубцы. В процессе работы двигателя станка идет вращение шкивов, благодаря которому происходит непрерывное движение ленты.

В процессе работы наблюдается небольшой отход, потому что ширина полотна составляет 1,5 мм. Возможна резка как листового металла, так и круглых заготовок.

Ударная резка металла на гильотине

Гильотинная резка металла используется для подготовки заготовок из листовой стали при штамповочных операциях. Разрезаемое полотно располагается на горизонтальной поверхности, подается до упора и разрезается гильотинными ножницами по всей ширине одним ударом.

Резка на дисковом станке

В качестве рабочего инструмента используется диск. По его наружной поверхности располагаются зубья. Сверху стоит защитный кожух. В качестве привода используется электродвигатель, который приводит во вращение диск. Получается срез высокого качества.

По такому же принципу устроены труборезы, которыми разрезаются трубы. В процессе работы идет постоянный поворот заготовки на 360 градусов. Есть возможность делать срезы под разными углами.

РЕЗКА МЕТАЛЛА ЛАЗЕРОМ

Эта, одна из самых передовых технологий, приобретает все большую популярность благодаря своей исключительной точности и высокой производительности. Суть лазерной резки металла заключается в точечном, направленном воздействии лазерного луча на металл. Воздействие лазером позволяет производить детали любой геометрической сложности контура, с сохранением максимальной точности, практически идеальной ровности кромок, при этом не теряя производительности.

Управление установкой производится оператором станка ЧПУ. Полная автоматизация процесса сводит вероятность ошибки, и, как следствие, выбраковки деталей, к минимуму.

Процесс работы такого станка разделен на три этапа:

• Создание чертежного изображения разрабатываемой детали;
• Загрузка чертежей в файловом изображении в программу ЧПУ;
• Обработка данных и запуск выполнения.

Лазерная установка состоит из трех основных действующих частей:

• Источник излучения (рабочая среда).
• Источник энергии.
• Оптический зеркальный резонатор.

В зависимости от типа источника энергии, установки для резки металла делят на:

Газовые

В них действующая сила это сочетание воздействия луча и смесей газа.

Твердотопливные

Действие происходит за счет многомерного зеркального усиления газоразрядной лампы.

Газодинамические

В данном случае лазерный луч усиливает нагретый углекислый газ.

По технологическому способу действия лазерного луча, проводится разделение на:

• Метод плавления. Такой тип обработки оправдан при работах с любыми заготовками, в том числе, толстостенными и изготовленными из меди и алюминия. Суть метода заключается в плавлении места среза направленным лучом, сочетающимся с подачей струи сжатого газа, отводящей расплавленный металл вниз и охлаждающей кромки.
• Метод испарения. Этот метод заключается в нагреве металла, который проводит его через три стадии:плавления, кипения и испарения.

Заключение

Технология позволяет резать металлы любой прочности. Обработка выполняется за счет создания ионизированного потока частиц, которые прожигают металл. Разогретые ионы создаются с помощью электрической дуги, которая возникает между проводящим электродом и металлической поверхностью обрабатываемой детали при прохождении между ними электрического тока. Чтобы не повредить деталь и не испарить электрод, используется защитная жидкость-диэлектрик, а электрический ток подается небольшими порциями-импульсами (частота — 0,001 с).

ЭЭО-станки выполняют все основные операции — создание отверстий, резка, нанесение маркировки. Электроэрозионная обработка металла обладает множеством преимуществ — высокая точность, универсальность (для металлов), простота применения станков. Однако есть и недостатки — нельзя резать пластик, бетон или дерево, большое потребление электричества, высокая стоимость станка. Использовать ЭЭО-станки рекомендуется для производства высокоточных деталей. Основные модели станков — AGIE INTEGRAL 2, модель 4531, SODICK AQ535.

• Электрофизические и электрохимические методы обработки / Юдин Д.Л. // Экслибрис — Яя. — М. : Советская энциклопедия, 1978.
• Немилов Е.Ф. Электроэрозионная обработка материалов. — Л.: Машиностроение, 1983.
• Ставицкий Б.И. Из истории электроискровой обработки материалов // Оборудование и инструмент для профессионалов. Металлообработка. — 2006.
• Статья на Википедии