9. Téma. Az alapanyagok darabolása, és vágása. A mechanikus és termikus vágási eljárások.

Átírás

1 9. Téma Az alapanyagok darabolása, és vágása. A mechanikus és termikus vágási eljárások. 1

2 Lemezek darabolása, darabolási módok Darabolás hidegen (nyíró vágás ollóval) Darabolás forgácsolással (fűrészelés) Termikus vágások Lángvágás (3 500 mm vastagságig) Plazmavágás (1 100 mm vastagságig) Lézervágás (1 30 mm vastagságig) Lemez élek előkészítése: lehetséges a vágással együtt, vagy külön. 2

3 A vágás Vágáskor a szerkezeti anyagok ill. a belőlük készített széles vagy hosszú félkész gyártmányok geometriáját az anyagfolytonosság lokalizált megszüntetésével változtatják meg. Az anyagrészecskék kapcsolódásának helyi megszakítása alakító-, forgácsoló-, termikusvagy eróziós vágással történhet. Ezek közül az alakító- és a forgácsoló vágás szilárd, elmozduló élekkel, míg a termikus- és az eróziós vágás jellemzően nem szilárd, átáramló közegekkel valósul meg. 3

4 Fémek vághatósága Az alakító vágások képlékeny alakváltozás ill. repedésterjedés előidézésével választják szét az anyagdarabokat. A nyíró- és ékvágás az anyagok képlékenységét, a törővágás a képlékenység hiányát - a ridegséget - használja ki a vágási felület létrehozásához. Mind a forgácsoló, mind az alakító vágások megvalósításához fontos a megfelelő szerszámgeometria (élszögek) és a megmunkálandó anyaghoz képesti kellően nagy szerszámkeménység (kopásállóság, megeresztésállóság). 4

5 A nyíróvágás, leszabás A nyíróvágási eljárásokra jellemző, hogy az anyagrészek szétválasztása meghatározott vágási vonal mentén, az anyag nyírószilárdságát meghaladó nyíró igénybevétel hatására megy végbe, miközben a vágószerszám-élek a vágórésnek megfelelő távolságban egymás mellett elhaladnak. A leszabás nyitott vonalú anyagszétválasztás. 5

6 Hordozható lemezél-előkészítő berendezés 6

7 Lemezélek előkészítése termikus vágással 7

8 Lemezélek előkészítése termikus vágással 8

9 Lángvágó gépek 9

10 Termikus szétválasztási eljárások MSZ EN ISO 4063:2000 Vágások: Lángvágás (81) Poradagolásos lángvágás Ívvágás (82) - elektródával - szénpálcával - sűrített levegővel (821) - oxigén ívvágás (822) Plazmaíves vágás (83) Lézersugaras vágás (84) Elektronsugaras vágás 10

11 Termikus szétválasztási eljárások Gyalulások: Lánggyalulás (86) Ívgyalulás (87) - sűrített levegővel (871) - oxigénnel (872) Plazmagyalulás (88) A termikus vágás fogalma: A termikus vágás olyan korszerű anyagszétválasztó eljárás, amelynél a vágandó anyagot adott hőmérsékletre hevítik és előírt felületi minőségben szétválasztják. 11

12 Csoportosítás a hőforrás és fizikai jelenség szerint Villamos ív, plazmaív ömlesztővágás Oxigén+éghető gáz égetővágás lézersugár gőzölögtető vágás A lángvágás olyan termikus anyagszétválasztó eljárás, ahol a vágandó anyagot éghető gáz+oxigén elégetésével a gyulladási hőmérsékletre hevítik, majd oxigénsugárban elégetik. A keletkezett salakot az oxigénsugár kifújja. 12

13 A lángvágás folyamata A munkadarab előmelegítése (edződésre hajlamos acélnál). Felhevítés a gyulladási hőmérsékletre (acél esetében kb Cº). A vágási résben lévő fém elégetése oxigénben, miközben hő szabadul fel. Az elégetett fém (salak) a vágási résből való kifújása oxigénsugárral. 13

14 A lángvághatóság feltételei Az anyag oxigénben elégethető legyen. Az anyag gyulladási hőmérséklete kisebb legyen a vágandó anyag olvadási hőmérsékleténél. A keletkezett oxidok olvadási hőmérséklete kisebb legyen a vágandó anyag olvadási hőmérsékleténél. Az oxid (salak) hígfolyós legyen, hogy ki lehessen fújni. Az anyag hővezető-képessége lehetőleg kicsi legyen. 14

15 A lángvághatóság acéloknál Az acélok 0,25% C-tartalomig kitűnően vághatók lánggal, 0,25% C-tartalom felett edződésre hajlamosak. Az ötvöző és szennyezőanyag növekedésével csökken a vágásra való alkalmasság. A vágás közvetlen környezetében bekövetkező edződés elkerülhető kellő hőmérsékletű előmelegítéssel. A vas egyes ötvözői (pl. Mn) segítik, néhány ötvözője (pl. Si, Mo, Ni) csökkenti, egyes ötvözők pedig adott százalékig nem befolyásolják az acél vághatóságát. 15

16 16

17 A lángvágás gázai Acetilén: a leggyakrabban használt gáz, mert égési hője 3200 C körüli. Fontos, hogy a gázelvétel a palackból ne haladja meg az 1000 l/h-t. Hidrogén: kis lánghőmérsékletű, nagy égési sebességű, főleg vastagabb anyagok vágásához. Propán: kis lángteljesítményű, előmelegítés ill. vékonyabb lemezekhez. Oxigén: az égést táplálja, fontos, hogy legalább 99,8% tisztaságú legyen. 17

18 A lángvágás gázai A MAPP-gáz különböző szénhidrogének, főként metil-acetilén, és propadién keveréke. Viszonylag magas hőmérsékletű lángot (2976 C) lehet ennek segítségével létrehozni. Az égés során létrejövő alacsonyabb láng hőmérséklet, továbbá a nagyobb gázáramlás (az acetilénhez viszonyítva), alapvetően nagyobb vágási időt eredményez a művelet során. A MAPP-gázt magasabb nyomású környezetben is alkalmazhatjuk, így víz alatt végzett vágásokra is alkalmazható. 18

19 A lángvágás eszközei Palackok (oxigén, éghető gáz) a nyomáscsökkentőkkel Tömlők Biztonsági szerelvények Lángvágó pisztoly speciális pisztoly, amely biztosítja a gáz és oxigén keverését a melegítéshez, ill. a nagyobb nyomású oxigén külön hozzávezetését az oxigéncsap elfordítása után a tényleges vágáshoz. Legfontosabb eleme a vágófúvóka, amely biztosítja az előírt vágási rést, az oxigén hozzávezetését és a salak kifúvását. Egyéb szerelvények, kiegészítők (vágófej vezető, fúvókatisztító, rögzítők stb.) 19

20 A lángvágás eszközei 20

21 Különböző lángvágófúvókák a) egyrészes (blokk-); b) szita-; c) hornyos; d) réselt; e) gyűrűs fúvóka 21

22 A fúvóka kialakítás és a láng Acetilén láng, és a hozzá való fúvóka kialakítás Propán-bután láng, és a hozzá való fúvóka 22

23 Különböző vágófejek 23

24 A lángvágás gázainak jellemzői, a lángvágás folyamata 24

25 A kézi lángvágás technológiája A lángvágás előkészítő műveletei a lemezegyengetés, a rozsdátlanítás, a revétlenítés, és a passziválás. A felületi szennyeződések csökkentik a vágás sebességét, rontják a minőségét, ezért a lemezek felületét gondosan meg kell tisztítani. A vágóoxigén-szelep megnyitása előtt lágy, acetiléndús lángot állítunk be úgy, hogy az a vágáskor semleges legyen. Ha a hevítőláng rövid, akkor a felső él leolvad, ha hosszú, a felső és alsó él között ferde sík alakul ki. 25

26 A kézi lángvágás technológiája Az alapanyag előkészítése (tisztítás, sorjázás). Előmelegítés (ha szükséges) A vágópisztoly beállítása -előmelegítő gázok nyomása - vágóoxigén nyomása Megfelelő vágási technológia - vágási sebesség - vágási irány - vágási sorrend 26

27 A vágópisztoly üzembe helyezése 1. Az előmelegítő lángot meggyújtjuk, majd semlegesre állítjuk. 2. A vágás kezdőpontját, a gyulladási hőmérsékletre hevítve kinyitjuk a vágóoxigén csapját. 3. Ha nem a szélén kezdünk, akkor a vágási vonalra helyezve az anyagot fehéren izzóvá kell melegíteni, majd a vágóoxigén csapot kinyitva, a felmelegedés helyen átfújjuk az anyagot. 4. A vágópisztolyt egyenletesen, megfelelő sebességgel vezetjük a vágási vonal mentén. Ellenkező esetben durva, hibás vágási felület keletkezik. 27

28 A kézi lángvágás technológiája Lángvágáskor, a forgácsoló megmunkálással közel egyenértékű felület csak akkor érhető el, ha a következő feltételek messzemenően teljesülnek: az égőt egyenletesen, egyenletes sebességgel vezetjük, az égőfej haladás közben kismértékben sem végez imbolygó mozgást, a vágóoxigén nyomása es a sugár hengeres alakja nem változik, a hevítőláng egyenletesen veszi körül a vágólángot, és pontosan tartjuk a fúvóka távolságát a munkadarabtól, a vágandó anyag tiszta felületű, a vágandó anyag belső hibákat csak minimális mértékben tartalmaz. 28

29 A vágás iránya és sorrendje 29

30 Az előmelegítés hőmérséklete lángvágáshoz Szénegyenérték, C e % Lemezvastagság, mm < 50 > 50 0,3 alatt 0,3...0,4 0,4...0,5 0,5...0,6 0,6 felett ig ig

31 A kézi lángvágás technológiája Vágómotor, vagy szekátor 31

32 A gáznyomás beállítási irányértékei Jellemzők Beállítási irányértékek A munkadarab vastagsága, mm A vágófúvókák száma A hevítőfúvókák száma Oxigénnyomás, MPa 0,2...0,4 0,4...0,6 0,6...0,8 Acetilénnyomás, MPa 0,04 0,04 0,04 Oxigénfogyasztás, l/h Acetilénfogyasztás*, 1/h 500 (300) 700 (400) 900 (500) 32

33 A lángvágáskor előforduló hibák megnevezése: MSZ EN ISO 9013 A vágott felület minőségét szemrevételezéssel a következők szerint lehet megítélni: merőlegességtől való eltérés, profilhiba felületi egyenetlenség, mélység élleolvadás barázdaelhajlás kráter A vágott felület minőségének meghatározásához mérik: a merőlegességtől való eltérést az érdességet és a profilhibás felületi mélységet 33

34 A vágott felület minőségét meghatározó tényezők a) az e alakhiba; b) a vágott felület R m egyenletessége; c) az e h barázdaelhajlás; d) az r leolvadási sugár 34

35 A vágási hibák elemzése 35

36 a). Megfelelően vágott felület, a felső és alsó élek hibátlanok, az aljára tapadt salak könnyen eltávolítható b). A hevítőláng túl erős, vagy a vágási sebesség túl kicsi. Így nagyobb mennyiségű salak és megömlött fém gyűlik össze a vágási rés alján, amely a lemezéleket összefogja, a lemezek egybe maradnak, a vágási rés is szélesebb a többlet leolvadás miatt. c). A vágási sebesség túl nagy, vagy a vágóoxigén nyomása túl kicsi. Bizonyos mélységben a vágási rés kiöblösödik, és az égéstermék felfelé távozik. Ez az eset áll elő akkor is, ha a vágóoxigén útjába nagyobb salakzárvány kerül. d). Nagy az oxigén nyomása, vagy kicsi a fúvóka távolsága. A vágási rés alja kiszélesedik, mert az oxigén kiterjedése a vágandó lemez alján következik be. e), f), g). A felület ívelt, amelynek oka a vágófúvóka szennyeződése, sérülése, helytelen kialakítása ill. a vágópisztoly nem megfelelő tartása. 36

37 A lángvágás hibái Megfelelő technológia paraméterekkel végzett, lángvágott felület. Túl kicsi vágási sebesség a lángvágás során. 37

38 A lángvágás hibái Túl magas lángvágási sebesség. A fúvóka túl messze van a munkadarab felületéhez képest. 38

39 A lángvágás hibái A fúvóka túl közel van a munkadarab felületéhez képest. Túl sok vágóoxigén használata. 39

40 A lángvágás hibái Az égőgáz mennyisége túl sok. A lángvágás során alkalmazott fúvóka koszos. 40

41 A vágási hibák megjelenése 41

42 A vágási hibák megjelenése 42

43 Fotocellás vezérlésű lángvágógép 43

44 A plazmavágás A plazma: az anyagok ionizált, termodinamikai egyensúlynak megfelelő arányban disszociált és ionizált gáz állapota. A plazma magas hőmérsékleten állítható elő (T>15000 C ) igen nagy energiaszint jellemzi, mind hegesztésre, mind vágásra és egyéb termikus eljárásra használható. 44

45 A plazma keletkezése 45

46 A plazma előállítása Lényegében az ív leszűkítése. A W elektród és a pisztoly belső fúvókája között nagyfrekvenciás ívkisülés biztosítja az elsődleges töltéshordozókat. A plazma az elektród és mdb. között jön létre ez a külső nyílt ívű megoldás. A plazmasugár (láng) a W elektród és a pisztoly belső fúvókája között alakul ki, az ív és a gáz fúvatja ki a plazmát, ez a belső (zárt) ívű megoldás. 46

47 A plazmával gyakorlatilag minden fémes anyag vágható, mert a plazmasugár az összes energiáját kívülről kapja. 47

48 A plazmavágó elrendezése 1. Hálózati csatlakozó, 2. Plazmagázpalack, 3. Nyomáscsökkentő, 4. Plazmavágó áramforrás, 5. Vízhűtés, 6. Plazmaégő, 7. Munkadarab, 8. Áramkábel 48

49 A plazmavágógép sematikus ábrája 49

50 Plazmaképző gázok 67 80% Ar+20 33% H 2 a hidrogén növeli a vágósebességet, ha meghaladja a 35 50%-ot, valamennyi színesfém vágható 60 80% Ar+20 40% N 2 mérgező nitrogéndioxidok! (vízsugár alatti vágás) 30 90% N % H 2 A plazmagáz levegő 50

51 Víz befecskendezéses plazmavágás A percenként 60 l mennyiségű víz amely az ívet körülvevő koncentrikus fúvókából áramlik semlegesíti a mérgező gázokat, valamint az ív hőmérsékletén a víz felbomlik, a keletkezett H 2 redukáló hatást fejt ki, a vágott felület szép fényes lesz. Főleg alumínium és erősen ötvözött acéloknál alkalmazzák. 51

52 Levegős plazmavágás Az argon- és nitrogéngáz helyettesíthető levegővel, ekkor maga a levegő lesz a plazmagáz. Ez a technológia azonban speciális, hafnium- vagy cirkónium elektródát kíván. A hűtéshez levegőt alkalmaznak a víz helyett. A vágási mód előnye, hogy a levegő, plazma, és hűtőgázként való alkalmazásával a költségek alacsonyabbak. 52

53 A plazmavágás jellemzői Előnyök: Gyakorlatilag minden fém vágható Szépen vágott felület Keskeny hőhatásövezet Nagy vágási sebesség Víz alatt is végezhető Hátrányok: Drága eljárás, fajlagosan nagy energiafogyasztású Egészségre ártalmas gázok, sugárveszély Alkalmazás: nagy méretű lemezek, csövek, bugák darabolása, hegesztés előtti élkiképzések, hajóipar, járműipar Anyagok: főként erősen ötvözött Cr-Ni acélok, Al és Cu, valamint ötvözeteik. 53

54 A CNC-plazmavágás

55 A plazmavágó gép Plazmavágó gép előlapja: 1. főkapcsoló, 2. vágóáram erősségének beállítója, 3. túlmelegedést jelző LED, 4. kijelző a nem megfelelő sűrített levegőnyomás jelzésére, 5. testkábelcsatlakozó, 6. plazmapisztoly-csatlakozó, 7. nyomásmérő óra 55

56 A lézervágás A lézersugár fókuszálásával olyan nagy teljesítménysűrűség (folyamatos CO 2 -lézerrel 2,5x10 6 ; Nd-impulzuslézerrel W/mm 2 ) érhető el, amelynek hatására az anyagok elolvadnak és elgőzölögnek. A vágáshoz folytonos üzemű, vagy olyan ismétlési frekvenciájú impulzuslézerre van szükség, ahol az egymást átlapoló lyukak sorozatával kapunk folyamatos vágatot A vágat szélességének rendszerint a lehető legkisebbnek kell lennie, anélkül, hogy az anyag újra-összehegedése bekövetkezne. Vágásra a CO 2 lézerek terjedtek el. 56

57 A lézervágás jellemzői a munkadarab vágása mechanikus érintés nélkül; a vágandó anyag mechanikai tulajdonságai nem befolyásolják a vágást; a vágórés keskeny, fémeknél kb. 0,2 mm, a vágás sorja mentes, a hőhatásövezet kicsi; a vágott felület minősége jó (R max = μm), utánmunkálást általában nem igényel; nagy tervezői szabadság a munkadarab kialakítását illetően, kis anyaghidak és éles bemetszések is elkészíthetők a koncentrált hőbevitel folytán. 57

58 A lézervágás elve, és berendezése 58

59 A vágási eljárások összehasonlítása 59

60 A vágási eljárások összehasonlítása A lángvágás előnyös: a vastag szerkezeti acélok darabolásánál, ha egyszerűbb alkatrészeket kell vágni, több vágófej alkalmazható, a darabok mérettűrése megengedi a nagyobb eltéréseket, mint a plazmánál, nem okoz problémát a nagyobb hőhatásövezet. 60

61 A vágási eljárások összehasonlítása A plazmavágást válasszuk, ha: vastag rozsdamentes acélokat kell vágni, vékony és közepes vastagságú lemezekből nem túl bonyolult alkatrészeket kell vágni, a termék elviseli a vágás síkjának 1-2 -kal a merőlegestől való eltérését, a darabok mérettűrése megengedi a ±0,25 mm eltérést, fontos a gyors vágás és a nagy termelékenység. 61

62 A vágási eljárások összehasonlítása A lézersugaras vágást célszerű választani akkor, ha: fokozott minőségi és pontossági követelményeknek (±0,1 mm) kell eleget tenni, vékony vagy közepes anyagvastagság megmunkálása esetén, bonyolult kontúrok, éles sarkok, keskeny hidakat, kis átmérőjű furatokat tartalmazó darabok kell kivágni, fontos a vágás merőlegessége a lemez síkjára, kis hőhatásövezet az elvárás, oxidmentes vágási felületeket szeretnénk (rozsdamentes acélok vágása). 62

63 A vágási eljárások összehasonlítása Millió Ft A termikus vágás berendezéseinek beruházási költségei. 63

64 A vágási eljárások összehasonlítása Lángvágás minősége (Anyag: S235J0) Finomsugaras plazmavágás minősége (Anyag: S355J2) 64

65 A vágási eljárások összehasonlítása Lézersugaras vágás minősége. 65

66 A vágási eljárások összehasonlítása

67 Termikus daraboló eljárásokkal gazdaságosan vágható anyagminőség és anyagvastagság (Pangas nyomán). Az oszlopokra írt számok az anyagvastagságot jelentik mm-ben. 67