Kecskeméti Főiskola GAMF Anyagtechnológia Tanszék Lemezalkatrész gyártás Vastag lemezek vágása 2014 Dr. Weltsch Zoltán weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 1
Lemezek darabolása, darabolási módok Alakító vágás, darabolás hidegen (nyíró vágás ollóval) Forgácsoló vágás (fűrészelés) Termikus vágások Lángvágás (3 500 mm vastagságig) Plazmavágás (1 100 mm vastagságig) Lézervágás (1 30 mm vastagságig) Eróziós vágás (vízvágás) GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 2
Lángvágás Elve: a fémet helyileg tiszta O 2 -vel elégetjük. A fémet gyulladási hőmérsékletre hevítjük O 2 sugarat fújunk rá. Az O 2 hőfejlődés közben elégeti az alapanyagot, - az O 2 sugár a keletkező oxidot elsodorja az anyagról. A lángvágás feltételei: a, a vágandó anyag gyulladási hőmérséklete alacsonyabb legyen az anyag olvadási hőmérsékleténél; b, a keletkező fémoxid olvadáspontja kisebb legyen, mint az alapanyagé (hígfolyós és könnyen eltávolítható salak képződjön); c, az elégés közben fejlődő hő eléggé nagy legyen az anyag hővezető képességéhez viszonyítva. A vágandó anyag égéshője nagy, hővezetőképessége kicsi legyen; d, a fém O 2 -ben elégethető legyen. GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu
jól vághatók lánggal: Lángvágás - ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok (C=0,25%-ig, e felett edződésre hajlamosak. Az edződés elkerülhető: előmelegítéssel!); - acélöntvények. nem vagy rosszul vághatók lánggal: - nagy C tartalmú acélok C > 2 %, - erősen ötvözött acélok, - szürkeöntvény, - nemvas fémek. vágási sebesség: anyagvastagság és O 2 tisztaság függvénye. Felületi szennyeződések csökkentik a vágás sebességét, rontják a minőségét. GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu
GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu
A vágópisztoly szerkezeti felépítése - A fúvókák koncentrikusan helyezkednek el; - Az előmelegítő láng körgyűrű alakú kiömlőnyílása veszi körül az O 2 központos kiömlőnyílását. Előnye: a vágó O 2 mindig az előmelegített felületet fújja. GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu
Lángvágás A vágás menete: - a munkadarab szélét semleges lánggal előmelegítjük, - a fehérizzás hőmérsékletén a vágóoxigén szelepet nyitjuk, - az O 2 sugárban az előmelegített vasat elégetjük, a keletkező kis olvadáspontú salakot az O 2 nyomása kifújja, - kezdés után az égő folyamatosan, egyenletesen mozgatható a vágás irányában. A vas égése során fejlődő hő biztosítja a vágandó rész előmelegítését Azon fémeknél, melyek oxidációja kevesebb hőt termel, az előmelegítő lángot nagyobbra kell állítani. Az égési hőmérséklet a gyulladási hőmérsékletnél nagyobb az elégéskor fejlődő hő által az égés önmagától folytatódik. Az ötvözők hatása a lángvághatóságra: Mn segíti; Si, Mo, Ni csökkenti GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu
GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 8
GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu
GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 10
Plazmavágás Csak plazmavágással darabolhatók: korrózióálló acél, öntöttvas, Cu, Al és ötvözetei; Plazmavágás során nem megy végbe hőtermelő folyamat, a vágandó anyag nem ég el oxigénben; Lényege: a vágandó résben a koncentrált plazma a fémet megolvasztja, a gázok kinetikai energiája a megolvasztott fémet a vágási résből eltávolítja. GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu
GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu
GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 13
Plazmavágás Plazmavágáshoz használt gázkeverékek: - Ar + H 2 : 60-80% Ar + 20-30 % H 2 (kézi) 30-40% H 2 (gépi) - Ar+N 2 ; - H 2 +N 2 : 20-50 % H 2 ; 50-80% N 2 ; - Ar+H 2 +N 2 ; - Színesfémek: 35 50% H 2 (összes vágható); - H 2 v vágó (1-6 m/p) és szebb a vágott felület; A plazmavágás fő előnyei: - a vágás sikere nem függ a vágandó anyagtól, - a HHÖ kicsi- leélezésre, hegesztés előtt nem kell mechanikai élelőkészítés, - berendezése könnyen kezelhető, 10 100kW, s=80mm-ig (100-120mm), kézi és gépi, (Al:150mm). Sűrített levegős plazmavágás: a hordozóanyag levegő több területen kiszorította a lángvágást (hajógyártás) de: mérgező, zajos, hatékony elszívás! O 2 mint plazmagáz: tisztább, salakmentesebb élek, kevesebb por, füst. GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu
GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 15
16
Lézersugaras vágás Lézersugaras vágás is a termikus vágási eljárások közé tartozik, amelynél azonban a sugárnak nincs hőmérséklete, hanem az adott vágandó anyagban való elnyelődésével alakul ki a kívánt hőmérséklet. Vágáshoz nagy teljesítmény és a tized-milliméteres átmérőre fókuszált elektromágneses sugárra van szükség. A 10 6-10 8 W/cm 2 teljesítménysűrűségnek köszönhetően a munkadarab hőmérséklet növekedése gyorsabban következik be, mint az eddigi eljárásoknál. A lézerfényt a létrehozás helyétől (rezonátortól) a munkadarabhoz vezetve, a lézeres megmunkáló fejben a kívánt átmérőre fókuszáljuk a munkadarabra. GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 17
Lézersugaras vágófej 18
Lézersugaras vágás A lézersugár fókuszálásával nagy teljesítménysűrűség érhető el hatására az anyag elolvad, elgőzölög. CO 2 lézer: Nd-imp. lézer: 10 12 W mm 2 2,5 W mm 6 10 2
Lézersugaras vágás folyamata GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 20
GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 21
Lézer tulajdonságai A munkadarabot érő lézerfény teljesítményének időbeni lefolyása alapján a lézersugaras vágás történhet folyamatos, illetve impulzus üzemmódban. A technológiát lézeres oldalról több tényező befolyásolja, melyek közül a legfontosabbak: lézer teljesítménye, foltméret a munkadarabon és vágási sebesség. Impulzus üzemű lézersugár további jellemzői az impulzus csúcsteljesítménye, az impulzusidő és az impulzus frekvenciája. A lézersugaras vágásnál a foltméret állandó értéken tartása miatt a fej és a munkadarab közötti távolságot szabályozott módón állandó értéken kell tartani ahhoz, hogy a vágás minősége emiatt ne változzon. 22
Jellemzői: Lézersugaras vágás - a vágás mechanikai érintés nélküli, - az anyag mechanikai tulajdonságai nem befolyásolják a vágást, - a vágórés: 0,2mm, sorjamentes, HHÖ kicsi, - a vágott felület minősége: R max = 30 50μm, utánmunkálás:- - kis anyaghidak, éles bemetszések, - s = 8-10mm; v vágó : 1-12 m/p Lánggal nem vágható anyagoknál a vágórés elgőzölögtetett anyagát nem reakcióképes gáz (pl. N 2 ) fújja ki. Alakos fém mdb-ok, nemfémes anyagok (polimerek, fa, textil, kompozitok, kerámiák) igen jó minőségben vághatók (tömeggyártás), rugalmas anyagok: műanyag, gumi; Előny: nagyfoku automatizálhatóság: NC és CNC-vezérlésű vágóberendezés, rugalmas programozású robotok. GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu
24
GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 25
Vízsugaras vágás Ipari elterjedése a 70-es években: High Pressure Waterjet; a vízsugár sebessége:v = 500 900 m/s; p = 300 600 Mpa; Nyomásfokozó: 5 20 l/perc vízmennyiség; Fúvóka Ø: 0,08 0,5mm; anyaga: kopásálló kerámia: zafír Eljárásváltozatok: - vízsugaras, - abrazív vízsugaras: 0,08-0,1 μm-es abrazív anyagot (SiC, Al 2 O 3 ) jutattnak a vízsugárba kerámia, kőzet, keményfém gazdaságos vágása. GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu
GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu
28
Vízsugaras vágás - Vágási rés: 0,5 2,5 mm - Vágható lemezvastagság: acél: 200 mm-ig Al ötvözet: 75 mm-ig Ti és ötv.: 250 mm-ig kerámia: 50 mm-ig (abrazív vízsugaras vágás) GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu
Vízsugaras vágás Előnyök: más termikus anyagszétválasztó eljárással szemben: - az anyag nem deformálódik, nincs edződés, repedés veszély; - fizikai-kémiai változás nem éri az éleket, nincs salak, olvadék; - ugyanazon szerszámmal: kivágás, fúrás, élmegmunkálás végezhető; - bonyolult alak (CNC-vezérlés) kivágható, 2D, 3D-s szétválasztás; - a vágott felület sorjamentes; - nem keletkeznek gázok, az anyagrészecskék a vízzel eltávoznak (környezet kímélő); - nagyfokú automatizáltság. GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu
A vágási eljárások összehasonlítása A bemutatott eljárások összehasonlítása a vágható anyagvastagság, pontosság, vágási rés szélessége hőérintett zóna szempontjai alapján érdekes. A vágható anyagvastagság a lángvágás esetén a legnagyobb, azonban a vágható anyagok köre korlátozott. A plazmasugaras vágásnál a vastagság kisebb, de a vágható anyagok az acélok esetén kibővülnek és a nemvasalapú fémek is vághatóak. A vízsugaras vágással a lézeres vágáshoz képest vastagabb anyagok véghatóak, ráadásul hőhatás nélkül, azonban előfordul, hogy a vizes környezet miatt a vízsugaras vágás nem használható. 31
GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 32
A hőérintett zóna és a vágási rés alakulása a különböző vágási eljárásoknál GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 33
Gazdaságosság Konkrét esetre vonatkozóan a műszaki szempontokon kívül a gazdasági szempontok figyelembevételével születhet megfelelő döntés. A döntést befolyásolja még a vágás tömegszer ű-sége, a gyártás rugalmassága, illetve a berendezés egyéb célokra való alkalmazhatósága is (pl.: lézeres berendezésnél lézeres hegesztés, felületi hőkezelések). GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 34
Felhasznált irodalom Takács J. Korszerű technológiák a felületi tulajdonságok alakításában, Műegyetem Kiadó, ISBN 963 420 789 8, Budapest 2004 Markovits T. Járműgyártás Folyamatai I. Typotex kiadó, egyetemi jegyzet, 2012 Vincze I. Termikus vágás darabolás Dr. Szigeti F. Gázhegesztés (OALH) Lángvágás, előadásanyaga GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 35
Köszönöm a figyelmet! Kapcsolat: weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu GAMF Anyagtechnológia Tanszék, Dr. Weltsch Zoltán, weltsch.zoltan@gamf.kefo.hu 36