9. Téma Az alapanyagok darabolása, és vágása. A mechanikus és termikus vágási eljárások. 1
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
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
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
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
Hordozható lemezél-előkészítő berendezés
6
Lemezélek előkészítése termikus vágással
7
Lemezélek előkészítése termikus vágással
8
Lángvágó gépek
9
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
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
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
A lángvágás folyamata A munkadarab előmelegítése (edződésre hajlamos acélnál). Felhevítés a gyulladási hőmérsékletre (acél esetében kb. 1200 Cº). A vágási résben lévő fém elégetése oxigénben, miközben hő szabadul fel. Az elégetett fém (salak) a vágási résből való kifújása oxigénsugárral.
13
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
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
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
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
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
A lángvágás eszközei
20
Különböző lángvágófúvókák
a) egyrészes (blokk-); b) szita-; c) hornyos; d) réselt; e) gyűrűs fúvóka 21
A fúvóka kialakítás és a láng
Acetilén láng, és a hozzá való fúvóka kialakítás
Propán-bután láng, és a hozzá való fúvóka 22
Különböző vágófejek
23
A lángvágás gázainak jellemzői, a lángvágás folyamata
24
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
A kézi lángvágás technológiája Az alapanyag előkészítése sorjázás). Előmelegítés (ha szükséges) A vágópisztoly beállítása -előmelegítő gázok nyomása - vágóoxigén nyomása Megfelelő vágási technológia - vágási sebesség - vágási irány - vágási sorrend
(tisztítás,
26
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
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
A vágás iránya és sorrendje
29
Az előmelegítés hőmérséklete lángvágáshoz Szénegyenérték, Ce %
< 50
> 50
0,3 alatt 0,3...0,4 0,4...0,5 0,5...0,6 0,6 felett
100-ig 100...200 200...350
100-ig 100...200 200...350 350...500
Lemezvastagság, mm
30
A kézi lángvágás technológiája
Vágómotor, vagy szekátor
31
A gáznyomás beállítási irányértékei Jellemzők A munkadarab vastagsága, mm
Beállítási irányértékek 3...30
30...80
80...150
A vágófúvókák száma
1
2
3
A hevítőfúvókák száma
1
1
1
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
1000...3000
3000...6000
7000...13 000
Acetilénfogyasztás*, 1/h
500 (300)
700 (400)
900 (500) 32
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
A vágott felület minőségét meghatározó tényezők
a) az e alakhiba; b) a vágott felület Rm egyenletessége; c) az 34 eh barázdaelhajlás; d) az r leolvadási sugár
A vágási hibák elemzése
35
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
A lángvágás hibái
Megfelelő technológia paraméterekkel végzett, lángvágott felület.
Túl kicsi vágási sebesség a lángvágás során.
37
A lángvágás hibái
Túl magas lángvágási sebesség.
A fúvóka túl messze van a munkadarab felületéhez képest. 38
A lángvágás hibái
A fúvóka túl közel van a munkadarab felületéhez képest.
Túl sok vágóoxigén használata. 39
A lángvágás hibái
Az égőgáz mennyisége túl sok.
A lángvágás során alkalmazott fúvóka koszos. 40
A vágási hibák megjelenése
41
A vágási hibák megjelenése
42
Fotocellás vezérlésű lángvágógép
http://www.youtube.com/watch?v=jKosX-zGrxg
43
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
A plazma keletkezése
45
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 46 megoldás.
A plazmával gyakorlatilag minden fémes anyag vágható, mert a plazmasugár az összes energiáját kívülről kapja. 47
A plazmavágó elrendezése
1. Hálózati csatlakozó, 2. Plazmagázpalack, 3. Nyomáscsökkentő, 4. Plazmavágó áramforrás, 5. Vízhűtés, 6. Plazmaégő, 7. Munkadarab, 8. Áramkábel 48
A plazmavágógép sematikus ábrája
49
Plazmaképző gázok 67…80% Ar+20…33% H2→ a hidrogén növeli a vágósebességet, ha meghaladja a 35…50%-ot, valamennyi színesfém vágható 60…80% Ar+20…40% N2→ mérgező nitrogéndioxidok! (vízsugár alatti vágás) 30…90% N2+70…10% H2 A plazmagáz levegő
50
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 H2 redukáló hatást fejt ki, a vágott felület szép fényes lesz. Főleg alumínium és erősen ötvözött acéloknál alkalmazzák. 51
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
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
A CNC-plazmavágás
http://www.youtube.com/watch?v=Ilg051f8iqU http://www.youtube.com/watch?v=Nc-xrAUQpiw 54
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
A lézervágás A
lézersugár fókuszálásával olyan nagy teljesítménysűrűség (folyamatos CO2-lézerrel 2,5x106; Nd-impulzuslézerrel 1012 W/mm2) 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 CO2 lézerek terjedtek el. 56
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 (Rmax = 30...50 μm), utánmunkálást általában nem igényel; nagy tervezői szabadság a munkadarab kialakítását illetően, kis anyaghidak és éles bemetszések is elkészíthetők a koncentrált hőbevitel folytán. 57
A lézervágás elve, és berendezése
58
A vágási eljárások összehasonlítása
59
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
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
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
A vágási eljárások összehasonlítása
Millió Ft
A termikus vágás berendezéseinek beruházási költségei.
63
A vágási eljárások összehasonlítása
Lángvágás minősége (Anyag: S235J0)
Finomsugaras plazmavágás minősége (Anyag: S355J2) 64
A vágási eljárások összehasonlítása
Lézersugaras vágás minősége. 65
A vágási eljárások összehasonlítása
http://www.youtube.com/watch?v=RZBCU4PsMT8 http://www.youtube.com/watch?v=w7cAYzcHuI8 66
Termikus daraboló eljárásokkal gazdaságosan vágható anyagminőség és anyagvastagság (Pangas nyomán). Az oszlopokra írt számok az anyagvastagságot jelentik mm-ben.
67
