СПОСОБ ВЫРЕЗКИ КОНТУРА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD OF CUTTING METAL PART CONTOUR

Изобретение относится к способам струйной резки и может быть использовано для вырезки контура металлических изделий, полученных преимущественно из труднодеформируемых металлов и сплавов методами обработки давлением.
Известен способ обрезки облоя и припуска в обрезных штампах (Ковка и штамповка. Справочник в 4-х томах под ред. Е.И.Семенова. 1986 г., т.2, с.481). Недостатками способа являются низкая эффективность при производстве мелких партий поковок в связи с увеличением доли затрат на изготовление обрезного инструмента. Кроме того, для обрезки облоя крупногабаритных поковок требуются специализированные прессы значительной мощности и габаритов.
Известен способ обрезки облоя штампованных изделий на металлорежущих станках (Полуфабрикаты из титановых сплавов. В.К.Александров и др. 1996 г., с.400). Недостатками способа являются его низкая производительность и наличие после удаления облоя промасленной стружки, требующей дополнительной очистки перед добавлением в шихту для последующего переплава.
Известен способ обрезки облоя штампованных изделий огневой резкой (Полуфабрикаты из титановых сплавов. В.К.Александров и др. 1996 г., с.401). Недостатками способа являются низкое качество реза, возникновение вследствие термического воздействия в зоне реза газонасыщенного слоя, что требует дополнительной очистки металла поковки и образующихся отходов для вовлечения в дальнейшее производства. В ряде стандартов, в частности в стандартах авиастроительных фирм, использование термического метода не допускается.
Известен способ обрезки деталей с криволинейным контуром (патент РФ №2290287, 2004 г.) - прототип.
Способ предназначен для удаления припусковой части детали, полученной методом листовой вытяжки. В качестве технологической оснастки используют ложемент и шаблон индивидуального исполнения. Обрезаемую деталь укладывают на ложемент и фиксируют, сверху накладывают шаблон. Рез производят путем скольжения сопла плазматрона по внешней направляющей шаблона. Операцию обрезки осуществляют вручную с применением установки воздушно-плазменной резки.
Недостатками способа являются узкая специализация, т.е. возможность использования только для деталей, полученных листовой штамповкой, низкая точность геометрических размеров получаемых изделий, ручной режим перемещения сопла, большая доля безвозвратных потерь металла. Для получения равномерной ширины пропила необходимо задать соплу равномерное перемещение на определенной скорости. Перемещение с переменной скоростью приводит к изменению геометрических размеров контура и искривлению линии контура. Отклонения величины скорости от оптимальной нарушают показатели качества плоскости реза, на высоких скоростях возможно неполное прорезание толщины листа.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа, позволяющего повысить эффективность вырезки контура изделий в автоматическом режиме.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является расширение номенклатуры обрабатываемых изделий в части их конфигурации и размеров, повышение точности геометрических размеров и улучшение показателей качества поверхности плоскости реза обрабатываемых изделий, а также снижение безвозвратных потерь металла за счет уменьшения ширины реза.
Указанный технический результат достигают тем, что в способе вырезки контура металлических изделий, включающем закрепление изделия в ложементе рабочего координатного стола установки водоабразивной резки, взаимное позиционирование изделия и рабочего инструмента, операцию вырезки контура методом струйной резки на ложементе рабочего координатного стола установки водоабразивной резки, проводят ориентацию положения обрабатываемого изделия относительно координатных осей стола и задают программу резки посредством установки на изделие разметочного шаблона, на поверхность которого нанесены реперные точки и точки старта программы резки, после чего шаблон снимают и запускают программу резки, в соответствии с которой осуществляют движение рабочего инструмента в автоматическом режиме. Разметочный шаблон изготавливают из тонкого листового материала на идентичном рабочем координатном столе установки водоабразивной резки методом водоабразивной резки, причем охватывающий обрабатываемое изделие внутренний контур реза разметочного шаблона располагают в плюсовом поле допуска на линейные размеры. Уровень воды относительно обрабатываемого изделия на рабочем координатном столе установки водоабразивной резки регулируют с помощью пневматического аккумулятора.
Сущность способа заключается в следующем.
Процесс реализуют на установках водоабразивной резки (ВАР) с координатным столом портального или консольного типа. Установка оснащена системой ЧПУ, позволяющей производить перемещение режущей головки в системе двух координат (2D). Для повышения показателей качества поверхности (ПКП) плоскости реза и увеличения скорости резки применяют систему с возможностью перемещения режущей головки по 5-ти осям (2,5D). При этом режущую головку (РГ) размещают на портале координатного стола 2D с возможностью угловых перемещений в трех координатах на величину +/-7 градусов.
Обрабатываемую деталь укладывают и фиксируют в пазах универсального ложемента. Форма рабочего контура ложемента (универсальных опор) удовлетворяет всей размерной линейке обрабатываемых деталей. Оператор накладывает на деталь разметочный шаблон, изготовленный из тонкого листового материала, внутри шаблона выполнен криволинейный наружный контур изделия. В целях экономии обрабатываемого металла реальный контур разметочного шаблона расположен в плюсовом поле допуска. Шаблон изготавливают на идентичной установке водоабразивной резки. Разметочный шаблон содержит реперные точки и точку старта программы. Универсальный разметочный шаблон включает точки старта программ обрезки контура, вырезки образцов и технологических припусков. В ряде случаев используют индивидуальные разметочные шаблоны. Для крупногабаритных деталей в целях облегчения массы используют разрезные шаблоны, повторяющие элементы контура реза, в количестве двух и более штук.
Оператор подводит РГ установки ВАР к реперным точкам шаблона, ориентируя положение детали относительно координатных осей стола. Перемещает РГ в точку старта и далее в нулевое положение стола, накладывая, таким образом, управляющую программу на тело обрабатываемого изделия. Шаблон снимают и запускают рабочую программу резки. В целях исключения ошибок программирования целесообразно производить предварительный обход контура реза каждой первой детали партии в холостом режиме, устанавливая в качестве рабочего инструмента фальшсопло. Контроль геометрических размеров обработанного изделия производят индивидуальным шаблоном, ПКП проверяют визуально по эталону сравнения.
Процесс ВАР оптимально реализует операции удаления облоя, отрезки технологического припуска, вырезки отверстий, а также вырезки образцов для испытания объемных штампованных поковок. Режущая головка позволяет самое тесное приближение к телу изделия, минимальные безвозвратные потери, максимальное вовлечение в переплав отходов, в том числе и сплавов авиационного назначения. Процесс можно начинать в любой точке детали без предварительной подготовки. В отдельных случаях при разрезаемой толщине более 150…200 мм целесообразно в точке старта программы резки предварительно выполнить отверстие. Технология резки исключает механический и термический наклеп. Ширина пропила составляет 1,0…2,5 мм. Радиус кривизны на участках резкого изменения направления криволинейного контура детали стремится к нулю.
Резка под слоем воды исключает матирование прилегающих зон, существенно снижает уровень шума и загрязненность рабочего места.
С другой стороны в целях удобства обслуживания и работы оператора в ходе загрузки и установки детали уровень воды в ловушке рабочего стола установки опускают. В результате оператор имеет возможность визуального контроля при выполнении операций наложения шаблона и считывания контрольных точек.
В целях ускоренного изменения уровня воды используют пневматический аккумулятор. Продолжительность изменения уровня не превышает 30 с. Датчики высоты устанавливают необходимый режим.
Выполнены исследования по влиянию метода ВАР на обрабатываемую деталь. Степень загрязненности приповерхностных зон исследовали на растровом электронном микроскопе BS 300. Степень и глубину наклепа определяли косвенно по ширине дифракционной линии β (102) на установке ДРОН-2 (3). Геометрические показатели плоскости реза (конусность, шероховатость, бороздчатость) определяли с использованием электронного микроскопа МИС-11. Дополнительно шероховатость и волнистость поверхности измеряли с использованием переносного прибора Sartronic и стационарного профилометра. Все показатели качества обработанного изделия соответствовали требованиям спецификаций на поставку.
В случае применения системы управления РГ 2,5D конусность и бороздчатость плоскости реза полностью отсутствует, шероховатость составляет Ra 1,5…2,5 мкм. Применительно к поковкам процесс ведут на ускоренных режимах, поскольку в дальнейшем деталь подвергают механической обработке. В этом случае целесообразно получать плоскость реза без конусности, при допущении на поверхности бороздчатости с глубиной впадин не более 1,5 мм. Шероховатость со стороны входа струи сохраняет свое прежнее значение на протяжении 40…75% разрезаемой толщины.
Процесс ВАР удовлетворяет всем требованиям российских и зарубежных стандартов (ВАС 5492).
Промышленную применимость предлагаемого способа подтверждает следующий пример конкретного выполнения изобретения.
Осуществляли обрезку облоя крупногабаритных штампованных поковок тележки шасси из титанового сплава Ti-10V-2Fe-3Al с использованием установки ВАР. Толщина разрезаемого сечения 20÷40 мм, периметр контура реза 7000 мм. Процесс ВАР проводили с использованием системы с давлением воды 413 МПа, расходом воды до 7,6 л/мин. В качестве абразива применяли гранатовый концентрат с содержанием граната не менее 98%. Продолжительность операции резки составила 75 минут, получена точность линейных размеров +1,0 мм. После резки заусенец отсутствовал, дополнительных операций доработки не потребовалось. Шероховатость поверхности плоскости реза составила Ra 2,3 мкм. После химического осветления поверхности поковки производили контроль геометрических размеров. Все значения геометрических размеров и показатели качества поверхности поковки соответствовали требованиям спецификации на поставку.
Предлагаемый способ вырезки контура металлических изделий позволяет уменьшить трудоемкость вырезки контура, обеспечивает точность геометрических размеров и получение показателей качества в соответствии с требованиями спецификаций.