-taierii-materialelor

7/30/2019 -taierii-materialelor

1/13

TEHNOLOGIA TIERII MATERIALELORMETALICE

Consideraii generale

Tierea sau debitarea este operaia tehnologic prin care se urmretedesprinderea total sau parial a unei pri dintr-un material, n scopul

prelucrrii acestuia. Clasificarea procedeelor de tiere este prezentat nschema urmtoare:

Tierea (debitarea) mecanic se realizeaza cu mijloace mecanice, cumar fi: foarfece, cleti, tane, fierstraie, maini - unelte, pietre abrazive, dli.Se aplic n special n operaiile de lctuerie.

Tierea (debitarea) termic este folosit n cazul materialelor metalicede dimensiuni mari i se realizeaz prin topire local, cu flacr de gaze, cuarc electric, cu jet de plasm, sau cu laser.

Tierea (debitarea) neconvenional se folosete n cazul metalelor greude tiat prin procedeele obinuite. Se bazeaz pe efectul combinat termic ielectrochimic.

Alegerea procedeului de debitare se face n funcie de precizia impuspieselor tiate, de duritatea materialului, de calitatea acestuia i de consumulenergetic al procedeului. Se poate face cu sau fr pierderi de material.Pentru producia individual se poate adopta un procedeu cu productivitatemic, dar care s necesite un utilaj ct mai ieftin. Pentru producia n seriesau n mas se aleg procedee foarte competitive, compensnd costul mairidicat al utilajului sau al instalaiei care , n general, este mai mare. Astfel,tierea n linie dreapta a tablelor mai groase se face cu foarfecele - ghilotina,care poate realiza pn la 25 tieturi/ minut. Pentru tierea tablelor subiri

(pn la 3 mm) n fii de diferite limi, se recomand folosirea foarfecelorcu cuite disc multiple cu o viteza periferic cuprins ntre 5...25 m/min,deoarece asigur o productivitate mare. La tierea cu foarfecele mecanic,teoretic nu exist pierderi de metal, deci din punct de vedere al economiei dematerial, aceast tiere este economic i productiv. Barele de diferiteseciuni se debiteaz n mod frecvent cu fierstrul alternativ sau circular. Lafierstrul alternativ, maina i scula sunt ieftine, limea tieturii este mic


2/13

(deci pierderi mici de material), dar productivitatea este sczut. Lafierstrul circular, maina i scula sunt complicate i scumpe (pnzanecesit ascuirea pe o maina special), limea tieturii este relativ mare(deci pierderi mari de material), dar productivitatea este mare, iar costulmanoperei este sczut. n funcie de aceste considerente se calculeazcosturile pentru diferitele variante posibile de tiere i se adopt procedeulde cost minim. Operaia de tiere trebuie s asigure:

- rugozitate mic a suprafeelor separate;

- precizie mare a volumului sau a lungimii piesei;

- lipsa abaterilor de la forma geometric a piesei;

- realizarea unor semifabricate cu lungime mai mare decat seciuneatransversal;

- pstrarea caracteristicilor materialului n zona de separare.

Dup natura tierii, se deosebesc:

- retezarea (adic tierea capetelor barelor);

- debitarea propriu-zis (adic tierea semifabricatului n mai multebuci);

- despicarea (adic tierea, total sau pariala, n lung, de la exteriorspre interior);

- exciziunea (adic tierea n vederea scoaterii unei poriuni dininteriorul unui semifabricat).

n general tierea este o lucrare pregtitoare pentru alte operaii delctuerie, de achiere, de deformare plastic. Din acest motiv controlul

semifabricatelor tiate se execut din punct de vedere dimensional.Instrumentele folosite sunt metrul, ublerul, rigla gradat, raportorul iablonul. Un alt obiectiv n control este i calitatea suprafeelor prelucrate.Pentru a stabili dac suprafeele prelucrate prezint sau nu denivelriaccentuate se utilizeaz rigla de verificare. Rebuturile care se nregistreaz ladebitare pot fi cauzate de nerespectarea ntocmai a dimensiunilor prescrisesau a parametrilor procedeului (viteza, temperatura, parametrii electrici).


3/13

Dac tierea s-a facut dup trasare, rebutarea se poate datora trasrii greitesau neateniei lucrtorului.

PROCEDEE NECONVENIONALE DE

TIERETierea metalelor n ap

n ap tierea metalelor se poate face cu flacr de gaze i oxigen sauoxielectric. Pentru tierea n ap cu flacr, gazul combustibil folosit estehidrogenul comprimat n butelii, deoarece presiunile sunt de 10...15 ori maimari fa de cele de la tierea n aer. Acetilena poate fi utilizat la adncimide circa 4 m, deoarece prezint pericol de explozie. Peste aceast adncime,fiind necesare presiuni mari de gaze combustibile, se folosete numai flacrde prenclzire cu hidrogen - oxigen. Este necesar ca la locul de tiere s fieformat n prealabil un volum de aer pentru ca tierea s fie executat n aer.Gazul combustibil trebuie s fie la presiune mare i pentru a depi

presiunea aerului din jurul flcrii.

Flacra de gaz se regleaz la suprafaa apei, dup care scafandrul -tietor, cu flacra aprins, coboar n apa, astfel ncat o mare parte a flacriieste meninut fr s taie efectiv.

Arzatoarele sunt de construcie special, cu dou racorduri pentruoxigen (unul pentru flacr i unul pentru oxigenul de tiere), un racordpentru gaz i un racord pentru aer.

Deoarece puterea dezvoltat de flacr este redus s-au construitarztoare speciale cu benzin pulverizat, la care nu mai este necesarformarea volumului de aer. S-au prelucrat astfel piese cu grosimi pn la 100mm, la adancimi de pn la 30 m; consumul de oxigen este de 30...60 m3 /h,iar cel de benzin de 10...20 l /h.

Tierea cu jet de apLa concuren cu prelucrarea laser se afl prelucrarea cu jet de ap cu

particule abrazive, unul dintre cele mai noi procedee de tiere. Plecnd de laprelucrarea sticlei, unde singura problem care apare sunt zgrieturile de pesuprafaa tiat cu jet de ap, prin injectarea de particule abrazive foarte fines-a reuit tierea materialelor metalice.


4/13

Cea mai larg aplicaie o constituie prelucrarea unor materiale folositen industria aeronautic, unde sunt n curs de desfurare numeroasecercetari.

Firma Aerospaiale a realizat n acest scop un robot cu ase axe destinatprelucrrii de finisare a materialelor compozite i a unor caviti n aliajelede titan i fibrele de carbon. De asemenea, s-au realizat canale n aliajele detitan i nichel, cu limi variind ntre 0,15...10 mm, guri nfundate i formecomplexe n spaiu, cu suprafee foarte fine.

Realizarea utilajelor care s prelucreze prin acest procedeu ridicprobleme deosebite. Diferite firme recomand realizarea diuzei de focalizarea jetului din diamant, cilindrul de focalizare din carbura de bor, iar camaterial abraziv injectat n lichid se folosete pulberea de corindon.

Proprietile materialului abraziv sunt dictate de materialul piesei, deprecizia i calitatea tieturii, de lungimea ei. n funcie de materialul abrazivfolosit, durata de via a cilindrului de focalizare este de 80...100 ore, de4...5 ori mai mare dect a celor din tungsten, dar i preul este de circa 10 orimai mare. n afar de carbura de bor se fac cercetari i asupra altormateriale, cum ar fi de exemplu, materialele ceramice. Problemafundamental o constituie uzura diuzei. S-au realizat pn n prezent diuzedin materiale ceramice sinterizate, din carbur de tungsten (Japonia), dinsafir (Franta), din bor (SUA).

Se studiaz i problema realizrii unui nou sistem de injectie care saofere avantajul contractului diuzei numai cu apa, coloana de particuleabrazive urmnd s fie injectat n interiorul coloanei de ap.

Avantajele deosebite ale tierii cu jet de ap sunt : Posibilitatea de tiere a formelor tridimensionale Lipsa contactului scul pies Efecte termice reduse Posibilitatea de tiere a unei enorme varieti de materiale

metalice i nemetalice Integrare uoara n sisteme automatizate Posibilitatea de tiere multipl ( pachet de table ) fr a afecta

calitatea tieturii Rost de tiere ngust, deci pierderi minime de material ; calitate

bun a suprafeei tiate


5/13

Tiere uoar a materialelor dificil de tiat prin laser ( Al, Cuetc )

Lipsa deformaiilor

Dezavantajeleprocedeului sunt :

Echipament costisitor Rost de tiere ceva mai extins decat cel de la laser Rugozitate superioar Proces mai lent dect taierea cu laser Costuri de exploatare / mentan ridicate Proces foarte zgomotos.

Tierea cu arcul electric

Tierea cu arcul electric const n topirea materialului de tiat n zonarostului de tiere cu ajutorul unui arc electric intreinut, ntre un electrodfuzibil / nefuzibil i piesa de tiat, oxidarea parial sau total a materialuluitopit i indepartarea sa din rost de un jet aer comprimat, oxigen sau datoritgravitaiei.

Electrozii folosii pot fi din carbune ( tiere arc-aer ), tubulari din oel( tiere oxi-arc) sau obinuii din oel.

Oxidarea metalului topit poate fi parial pe seama oxigenului din aer( tierea arc-aer ) sau total pe seama oxigenului suflat centric prinelectrodul nvelit ( tiere oxi-arc ).

Principalele avantaje ale procedeului sunt : Accesibilitate Cost redus prin investiii minime Posibilitate de tiere a majoritii metalelor utilizate n structuri

sudate.

Dezavantajele tierii cu arc electric sunt :

Material Oel

carbon

Oel pt.

rezervoare

Oel de

scule

Oel

inoxidabilaustenitic

Al Ti Cu

Gros. max.taiat ( mm)

50 50 50 30 100 90 100


6/13

Calitate redus a suprafeei tiate Consum ridicat de materiale de tiere Energie termic introdus ridicat, deci ZIT extins i deformaii

importante Proces de tiere lent Productivitate redus

Material Oelnealiat

Oel aliat Cupru ialiaje

Aluminiu ialiajele

Grosimea maximtaiat ( mm )

50 60 60 25

Tierea oxigaz

Tierea oxigaz, aplicabil materialelor metalice cu coninut ridicat defier, se bazeaz pe arderea materialului ntr-un jet de oxigen de puritateridicat, materialul fiind n prealabil nclzit la temperatura de ardere noxigen cu ajutorul unei flcri oxigaz.

Temperatura de prenclzire se menine pe toat durata procesuluipentru stabilitatea procesului, cldura furnizat de reaciile de oxidare fiindinsuficiena desfurrii unui proces de tiere stabil. Oxizii formai suntndeprtai din rostul de tiere de jetul de oxigen. ndeprtarea oxizilor

formai de pe suprafaa metalului este necesar pentru accesul permanent aloxigenului la metal. Gazul combustibil cel mai utilizat este acetilena. Dar

poate fi i metanul sau amestecul butan-propan.

Avantajele deosebite ale procesului sunt : Costuri reduse pentru echipament i proces Posibilitatea de tiere a grosimilor mari dup diverse contururi Echipament mobil Posibilitatea de adaptare a echipamentului i pentru alte procese

( sudare, tratamente termice etc. ) Posibilitatea de tiere a mai multor repere simultan .

Dezavantajele procesului sunt : Precizie i calitate relative modeste comparativ cu alte procedee

( laser, plasma, jet de ap )


7/13

Energie termic introdus ridicat, deci ZIT extins i deformaiiimportante

Extindere mare a rostului de tiere, deci consum de material Se pot tia doar otelurile carbon slab aliate i fontele Proces lent comparativ cu altele ( laser, plasma etc. ) Productivitate modest.

Tierea cu laser

Tierea cu laser este un procedeu care, la ora actuala, cunoate o largdezvoltare i aplicare. Ca avantaje se pot enumera :

- tieturi foarte fine n materialele cu fragilitate mrit sau cu duritatemare, tieturi n orice direcie i n locuri greu accesibile;

- absena eforturilor mecanice asupra pieselor.

Instalaia laser este un utilaj complex destinat operaiilor de tiereconturat i debitrilor de precizie. n principal se compune din urmtoareleechipamente: laser cu CO2, sistem de deplasare a semifabricatului ncoordonate xy, cap de tiere deplasabil pe axa z, instalaie electricconventional CNC pentru deplasare pe contur.

Instalaia are multe domenii de aplicabilitate, dintre care se potenumera:

- n industria construciilor de maini i electrotehnic, pentru tiereaconturat i debitarea tablelor cu grosimi pn la 6 mm, din oeluri de uz

general ( panouri diverse, piese plane complexe n fabricaia deautovehicule, material rulant), din oeluri aliate ( scule, repere planecomplexe din aeronautic ) i din oeluri inoxidabile; tierea dreapt i

profilat a evilor din oel; tierea conturat i debitarea simpl amaterialelor plastice, cauciuc, electroizolante;

Material Oel carbon Oel slab aliat FonteGrosime maxim

taiat ( mm )300 150 100


8/13

- n industria uoara i a lemnului, pentru tierea conturat amaterialelor textile, piele, materiale plastice, furnire, lemn, melaminate degrosimi pn la 20 mm.

Principalele caracteristici tehnice ale instalaiei tip CO2 - 400 sunt:

- echipamentul laser:

- putere reglabil: 100...400W;

- mediu activ - amestec CO2, He, N2;

- gaze auxiliare de lucru: O2 sau N2;

- sistemul de deplasare a pieselor n coordonate:

- cursa maxim pe xy: 800...1000 mm;

- viteza tehnologic de deplasare: 0,1...8 m/min;

- precizia de conturare: 0,1 mm/m

- sistemul CNC:

- deplasarea pe axele xy cu vitez programabil;

- programare pe consol, n cote relative sau pe band perforat;

- multiplicare - demultiplicare, retur pe contur, lucrul n oglind;

- afiarea pe display alfanumeric: cote prescrise, cote parcurse, regimurii situaii de lucru.

- instalaia electric de comand i control:

- puterea instalat (total): 15 kVA; 380 V; 50 Hz.

Prelucrarea cu laser se caracterizeaz prin:

- productivitatea mrita fa de procedeul de tiere oxiacetilenic saucel de tiere mecanic, de 10...20 ori, n special datorit vitezelor mari detiere;


9/13

- pierderi minime de material datorate interstiiului mic de tiere(0,2...0,5 mm) i croire economic asistat de calculator;

- precizie de tiere conturat i zona de influen termic redus;

- elasticitatea mare de prelucrare a profilelor plane i a materialelor(gam larg de materiale prelucrabile).

innd seama de aceste avantaje i de elementele specifice aleinstalaiei, se urmrete extinderea domeniilor de aplicare pentru realizareade repere plane complexe, n special pentru producie de serii mici i mijlociii pentru prelucrarea materialelor cu caliti speciale (aliaje dure iextradure, materiale compozite, amorfe, stratificate).

Avantajele deosebite ale procesului de tiere sunt : Posibilitatea de tiere a unei varieti largi de materiale metalice

i nemetalice Posibilitatea utilizrii echipamentului i n alte procese de

prelucrare ( sudare, tratamente termice etc. ) Posibilitatea de tiere piese tridimensionale Energie introdus redus, n consecin ZIT redus ca extindere

i deformaii minime Rost de tiere ngust ( 0,5 mm la table de oel de 2 mm ) ceea ce

conduce la tieri precise, tolerane reduse i controlul perfect al

dimensiunilor tiate, chiar la contururi complicate Absena contactului scul - pies , ceea ce conduce la absena

deformaiilor suprafeei materialului i la evitarea tendinei dembtrnire la piese ce ulterior sunt expuse nclzirii

Calitate foarte bun a suprafeei tiate, fr oxizi, particulestrine, stropi, fisuri etc.

Flexibilitate ridicat Proces silenios i rapid Posibilitate de realizare a formelor complicate, dificil de

realizat prin procedee convenionale de tiere.

Dezavantajele principale ale tierii cu laser sunt : Calitate redus la grosimi mari Grosimi de material tiate, reduse comparativ cu alte procedee Proces scump


10/13

Echipament costisitor Investiia iniiala necesit un studiu economic riguros pentru

verificarea valabilitii investiiei Dificultai n tierea materialelor metalice cu reflexibilitate i

conductibilitate termic crescute, respective cuprul i aluminiul Necesitatea frecvent de reproiectare a pieselor pentru a faceoptim tierea cu laser

Material Oelcarbon

Oel inox.austenitic

Oel inox.martensitic

Cu Al Inconel Ti Alame

Gros. max.tiat (mm)

8 4 7 4 3 5 1 3

PLASMA

Tierea cu jet de plasm

La tierea cu jet de plasm, datorit concentraiei mari de energie ntr-un spaiu restrns, se pot atinge temperaturi foarte nalte sub un puternicefect de suflu. Materialul piesei este nclzit pn la topirea unui strat, dupcare se sufl din tietur cu jetul de plasm. La grosimi ale pieselor mai maride 10 mm, jetul de plasma este nlocuit de un arc de plasm (calduradegajat n seciunea tieturii este mai mare).

Jetul de plasm este utilizat din ce n ce mai mult la tierea oelurilorbogat aliate, a metalelor neferoase i chiar a materialelor nemetalice. Se potutiliza drept gaze plasmogene: argon, azot, hidrogen, heliu. Folosindu-segeneratoare de plasm cu puteri instalate de pn la 150 kW se pot tiamateriale care, n cazul oelurilor, ajung pn la 120 mm grosime, iar pentrualuminiu pn la 125 mm.

Principalii parametri ai instalaiei de tiere cu plasm sunt: viteza detiere, intensitatea i tensiunea curentului electric n arcul de plasm, naturai debitul gazului plasmogen.

Stabilirea valorilor acestor parametri se face n funcie de naturamaterialului prelucrat, grosimea semifabricatului, calitatea impus


11/13

suprafeei, productivitatea impus, precizia dimensional i formageometric cerute.

Grosimea semifabricatului debitat cu jet de plasm poate fi de pn la60...80 mm i chiar mai mult. De reinut ns c, o dat cu creterea grosimiisemifabricatului debitat, creterea densitii de curent nu mai conduce la ocretere proporional a vitezei de tiere. Aceasta se datoreaz faptului c omare parte a energiei termice este consumat la extinderea zonei influenattermic care, pentru un rost de tiere b = 1,5 mm, poate cpta o extindere de0,24 mm.

Plasmatroanele care folosesc gaze plasmogene biatomice ( N2,H2,O2)asigur tierea de calitate a semifabricatelor din materiale metalice (cu

precdere a oelurilor nalt aliate, refractare i inoxidabile, aliajelor de

aluminiu, cupru, titan) i compozite cu matrice metalic sau din maseplastice ( termoplastice, termorigide, elastomere).

Printre defectele specifice tierii cu jet de plasm se menioneaz :rotunjirea muchiilor datorit tierii cu o putere prea mic a generatorului de

plasm; rugozitatea mai mare pe una dintre suprafeele rezultate prin tiere,ca urmare a efectului turbionar al jetului de plasm; apariia de bavuri pe

partea opus a zonei tiate i mprocri de material, sub form de stropi, caurmare a tierii cu viteze prea mari; formarea unor zone influenate termic ncare, sub aciunea tensiunilor termice i remanente pot aprea fisuri,

crpturi.

Pentru prelucrarea pieselor din oel carbon cu grosimi de pn la 75 mmse pot utiliza, n locul gazului inert, aer sau oxigen. Calitatea tieturii cu jetde plasm este cel puin tot att de bun ca i cea realizat prin tiereaoxiflacr, ns cu o zon influenat termic mai mic, de cel mult 1,5 mm.Precizia tieturii este de 1,5 mm.

Prelucrarea prin eroziune cu plasm

Plasma este un gaz sau un amestec de gaze puternic ionizat (compusdin molecule, atomi, ioni i electroni) i cvasineutru din punct de vedereelectric. Se caracterizeaz prin: conductivitate electric mare, capacitate deinteractionare cu campurile electrice i magnetice, permanent sursa deradiaii electromagnetice cu spectru larg (infrarou, vizibil, ultraviolet).

Natura mediului gazos, gradul de ionizare i de recombinare determin


12/13

temperatura plasmei, care variaz n limite foarte largi. Deosebim astfelplasma de temperatura scazut, de aproximativ 103 K i plasma nuclear,pn la 108 K, definit de unii autori ca fiind a patra stare de agregare asubstanelor, cu implicaii directe n descoperirea a noi surse de energie.

n domeniul construciilor de maini se folosete plasma de6.000...300.000 K, obinut n urma unor descrcri electrice n mediu gazos

prin arc, prin scantei sau latente. Plasma se obine n generatoare de plasm,numite i plasmatroane, n care coloana arcului electric este obligat, subaciunea unui jet de gaz, s treac printr-un spaiu limitat de orificiu uneiduze.

Schema de principiu a unui generator de plasm: Arcul electric seformeaz ntre un electrod de wolfram i piesa supus prelucrrii . Arcul

provoac ionizarea gazului i va fi suflat n afar sub forma unui jet deplasm 4 pe suprafaa piesei unde va produce erodarea acesteia, rezultndpiesa prelucrat. Plasmatronul este un ajutaj de cupru 3 rcit forat cu ap.

Generatoarele de plasm pot funciona, dupa modul n care serealizeaz descrcarea, n doua variante:

- cu arc cu plasm ( arcul arde ntre electrodul - catod i piesa anodtrecnd prin duz) - generator tip Plasmarc;

- cu jet de plasm (arcul arde ntre electrodul - catod i duz - anod,plasm fiind suflat de ctre presiunea gazului sub form de jet) - generatortip Plasm - Plating.

Sistemul de alimentare cu gaz plasmogen const din butelii de presiunenalta n care se afl nchis gazul de lucru; argon, hidrogen azot, heliu,kripton sau amestecuri ale acestora.

Sursa de alimentare cu energie electric are, n funcie de generatorulutilizat, puteri de pn la 105 W i tensiunea necesar arcului de plasm de

200 - 250 V.

Prelucrarea dimensional se obine n urma operaiei de tiere,cilindrare exterioar, filetare, metalizare. Se pot prelucra cu plasm oelurileinoxidabile, oelurile manganoase, aliajele de titan, cuprul, magneziul,aluminiul i aliajele lor, fonta i deeurile toxice ale industriei chimice (printransformare n produse marf).


13/13

Avantajele tierii cu plasm sunt : Cost relativ sczut al echipamentului Grosimi mari tiate ( pn la 300 mm ) Process rapid

Posibilitate de tiere a tuturor materialelor metalice Calitate bun a tieturii

Dezavantajele procedeului de tiere cu plasm sunt : Rost de tiere extins ( deci pierderi de material ) Cost operator superior tierii oxigaz Posibilitate de tiere doar a metalelor ZIT extins, deci i deformaii importante Vitez de tiere inferioar tierii cu laser sau jet de ap.

Material metalic Oel carbon Oel inoxidabil Aluminiu Cupru TitanGrosime

maxim tiat( mm )

300 130 100 80 100

-taierii-materialelor

Documents

Transcript of -taierii-materialelor