Способ очистки поверхности изделий

 

Использование: обработка длинномерных материалов для удаления заусенцев оплавлением или сжиганием путем воздействия дуговым разрядом. Сущность изобретения: обработку заусенцев осуществляют плазмотроном при обеспечении постоянной длины дуги и соответствующего ей зазора между соплом плазмотрона и обрабатываемой поверхностью при относительном перемещении указанных элементов со скоростью, определяемой из соотношения: где V - скорость перемещения изделия или плазмотрона, м/c; U - напряжение на дуге, В; I - ток дуги плазмотрона, А; K - коэффициент, учитывающий потерю мощности плазмотрона на допустимый нагрев изделия и рассеивания тепла в окружающую среду; l - средняя высота заусенцев, м; b - средняя толщина заусенцев, м; j - плотность материала изделия, кг/м³; c - удельная теплоемкость материала изделия, кдж/кг град;
t - температура нагрева материала изделия до его плавления, ^oС;
- теплота плавления материала изделия, кдж/кг. 1 ил.

Изобретение относится к области обработки длинномерных материалов, преимущественно после их механической обработки, направлено на обеспечение удаления заусенцев, повышение производительности процесса и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известные способы удаления заусенцев путем обработки кромок изделий абразивным механизированным инструментом или пескоструйной обработкой имеют сравнительно низкую производительность, создают повышенный уровень шума и значительные пылевыделения, что существенно ухудшает условия труда.

Известен способ удаления заусенцев, при котором обрабатываемые изделия помещают в закрытую камеру, подают в камеру горючую смесь, приводят изделия во взвешенное состояние путем вибрации и в таком положении смесь воспламеняют [1] При этом заусенцы на изделиях сгорают или оплавляются, не повреждая поверхностей изделия.

Такой способ удаления заусенцев в значительной степени уменьшает запыленность рабочих мест, является более производительным, но не снижает уровня шума в процессе обработки. Кроме того, обработка этим способом длинномерных изделий и заготовок, например, полос, существенно усложняет установку для его осуществления, потребует увеличения мощности оборудования (привода виброустановки) и энергозатрат.

Известен также способ очистки поверхности металлических изделий (в том числе и удаление заусенцев) путем воздействия на обрабатываемые поверхности дуговым разрядом при давлении ионизируемого газа 10²-10⁴ Па, при котором воздействие дуговым разрядом производят в импульсном режиме с частотой импульсов 10-100 Гц и энергией в каждом импульсе 0,5-60 дж [2]
Этот способ наряду с очисткой обрабатываемой поверхности обеспечивает и удаление заусенцев на кромках изделий и заготовок, дает возможность регулировать температуру обрабатываемых деталей за счет изменения частоты следования импульсов и их мощности. Однако такой способ усложняет оборудование для его реализации, особенно когда требуется в основном удаление заусенцев, и ограничивает производительность работ.

Наиболее близким к заявляемому по техническому существу (прототипом) является способ очистки металлических поверхностей путем воздействия на изделие дуговым разрядом. В качестве источника дугового разряда используют плазмотрон, который располагают над очищаемым изделием с зазором между торцом плазмотрона и очищаемой поверхностью, при этом обеспечивают относительное перемещение плазмотрона и очищаемой поверхности. Дуговой разряд создают высокочастотным полем и осуществляют в потоке инертного газа с образованием турбулентных вихрей [3]
Этот способ позволяет получить полную очистку поверхности изделия от загрязнений. Однако он не обеспечивает удаление заусенцев с очищаемой поверхности изделия.

Целью данного изобретения является обеспечение удаления заусенцев и повышение производительности процесса при обработке длинномерных материалов преимущественно после механической обработки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу очистки поверхностей изделий, преимущественно длинномерных материалов после механической обработки, включающему воздействие на очищаемую поверхность дуговым разрядом, создаваемым посредством расположенного над очищаемой поверхностью с зазором плазмотрона, при этом в процессе очистки осуществляют относительно перемещение плазмотрона и очищаемого изделия при обеспечении постоянных длины дуги и соответствующего ей зазора между торцом плазмотрона и очищаемой поверхностью, в соответствии с данным изобретением воздействие дуговым разрядом при очистке поверхностей от заусенцев осуществляют путем нагрева заусенцев до температуры их плавления, а скорость относительного перемещения плазмотрона и очищаемого изделия при этом выбирают из соотношения:

где V cкорость перемещения изделия или плазмотрона, м/с;
U напряжение на дуге, В;
I ток дуги плазмотрона, А;
К коэффициент, учитывающий потерю мощности плазмотрона на допустимый нагрев изделия и рассеивания тепла в окружающую среду;
b средняя толщина оплавляемых заусенцев, м;
l средняя высота заусенцев, м;
j плотность материала изделия, кг/м³;
c удельная теплоемкость материала изделия, кдж/кг град;
t^o температура нагрева материала изделия до его плавления, С^o;
теплота плавления материала изделия, кдж/кг.

Длина дуги плазмотрона в процессе обработки изделий влияет на величину потерь энергии чем она длиннее, тем больше потери. Однако эта зависимость не линейная, и по этой причине ее влияние учитывается коэффициентом К наряду с другими факторами. Зная или выбрав режим работы плазмотрона (U, I), материал обрабатываемых изделий и средние размеры заусенцев по приведенному выше соотношению устанавливают предварительно скорость перемещения обрабатываемого изделия относительно сопла плазмотрона (или наоборот), а необходимую корректировку скорости осуществляют в процессе обработки.

Сущность заявляемого способа поясняют приводимые ниже описание конкретного примера его осуществления и схема установки.

Обрабатываемые изделия 1, например, металлические полосы, полученные рубкой на гильотинных ножницах, последовательно подают на приводной рольганг 2, имеющий регулируемую скорость подачи полос, и обеспечивают удержание обрабатываемых кромок с заусенцами 3 с помощью известных средств, например, ограничительных и прижимных роликов (не показаны), на требуемом расстоянии относительно сопла 4 плазмотрона, закрепленного у рольганга стационарно. Скорость подачи полос V определяют из указанного выше соотношения и корректируют в процессе обработки полос. В силу ограниченного отвода тепла с поверхности заусенцев 3 в зоне действия дуги 5 температура материала на заусенцах резко возрастает и вызывает их выгорание или оплавление, что при правильно выбранном значении скорости V перемещения полос не ведет к оплавлению основного металла.

Таким образом обрабатываются не только плоские, но и цилиндрические или иной формы кромки деталей, например, штампованные днища при закреплении детали или плазмотрона в соответствующем приспособлении (днища на планшайбе при неподвижном плазмотроне).

В конкретном примере осуществления изобретения обработке (удалению заусенцев) подвергались кромки полос из стали 0Х18Н9Т сечением 60х3,0 мм, получаемых рубкой листа на гильотинных ножницах. Средние размеры заусенцев составляли соответственно:
b 0,4 мм 410^-4 м;
l 0,85 мм 8,510^-4 м
Обработка кромок осуществлялась на описанной установке с использованием плазмотрона, питаемого от сварочного выпрямителя с водяным охлаждением медного сопла с вольфрамовым электродом. Плазмообразующий газ аргон, расход газа 10-20 л/мин. В качестве источника питания использовался сварочный выпрямитель PS-3500, обеспечивающий напряжение 45-50 В при токе 300-350 А. При указанных режимах работы и длине дуги 15 мм потери энергии могут достигать 40% и выше, т.е. к=0,4. Принимая для материала полос значения: C=0,12 кдж/кг град; l 20 кдж/кг; j=7,810³ кг/м³; температура плавления t_пл=1400^oС и начальная температура металла t_o=20^oС (т.е. t=t_пл-t_o=1400-20=1380 ^oС), предварительное значение скорости подачи полос, определенное из приведенного ранее соотношения составило:

Практически хорошее качество обработки кромок наблюдалось при скорости подачи полос 3,5 м/с. Для сравнения скорость обработки таких же полос абразивным инструментом не превышает 0,5 м/с даже при машинной обработке, при этом условия труда работающих значительно хуже (запыленность воздуха, шум, вибрация).

Источники информации, принятые во внимание:
1. А.с.СССР N 503679, кл. В 23 K 28/00, 1974 г.

2. А.с.СССР N 935141, кл. В 08 В 3/10, 1980 г.

3. А.с.СССР N 1747213, кл. В 08 В 7/04, 1990 г. прототип.

Формула изобретения

Способ очистки поверхностей изделий, преимущественно длинномерных материалов после механической обработки, заключающийся в том, что на очищаемую поверхность воздействуют дуговым разрядом, создаваемым посредством расположенного над очищаемой поверхностью с зазором плазмотрона, причем в процессе очистки осуществляют относительное перемещение плазмотрона и очищаемого изделия при обеспечении постоянных длины дуги и соответствующего ей зазора между торцом плазмотрона и очищаемой поверхностью, отличающийся тем, что воздействие дуговым разрядом при очистке поверхностей от заусенцев осуществляют путем нагрева заусенцев до температуры их плавления, а скорость относительного перемещения плазмотрона и очищаемого изделия при этом выбирают из соотношения

где v скорость перемещения (изделия или плазмотрона), м/с;
U напряжение на дуге, B;
I ток дуги плазмотрона, A;
k коэффициент, учитывающий потерю мощности плазмотрона на допустимый нагрев изделия и рассеивания тепла в окружающую среду;
b средняя толщина оплавляемых заусенцев, м;
l средняя высота заусенцев, м;
j плотность материала изделия, кг/м³;
C удельная теплоемкость материала изделия, кДж/кг град;
t^o скорость нагрева материала изделия до его плавления, градс;
теплота плавления материала изделия, кДж/кг.

РИСУНКИ

Рисунок 1