RU2088389C1

RU2088389C1 - Method of electron beam cutting

Info

Publication number: RU2088389C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Семенов; Е.И. Гырылов
Original assignee: Бурятский институт естественных наук СО РАН
Priority date: 1991-05-07
Filing date: 1991-05-07
Publication date: 1997-08-27

Abstract

FIELD: cutting of hard carbide alloys. SUBSTANCE: plate to be cut is installed on tungsten plate. Electron beam is directed onto plate and spot of 1 mm in diameter is formed. Then, spot is moved across plate with velocity of 0.3-1 cm/s. In process of cutting the power of electron beam is maintained within 1 kW. EFFECT: provision of high- speed splitting of plate from hard carbide alloys, and preservation of strength properties of material in place of cutting due to nonuniform distribution of introduced power.

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу резания пластин твердых сплавов Т15К6 электронным пучком, например, в электроннолучевой энергоустановке. The invention relates to mechanical engineering, in particular to a method for cutting T15K6 hard alloy plates by an electron beam, for example, in an electron beam power plant.

В металлообработке при производстве деталей из металлов известны способы ведения резки, предусматривающие использование оптических квантовых генераторов (лазеров), плазменных и газопламенных струй, электроэрозии, алмазных дисков, ускоренных электронных пучков с высокой яркостью. In metalworking in the manufacture of metal parts, cutting methods are known that involve the use of optical quantum generators (lasers), plasma and gas-flame jets, electroerosion, diamond disks, accelerated electron beams with high brightness.

Известен способ электроннолучевой резки металлов, при котором с целью экономии энергии и металла применяют остро сфокусированный пучок электронов большой плотности мощности. При этом металл под электронным пучком расплавляется [1]
Однако резку с расплавом невозможно применять для твердых сплавов, которые легко утрачивают прочностные свойства и отпускаются при относительно низких температурах (эти температуры существенно ниже температуры плавления сплавов).A known method of electron beam cutting of metals, in which in order to save energy and metal use a sharply focused electron beam of high power density. In this case, the metal melts under the electron beam [1]
However, cutting with a melt cannot be used for hard alloys, which easily lose their strength properties and are released at relatively low temperatures (these temperatures are significantly lower than the melting temperature of the alloys).

Известен способ ведения резким лазерным лучом [2] заключающийся в подаче светового потока на разрезаемый металл и расплавлении концентрированным световым потоком металла в зоне термического воздействия, при этом образуется сквозной прожиг металла. There is a method of conducting a sharp laser beam [2] which consists in supplying a light flux to the metal being cut and melting by a concentrated light flux of the metal in the heat-affected zone, whereby through burning of the metal is formed.

Недостаток известного способа заключается в том, что таким способом нельзя резать пластины из высокопрочных твердых сплавов на основе карбидов вольфрама, кремния и титана. Будучи сформированными порошковой металлургией, твердые сплавы практически не подаются технической обработке, однако быстро деструктируются при высоких температурах и отпускаются, утрачивая механические свойства, что недопустимо при использовании их в инструментах для механической резки металлов (резцы, сверла, фрезы). The disadvantage of this method is that in this way you cannot cut plates of high strength hard alloys based on tungsten, silicon and titanium carbides. Being formed by powder metallurgy, hard alloys practically do not undergo technical treatment, however, they quickly degrade at high temperatures and are released, losing their mechanical properties, which is unacceptable when used in tools for mechanical cutting of metals (cutters, drills, mills).

Цель изобретения повышение экономичности и качества резания пластин твердых карбидных сплавов за счет их раскалывания пучком электронов. The purpose of the invention is to increase the efficiency and quality of cutting plates of hard carbide alloys due to their splitting by a beam of electrons.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ электронно-лучевой резки твердых материалов, при котором электронный луч направляют перпендикулярно разрезаемому изделию и создают локальную зону перегрева с вертикальной трещиной, а лучу сообщают линейное перемещение вдоль линии реза. The closest to the invention in technical essence and the achieved effect is a method of electron beam cutting of solid materials, in which the electron beam is directed perpendicular to the cut product and create a local overheating zone with a vertical crack, and the beam is informed of linear displacement along the cut line.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет резать пластины из карбидных сплавов. The disadvantage of this method is that it does not allow cutting plates of carbide alloys.

Целью изобретения является также обеспечение резки пластин из карбидных сплавов. The aim of the invention is also the provision of cutting plates of carbide alloys.

Цель достигается тем, что в способе резания пластин твердых сплавов электронным пучком, включающем подачу ускоренных электронов нормально плоскости пластины, местный перегрев и перемещение электронного пятна по пластине, пластину кладут на вольфрамовую плиту, подают электронный пучок на плиту, уменьшают сечение пучка до 1 мм, приближают пучок к краю пластины и дают линейное перемещение пучку по пластине со скоростью 0,3 1 см/с, в качестве контролируемого параметра используют мощность электронного пучка, составляющую 1 кВт. The goal is achieved by the fact that in the method of cutting hard alloy plates with an electron beam, including the supply of accelerated electrons normally to the plane of the plate, local overheating and movement of the electron spot along the plate, the plate is placed on a tungsten plate, the electron beam is fed onto the plate, the beam cross section is reduced to 1 mm, they bring the beam closer to the edge of the plate and give a linear movement of the beam along the plate at a speed of 0.3 1 cm / s; the electron beam power of 1 kW is used as a controlled parameter.

Мощность пучка электронов, скорость перемещения и размеры выдерживают такими, при которых на поверхности пластины образуется линейная зона перегрева, в глубину от которой быстро распространяется вертикальная трещина. Пластина твердого сплава раскалывается, оставаясь по объему относительно холодной. The power of the electron beam, the speed of movement, and the sizes are kept so that a linear overheating zone forms on the surface of the plate, and a vertical crack propagates rapidly into the depth of it. The hard alloy plate splits, remaining relatively cold in volume.

Предлагаемый способ резания пластин твердых сплавов электронным пучком осуществляется следующим образом. The proposed method of cutting hard alloy plates by an electron beam is as follows.

Пример. Резку ведут термокатодной электронной пушкой ЭПА-60 с электронным каналом. Электронным пучком управляют с помощью блока БУЭЛ. Перед началом резки устанавливают в ряд 30 пластин твердого сплава Т15К6 на горизонтальную вольфрамовую плиту. Размеры одной пластины 10х20х7мм. После загрузки рабочий объем вакуумируется последовательно включенными вакуумными насосами вращательным НВПР-40 0,66 и паромасленным Н-250 до остаточного давления 4•10^-3Па. От высоковольтного выпрямителя В-ТПЕ-2-30к-2УХЛ4 подают напряжения прямого и электронного каналов катодов электронной пушки, и ускоряющее высокое напряжение на заземленный анод. Перед началом резки пучок электронов принимают на вольфрамовую плиту и фокусируют в пятно диаметром не более 1 мм. Мощность пучка 1 кВт (ускоряющее напряжение 20 кВ, ток пучка 5•10^-2 А). После стабилизации мощности пучка, управляя вручную электромагнитной отклоняющей системой, подают пятно электронного пучка к крайней пластине и точно совмещают пучок с ее серединой, не касаясь самой пластины. Затем программным устройством задают линейное перемещение пятна электронного пучка со скоростью 0,3 1 см/с по траектории резки, проходящей поперек всех 30 пластин. Экспериментально установлено, что быстрый локальный перегрев пластин создает сильное поверхностное механическое перенапряжение, благодаря которому происходит холодное раскалывание пластин без потерь твердого сплава и за короткое время (время резки всех пластин 30 с). Найденная линейная скорость перемещения электронного пятна 0,3 1 см/с не допускает разогрев пластины по объему. При скорости пятна 0,3 1 см/с пластина практически остается холодной. При меньших скоростях движения пятна горячая трещина опережает пятно и прямолинейность шва разреза нарушается. При скоростях превышающих 1 см/с не успевает сформироваться локальный поверхностный перегрев пластины и трещина не образуется. Резкий градиент температур при скорости перемещения пятна 0,3 1 см/с образуется благодаря поддержания мощности пучка равной 1 кВт. При мощности, превышающей контролируемому величину, и заданных скоростях пробега пятна происходит быстрый прогрев пластины по всему объему, трещина не образуется, пластина раскаляется до температуры плавления. При мощности менее 1 кВт не удается при быстром пробеге пятна получить необходимый градиент температур.Example. The cutting is carried out with an EPA-60 thermocathode electron gun with an electronic channel. The electron beam is controlled using the BUEL unit. Before cutting, set in a row of 30 plates of T15K6 hard alloy on a horizontal tungsten plate. The dimensions of one plate are 10x20x7mm. After loading, the working volume is evacuated by rotary НВПР-40 0,66 and steam-lubricated Н-250 vacuumed in series with vacuum pumps to a residual pressure of 4 • 10 ^-3 Pa. From the V-TPE-2-30k-2UHL4 high-voltage rectifier, the voltage of the direct and electronic channels of the cathodes of the electron gun and the accelerating high voltage are supplied to the grounded anode. Before starting the cutting, the electron beam is received on a tungsten plate and focused into a spot with a diameter of not more than 1 mm. Beam power 1 kW (accelerating voltage 20 kV, beam current 5 • 10 ^-2 A). After stabilization of the beam power, manually controlling the electromagnetic deflecting system, the spot of the electron beam is fed to the extreme plate and the beam is precisely aligned with its middle, without touching the plate itself. Then, a linear displacement of the electron beam spot at a speed of 0.3-1 cm / s along the cutting path running across all 30 plates is set by the software device. It has been experimentally established that fast local overheating of the plates creates a strong surface mechanical overstrain, due to which the plates break cold without loss of hard alloy and in a short time (cutting time of all plates is 30 s). The found linear velocity of the electron spot movement of 0.3 1 cm / s does not allow plate heating by volume. At a spot velocity of 0.3 1 cm / s, the plate practically remains cold. At lower spot speeds, a hot crack is ahead of the spot and the straightness of the cut seam is broken. At speeds exceeding 1 cm / s, local surface overheating of the plate does not have time to form and a crack does not form. A sharp temperature gradient at a spot moving speed of 0.3 1 cm / s is formed by maintaining the beam power equal to 1 kW. When the power exceeds the controlled value and the given path speeds of the spot, the plate quickly heats up over the entire volume, a crack does not form, the plate is heated to the melting temperature. At a power of less than 1 kW, it is not possible to obtain the necessary temperature gradient with a fast run of the spot.

Использование предлагаемого способа ведения высокоскоростной резки пластин твердых карбидных сплавов электронным пучком обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
холодное высокоскоростное раскалыванием пластин твердых карбидных сплавов существенно влияет на повышение экономичности процесса;
сплав в месте разреза, сохраняет свои прочностные свойства вследствие неравномерного распределения вводимой мощности.Using the proposed method for conducting high-speed cutting of carbide alloy plates by an electron beam provides the following advantages compared to existing methods:
cold high-speed splitting of carbide alloy plates significantly affects the increase in the efficiency of the process;
alloy in the place of the cut, retains its strength properties due to the uneven distribution of input power.

Claims

A method of electron beam cutting of solid materials, in which the electron beam is directed perpendicular to the cut product and a local overheating zone with a vertical crack is created, and the beam is informed of linear movement along the cutting line, characterized in that, in order to ensure cutting of carbide alloy plates, the plate is installed on a tungsten plate, the electron beam is directed to the tungsten plate and a beam cross section is formed with a diameter of 1 mm, the beam is brought closer to the plate and the travel speed is 0.3 1 cm / s, while during displacement the cutting beam along the line support 1 kW.