RU2475350C2 - Method of hydroabrasive cutting of metal sheets - Google Patents
Method of hydroabrasive cutting of metal sheets Download PDFInfo
- Publication number
- RU2475350C2 RU2475350C2 RU2010154316/02A RU2010154316A RU2475350C2 RU 2475350 C2 RU2475350 C2 RU 2475350C2 RU 2010154316/02 A RU2010154316/02 A RU 2010154316/02A RU 2010154316 A RU2010154316 A RU 2010154316A RU 2475350 C2 RU2475350 C2 RU 2475350C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- jet
- cutting
- hydroabrasive
- heating
- sheet
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/0093—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring combined with mechanical machining or metal-working covered by other subclasses than B23K
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P25/00—Auxiliary treatment of workpieces, before or during machining operations, to facilitate the action of the tool or the attainment of a desired final condition of the work, e.g. relief of internal stress
- B23P25/003—Auxiliary treatment of workpieces, before or during machining operations, to facilitate the action of the tool or the attainment of a desired final condition of the work, e.g. relief of internal stress immediately preceding a cutting tool
- B23P25/006—Heating the workpiece by laser during machining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
- B24C1/04—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass
- B24C1/045—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass for cutting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C7/00—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts
- B24C7/0007—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a liquid carrier
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C9/00—Appurtenances of abrasive blasting machines or devices, e.g. working chambers, arrangements for handling used abrasive material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к раскрою материалов гидроабразивной струей и может быть использовано для повышения производительности резания металлических материалов.The invention relates to the cutting of materials with a waterjet and can be used to increase the cutting performance of metal materials.
Известен способ раскроя материалов гидроабразивной жидкостью с одновременным приложением растягивающей нагрузки в пределах упругой деформации в направлении, перпендикулярном направлению движения подачи струи, для повышения качества и производительности реза [1]. Недостатком этого способа является сложность приложения нагрузки, перпендикулярной движению подачи струи, при осуществлении сложноконтурного реза.A known method of cutting materials with a hydroabrasive fluid with the simultaneous application of a tensile load within the elastic deformation in the direction perpendicular to the direction of movement of the jet feed, to improve the quality and productivity of the cut [1]. The disadvantage of this method is the difficulty of applying a load perpendicular to the movement of the jet, when performing a complex contour cut.
В качестве прототипа выбран способ гидроабразивной резки листовых деталей с использованием лазера [2]. Но в этом способе лазер используют для измерения вибраций, а не для прогрева места реза с целью повышения производительности резания металлических материалов.As a prototype, a method of waterjet cutting of sheet metal parts using a laser was chosen [2]. But in this method, the laser is used to measure vibrations, and not to warm the place of cut in order to increase the cutting performance of metal materials.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение скорости резания, понижение рабочего давления струи и уменьшение наклепа в поверхностном слое кромок разрезанного листового материала.The technical result of the claimed invention is to increase the cutting speed, lower the working pressure of the jet and reduce hardening in the surface layer of the edges of the cut sheet material.
Заявленный технический результат достигается способом гидроабразивной резки листового металлического материала, включающим подачу листового металлического материала или струйной головки и осуществление удара высоконапорной гидроабразивной струей, вытекающей из струйной головки, по листовому металлическому материалу для его разрезания, причем до удара гидроабразивной струи по листовому металлическому материалу осуществляют точечный фокусированный нагрев зоны его резания внешним источником фокусированного нагрева до температуры, меньшей температуры фазовых превращений разрезаемого материала, при этом промежуток времени между точечным фокусированным нагревом зоны резания листового металлического материала и ударом по нему гидроабразивной струи равен 2…30 с.The claimed technical result is achieved by a method of hydroabrasive cutting of a sheet of metal material, including feeding a sheet of metal material or a jet head and striking a high-pressure jet, emanating from the jet head, on a sheet of metal material to cut it, moreover, before the impact of the water jet on the sheet metal material, a point focused heating of the cutting zone by an external source of focused heating to temperatures s, lower than the temperature of the phase transformations of the material being cut, while the time interval between the point focused heating of the cutting zone of the sheet metal material and the impact of a hydroabrasive jet on it is 2 ... 30 s.
Диапазон времени 2…30 с между точечным фокусированным нагревом зоны резания листового металлического материала и ударом по нему гидроабразивной струи обеспечивает взаимодействие возникших в результате нагрева в материале детали полей растягивающих напряжений и полей напряжений (имеющих сложную структуру), возникающих при ударе гидроабразивной струи, в результате чего разрушение материала в зоне резания осуществляется на повышенной скорости резания, и при этом обеспечивается понижение рабочего давления струи и значительное уменьшение наклепа в поверхностном слое кромок разрезанного листового материала.The time range of 2 ... 30 s between the focused point heating of the cutting zone of the sheet metal material and the impact of the hydroabrasive jet on it ensures the interaction of tensile stress fields and stress fields (having a complex structure) arising from the impact of the hydroabrasive jet in the material of the part, resulting whereby the destruction of the material in the cutting zone is carried out at an increased cutting speed, and this ensures a decrease in the working pressure of the jet and is significantly reduced hardening in the surface layer of the edges of the cut sheet material.
В частном случае в качестве внешнего источника фокусированного нагрева используют лазер.In a particular case, a laser is used as an external source of focused heating.
Кроме того, нагрев может осуществляться не только лазером, но и любым источником, дающим сфокусированный поток тепловой или другой энергии, которая может быть преобразована в тепловую при взаимодействии с металлом, например, пучком электронов.In addition, heating can be carried out not only by a laser, but also by any source that produces a focused stream of thermal or other energy, which can be converted into heat by interacting with a metal, for example, an electron beam.
На фиг.1 показана схема осуществления способа.Figure 1 shows a diagram of the implementation of the method.
На схеме обозначены: L - расстояние между точками воздействия нагрева и абразивно-жидкостной струи, мм; S - рабочая подача, мм/с.On the diagram are indicated: L - distance between the points of influence of heating and abrasive-liquid jet, mm; S - working feed, mm / s.
Тогда τ - время (с) между воздействием лазерного луча и ударом абразивно-жидкостной струи, определяют как: .Then τ is the time (s) between the action of the laser beam and the impact of the abrasive liquid jet, is defined as: .
Способ обработки осуществляют следующим образом. Из струйной головки 1 под давлением 380 МПа вытекает высоконапорная абразивно-жидкостная струя 2, которая, ударяясь об обрабатываемую поверхность детали 3, разрезает ее в направлении подачи S. Зону резания предварительно подвергают локальному нагреву сфокусированным потоком тепловой энергии, преимущественно лазерным лучом 4. Вследствие нагрева (создания определенного температурного поля) зоны резания лазерным лучом 4 до температуры, меньшей температуры фазовых превращений, от источника лазерного излучения 5, в ней возникают растягивающие напряжения (вследствие явления расширения твердых тел при нагревании), нагрев также интенсифицирует испарение жидкости из зоны резания, что способствует удалению водяных пленок, препятствующих разрезанию материала. Образовавшиеся вследствие интенсивного испарения пары жидкости также интенсифицируют процесс резания за счет увеличения расклинивающего действия струи. При фокусировке лазерного луча таким образом, что пятно лазерного луча повторяет в точности пятно поля напряжений материала от удара гидроабразивной струи, скорость резания можно повысить до 2 раз.The processing method is as follows. A high-pressure abrasive-liquid jet 2 flows out from the jet head 1 under a pressure of 380 MPa, which, striking the workpiece surface 3, cuts it in the supply direction S. The cutting zone is preliminarily subjected to local heating by a focused stream of thermal energy, primarily a laser beam 4. Due to heating (creation of a certain temperature field) of the zone of cutting by the laser beam 4 to a temperature lower than the temperature of phase transformations from the source of laser radiation 5, tensile stresses appear in it voltage (due to the phenomenon of expansion of solids during heating), heating also intensifies the evaporation of liquid from the cutting zone, which helps to remove water films that impede the cutting of the material. Liquid vapor formed as a result of intense evaporation also intensifies the cutting process by increasing the wedging action of the jet. When focusing the laser beam in such a way that the spot of the laser beam repeats exactly the spot of the stress field of the material from the impact of the waterjet, the cutting speed can be increased up to 2 times.
ПримерExample
Производили резание листа, изготовленного из малоуглеродистой стали, толщиной 25 мм по фигурному контуру при следующих технологических параметрах; давление жидкости (воды) Р=380 МПа, концентрация абразива в жидкости С=300 г/мин, скорость подачи режущей головки S=150 мм/мин. При данных режимах без применения нагрева зоны резания лазерным лучом увеличение подачи на 5 мм/мин приводит к неустойчивому процессу резания (падает качество реза вследствие появления выраженной полосчатости кромок). В случае с применением нагрева зоны резания источником лазерного излучения, скорость подачи режущей головки легко повысили до 180 мм/мин при тех же технологических параметрах. Расстояние L между точками воздействия лазера и абразивно-жидкостной струи составляло 4 мм. При проведении эксперимента использовался промышленный лазер с длиной волны 1064 нм и мощностью излучения 50 Вт. Температура нагрева обрабатываемого материала составляла 180°С.A sheet made of mild steel with a thickness of 25 mm was cut along a figured contour with the following technological parameters; fluid (water) pressure P = 380 MPa, abrasive concentration in the fluid C = 300 g / min, feed rate of the cutting head S = 150 mm / min. Under these conditions, without the use of heating the cutting zone with a laser beam, an increase in feed by 5 mm / min leads to an unstable cutting process (the quality of the cut decreases due to the appearance of pronounced banding of the edges). In the case of using the heating of the cutting zone with a laser radiation source, the feed rate of the cutting head was easily increased to 180 mm / min with the same technological parameters. The distance L between the points of the laser and the abrasive-liquid jet was 4 mm. During the experiment, an industrial laser with a wavelength of 1064 nm and a radiation power of 50 W was used. The heating temperature of the processed material was 180 ° C.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает значительный прирост производительности резания металлических материалов при сохранении качества кромок реза.Thus, the proposed method provides a significant increase in the productivity of cutting metal materials while maintaining the quality of the edges of the cut.
Источники информацииInformation sources
1. А.с. СССР 709348, В24С 1/10, 18.01.1980.1. A.S. USSR 709348, B24C 1/10, 01/18/1980.
2. Патент RU 2206442, В24С 1/00, 13.06.2001.2. Patent RU 2206442, B24C 1/00, 06/13/2001.
Claims (2)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010154316/02A RU2475350C2 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Method of hydroabrasive cutting of metal sheets |
PCT/RU2011/000399 WO2012091616A1 (en) | 2010-12-30 | 2011-06-08 | Method for the hydro-abrasive cutting of metallic sheet material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010154316/02A RU2475350C2 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Method of hydroabrasive cutting of metal sheets |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010154316A RU2010154316A (en) | 2012-07-10 |
RU2475350C2 true RU2475350C2 (en) | 2013-02-20 |
Family
ID=46383371
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010154316/02A RU2475350C2 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Method of hydroabrasive cutting of metal sheets |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2475350C2 (en) |
WO (1) | WO2012091616A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2577667C1 (en) * | 2014-10-15 | 2016-03-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Калужский приборостроительный завод "Тайфун" | Method for hydroabrasive cutting of sheet laminar polymer materials |
RU2688007C1 (en) * | 2017-12-11 | 2019-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of hydrojet treatment with jet oscillation |
RU2731559C1 (en) * | 2020-08-09 | 2020-09-04 | Андрей Алексеевич Спиридонов | Method of hydroabrasive cutting of materials |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10850366B2 (en) | 2017-12-15 | 2020-12-01 | Raytheon Technologies Corporation | Plasma assisted surface finishing apparatus and method |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB935307A (en) * | 1960-06-27 | 1963-08-28 | Siemens Ag | Improvements in or relating to methods of shaping solid semi-conductor crystals |
JPS59187414A (en) * | 1983-04-08 | 1984-10-24 | Mitsubishi Electric Corp | Shearing machine additionally using laser |
WO1999044793A1 (en) * | 1998-03-02 | 1999-09-10 | Egon Evertz Kg (Gmbh & Co.) | Method for cutting metal bodies with a water jet |
GB2446056A (en) * | 2007-01-23 | 2008-07-30 | Alstom Technology Ltd | Removing coatings using a dry ice blast |
JP2009235427A (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-15 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | Method for embedding particles in substance surface, and method for surface-oxidizing and surface-nitriding particle and substance |
-
2010
- 2010-12-30 RU RU2010154316/02A patent/RU2475350C2/en not_active IP Right Cessation
-
2011
- 2011-06-08 WO PCT/RU2011/000399 patent/WO2012091616A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB935307A (en) * | 1960-06-27 | 1963-08-28 | Siemens Ag | Improvements in or relating to methods of shaping solid semi-conductor crystals |
JPS59187414A (en) * | 1983-04-08 | 1984-10-24 | Mitsubishi Electric Corp | Shearing machine additionally using laser |
WO1999044793A1 (en) * | 1998-03-02 | 1999-09-10 | Egon Evertz Kg (Gmbh & Co.) | Method for cutting metal bodies with a water jet |
GB2446056A (en) * | 2007-01-23 | 2008-07-30 | Alstom Technology Ltd | Removing coatings using a dry ice blast |
JP2009235427A (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-15 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | Method for embedding particles in substance surface, and method for surface-oxidizing and surface-nitriding particle and substance |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2577667C1 (en) * | 2014-10-15 | 2016-03-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Калужский приборостроительный завод "Тайфун" | Method for hydroabrasive cutting of sheet laminar polymer materials |
RU2688007C1 (en) * | 2017-12-11 | 2019-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of hydrojet treatment with jet oscillation |
RU2731559C1 (en) * | 2020-08-09 | 2020-09-04 | Андрей Алексеевич Спиридонов | Method of hydroabrasive cutting of materials |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012091616A1 (en) | 2012-07-05 |
RU2010154316A (en) | 2012-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10512987B2 (en) | Laser shock peening method for obtaining large-area uniform surface morphology | |
RU2475350C2 (en) | Method of hydroabrasive cutting of metal sheets | |
JP3908236B2 (en) | Glass cutting method and apparatus | |
Ismail et al. | Surface hardening of tool steel by plasma arc with multiple passes | |
RU2323265C1 (en) | Method for laser-light thermal treatment of metallic materials at controlled heating | |
Gorunov et al. | Investigation of microstructure and properties of low-carbon steel during ultrasonic-assisted laser welding and cladding | |
JP2008038222A (en) | Method and apparatus for improving fatigue strength in metallic material | |
CN110938740B (en) | Intermetallic compound laser shock peening life prolonging and deformation control method | |
Annin et al. | Investigation of the technology of laser welding of aluminum alloy 1424 | |
JP6213332B2 (en) | Hot wire laser combined welding method for thick steel plate | |
Tokarev et al. | Laser-plasma treatment of structural steel | |
Fulong et al. | Effect of groove angle and heat treatment on the mechanical properties of high-strength steel hybrid laser-MAG welding joints | |
Salleh et al. | Weld geometry investigation on dissimilar boron steel laser welded for TWB application | |
RU2688007C1 (en) | Method of hydrojet treatment with jet oscillation | |
Nadeem et al. | An approach to form the dome shape by 3D laser forming | |
Keles et al. | Laser cutting process: Influence of workpiece thickness and laser pulse frequency on the cut quality | |
Carrizalez-Vazquez et al. | Effect of laser welding sequences on residual stresses and distortion of dp600 steel joints | |
Harrer et al. | Laser softening of press hardened steel for novel automotive parts | |
Li et al. | Research on Welding Quality Optimization of Ultra-High Strength Steel Welding Joint Under Different Laser Energy Inputs | |
JP2016194132A (en) | Method for quenching steel sheet | |
RU2323264C1 (en) | Method for laser-light thermal treatment of metallic materials at controlled cooling | |
RU2449028C1 (en) | Hardening method of surface layers of flat long steel items | |
Korotkikh et al. | Technological possibilities of plasma hardening | |
Hussien et al. | Evaluation of stainless steel 316L joints welded by laser | |
RU2341361C2 (en) | Method of laser-light welding of steel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151231 |