UA134189U - METHOD OF PLASMA-MECHANICAL PROCESSING - Google Patents

METHOD OF PLASMA-MECHANICAL PROCESSING Download PDF

Info

Publication number
UA134189U
UA134189U UAU201811200U UAU201811200U UA134189U UA 134189 U UA134189 U UA 134189U UA U201811200 U UAU201811200 U UA U201811200U UA U201811200 U UAU201811200 U UA U201811200U UA 134189 U UA134189 U UA 134189U
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
heating
embed equation
cutting
cutting surface
plasma
Prior art date
Application number
UAU201811200U
Other languages
Ukrainian (uk)
Inventor
Василь Павлович Нечаєв
Антон Олександрович Рязанцев
Original Assignee
Державний Вищий Навчальний Заклад "Криворізький Національний Університет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Державний Вищий Навчальний Заклад "Криворізький Національний Університет" filed Critical Державний Вищий Навчальний Заклад "Криворізький Національний Університет"
Priority to UAU201811200U priority Critical patent/UA134189U/en
Publication of UA134189U publication Critical patent/UA134189U/en

Links

Landscapes

  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

Спосіб плазмово-механічної обробки включає нагрівання без оплавлення плазмовою дугою поверхні різання оброблюваної деталі із заданою силою струму, переміщення дуги вздовж поверхні різання. Нагрівання здійснюють дугою, спрямованою фронтально до поверхні різання й коливною, щодо свого середнього положення із частотою зовнішнього змінного магнітного поля поперек вектора швидкості різання, з амплітудою, що дорівнює ширині поверхні різання. Значення швидкості різання дорівнює: EMBED Equation.3 , де EMBED Equation.3 - швидкість різання, м/хв; EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 - сила струму і напруга плазмової дуги; EMBED Equation.3 - тепловий ККД плазмової дуги; EMBED Equation.3 - максимальна температура нагрівання припуску ( EMBED Equation.3 ); EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 - ширина й довжина плями нагрівання на поверхні різання, мм; EMBED Equation.3 - коефіцієнт теплопровідності, Вт/см EMBED Equation.3 °С; EMBED Equation.3 - коефіцієнт температуропровідності см2/с.The method of plasma-mechanical processing involves heating without melting the plasma arc of the cutting surface of the workpiece with a given current, moving the arc along the cutting surface. The heating is performed by an arc directed front to the cutting surface and oscillating relative to its average position with the frequency of the external alternating magnetic field across the velocity vector, with an amplitude equal to the width of the cutting surface. The cutting speed value is: EMBED Equation.3, where EMBED Equation.3 is the cutting speed, m / min; EMBED Equation.3, EMBED Equation.3 - current and voltage of the plasma arc; EMBED Equation.3 - thermal efficiency of plasma arc; EMBED Equation.3 - maximum allowable heating temperature (EMBED Equation.3); EMBED Equation.3, EMBED Equation.3 - width and length of heating spot on cutting surface, mm; EMBED Equation.3 - coefficient of thermal conductivity, W / cm EMBED Equation.3 ° C; EMBED Equation.3 - coefficient of thermal conductivity cm2 / s.

Description

Корисна модель належить до машинобудування, а саме до механічної обробки, у тому числі до області механічної обробки електропровідних матеріалів з нагріванням припуску, і може бути використана при обробці литих і кованих злитків і заготовок із твердою ливарною кіркою або з важкооброблюваних сплавів.The useful model belongs to mechanical engineering, namely to mechanical processing, including the field of machining electrically conductive materials with allowance heating, and can be used in the processing of cast and forged ingots and billets with a hard foundry crust or from difficult-to-machine alloys.

Відомий "Спосіб механічної обробки з підігрівом" зони різання плазмовою дугою, що включає нанесення стружкоділильної канавки на поверхню різання впливом імпульсів струму плазмотрона (А.С. 5) 860936, опубл. 07.09.81, бюлетень Мо 33).The well-known "Method of mechanical treatment with heating" of the cutting zone with a plasma arc, which includes applying a chip-separating groove to the cutting surface under the influence of plasmatron current pulses (AS 5) 860936, publ. 09/07/81, bulletin Mo 33).

Вищезгаданий спосіб має ряд недоліків. Так, розплавлений імпульсом плазмотрона метал у зоні стружкоутворення не у всіх випадках видаляється з неї, що погіршує процес стружкоутворення. Крім цього, щоб запобігти кристалізації (пакетування) розплавленого металу в зоні стружкоділильної канавки, різець необхідно розташовувати в безпосередній близькості від плями нагрівання (2-5 см), що приводить до перегріву твердосплавного інструмента, його підвищеного зношування й зниження в цілому технологічних можливостей даного способу.The above-mentioned method has a number of disadvantages. Thus, the metal melted by the pulse of the plasmatron in the chip formation zone is not removed from it in all cases, which worsens the chip formation process. In addition, in order to prevent crystallization (packaging) of the molten metal in the area of the chip-separating groove, the cutter must be placed in the immediate vicinity of the heating spot (2-5 cm), which leads to overheating of the carbide tool, its increased wear, and a general decrease in the technological capabilities of this method .

Найбільш близьким за технічною суттю, вибраним як аналог є "Спосіб механічної обробки з підігрівом зони різання плазмовою дугою" (А.С. ЗО 872035, опубл. 15.10.81, бюлетень Мо 38), який включає нанесення стружкоділильних канавок на поверхню різання впливом імпульсів струму плазмотрона й видалення нагрітого припуску різцем.The closest in technical essence, chosen as an analogue, is the "Method of mechanical processing with heating of the cutting zone by a plasma arc" (AS ZO 872035, publ. 15.10.81, bulletin Mo 38), which includes the application of chip-splitting grooves on the cutting surface under the influence of pulses plasmatron current and removal of the heated allowance with a cutter.

Нагрівання здійснюють стиснутою електричною дугою, яку коливають зовнішнім змінним магнітним полем, причому, з метою підвищення ефективності процесу різання, частину припуску розплавляють плазмовою дугою й видаляють розплавлений метал із зони різання шляхом підвищеної витрати плазмоутворюючого газу.Heating is carried out by a compressed electric arc, which is oscillated by an external alternating magnetic field, and, in order to increase the efficiency of the cutting process, part of the allowance is melted by a plasma arc and the molten metal is removed from the cutting zone by increased consumption of plasma-forming gas.

Недоліками способу є: низька якість обробленої поверхні, тому що потрібна додаткова чистова механічна обробка; підвищена витрата електроенергії, оскільки весь метал, що видаляється, необхідно нагріти до температури плавлення. Крім того, розплавлювання матеріалу заготовки призводить до утворення в атмосфері виробничого приміщення шкідливих аерозолів з окислів металу, що обмежено санітарними нормами. Також існує ряд важкооброблюваних матеріалів, наприклад титанових сплавів, у поверхневому шарі яких при нагріванні з розплавлюванням за схемою аналога утворюється дефектний шар у вигляді 9- модифікації титану з дуже низьким коефіцієнтом оброблюваності, що знижує технологічніDisadvantages of the method are: low quality of the finished surface, because additional finishing mechanical processing is required; increased power consumption because all the metal being removed must be heated to the melting point. In addition, the melting of the workpiece material leads to the formation of harmful aerosols from metal oxides in the atmosphere of the production premises, which is limited by sanitary standards. There are also a number of hard-to-machine materials, for example, titanium alloys, in the surface layer of which, when heated with melting according to an analog scheme, a defective layer is formed in the form of a 9-modification of titanium with a very low machinability coefficient, which reduces technological

Зо можливості способу.From the possibility of the method.

В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу плазмово-механічної обробки заготовок із важксооброблюваних матеріалів, за рахунок попереднього нагрівання, без оплавлення, припуску на обробку скануючою плазмовою дугою, яка дозволяє реалізувати максимальний ККД нагрівання, збільшити оброблюваність матеріалу заготовки, внаслідок чого підвищити період стійкості інструменту.The basis of the useful model is the task of improving the method of plasma-mechanical processing of workpieces from difficult-to-process materials, due to pre-heating, without reflow, allowance for processing with a scanning plasma arc, which allows to realize the maximum efficiency of heating, increase the machinability of the workpiece material, as a result of which the period of stability of the tool is increased .

Технічний результат від використання запропонованої корисної моделі плазмово-механічної обробки литих і кованих злитків і заготовок із твердою ливарною кіркою або з важкооброблюваних сплавів забезпечує поліпшення їх оброблюваності шляхом створення по всьому перерізу припуску, за рахунок термічного впливу, аустенітної структури, яка має значно більш низькі фізико-механічні властивості, чим вихідний матеріал заготовки. Внаслідок цього також підвищується період стійкості ріжучого інструменту.The technical result from the use of the proposed useful model of plasma-mechanical processing of cast and forged ingots and billets with a hard casting crust or from difficult-to-machine alloys provides an improvement in their machinability by creating an austenite structure that has significantly lower physical - mechanical properties, than the starting material of the workpiece. As a result, the period of stability of the cutting tool also increases.

Поставлена задача вирішується тим, що спосіб плазмово-механічної обробки включає нагрівання без оплавлення плазмовою дугою поверхні різання оброблюваної деталі із заданою силою струму, переміщення дуги вздовж поверхні різання. Нагрівання здійснюють дугою, спрямованою фронтально до поверхні різання й коливною, щодо свого середнього положення, із частотою зовнішнього змінного магнітного поля поперек вектора швидкості різання, з амплітудою, що дорівнює ширині поверхні різання. Значення швидкості різання дорівнює:The task is solved by the fact that the method of plasma-mechanical processing includes heating without plasma arc melting of the cutting surface of the processed part with a given current strength, moving the arc along the cutting surface. Heating is carried out by an arc directed frontally to the cutting surface and oscillating, relative to its average position, with the frequency of an external variable magnetic field across the cutting speed vector, with an amplitude equal to the width of the cutting surface. The value of the cutting speed is equal to:

ІхОх п Ї о х ВпIhOh p Y o x Vp

Мр -0--- 52 ;фЖ- - - - - | х--Mr -0--- 52 ;fЖ- - - - - | x--

Отах х п х ад х Х хOtah x p x ad x X x

Ії; де - швидкість різання, м/хв;Ii; where - cutting speed, m/min;

І, О - сила струму і напруга плазмової дуги; 7 - тепловий ККД плазмової дуги;I, O - current and plasma arc voltage; 7 - thermal efficiency of the plasma arc;

Отах - максимальна температура нагрівання припуску (Утах 2 Оплавл );Otakh - the maximum temperature of heating the allowance (Utakh 2 Oplavl);

Би ; ап. ширина й довжина плями нагрівання на поверхні різання, мм;would app. width and length of the heating spot on the cutting surface, mm;

Х- коефіцієнт теплопровідності, Вт/см. "С;X is the coefficient of thermal conductivity, W/cm. "WITH;

Ф - коефіцієнт температуропровідності, см/с.Ф - coefficient of thermal conductivity, cm/s.

Заявлена корисна модель пояснюється схемою, на якій показано розташування джерела нагрівання й зони нагрівання відносно заготовки.The claimed utility model is explained by a diagram showing the location of the heating source and the heating zone relative to the workpiece.

Як джерело плазмової дуги З вибрано плазмотрон прямої дії 1. Плазмотрон оснащено магнітно-відхиляючою системою 2, яка складається із двох охолоджуваних магнітопроводів, торці яких розташовані біля сопла плазмотрона й перпендикулярні вектору швидкості різання.A direct action plasmatron 1 was chosen as the source of the plasma arc C. The plasmatron is equipped with a magnetic deflection system 2, which consists of two cooled magnetic conductors, the ends of which are located near the plasmatron nozzle and are perpendicular to the cutting speed vector.

Магнітно-відхиляюча система приєднана до регульованого джерела живлення змінного струму.The magnetic deflection system is connected to a regulated AC power supply.

Спосіб реалізується наступним чином. Заготовка встановлюється на токарний верстат, на якому змонтовано генератор плазми у вигляді однодугового плазмотрона постійного струму.The method is implemented as follows. The workpiece is installed on a lathe, on which a plasma generator in the form of a single-arc direct current plasmatron is mounted.

Плазмоутворювальний газ - повітря. По розташуванню плазмової дуги З щодо дугового каналу, а також по впливу дуги на оброблюваний матеріал, він належить до плазмотронів прямої дії.The plasma-forming gas is air. According to the location of the plasma arc Z in relation to the arc channel, as well as the impact of the arc on the processed material, it belongs to direct action plasmatrons.

Зниження локальності нагрівання плазмовою дугою здійснюється за рахунок накладення на потік генерованої плазми зовнішнього змінного магнітного поля. Для створення зовнішнього змінного магнітного поля плазмотрон повітряного різання 1 (ПВР-401), що серійно випускається, оснащують спеціальною магнітною системою. Плазмотрон генерує електричну дугу, яка горить між катодом плазмотрона та поверхнею різання на заготовці, та в місці контакту реалізує теплову потужність через опорну пляму контакту з розмірами ап і Бр . Крім того, у зазорі між торцями магнітопроводу 2 на дугу З впливають магнітним полем. А так як електрична дуга являє собою провідник зі струмом, то в магнітному полі на неї діє сила Лоренца, яка відхиляє дугу в площині, паралельній торцям магнітопроводу 2 та перпендикулярній вектору швидкості різання при токарній обробці заготовки. Таким чином, зміною напруги на котушках магнітної системи забезпечується можливість зміни величини сили Лоренца та, у підсумку, змінюється величина відхилення плазмової дуги в магнітному полі. У результаті цього, при скануванні плазмової дуги із частотою струму в мережі (50 Гц), пляма нагрівання збільшується в розмірах, локальність нагрівання знижується, що дозволяє нагрівати заготовку без оплавлення її поверхні та забезпечує стабільність параметрів процесу плазмово-механічної обробки.The locality of plasma arc heating is reduced by applying an external variable magnetic field to the generated plasma flow. To create an external variable magnetic field, the serially produced air cutting plasmatron 1 (PVR-401) is equipped with a special magnetic system. The plasmotron generates an electric arc that burns between the cathode of the plasmotron and the cutting surface on the workpiece, and at the point of contact, it realizes thermal power through the reference spot of contact with the dimensions ap and Br. In addition, in the gap between the ends of the magnetic conductor 2, the arc C is affected by the magnetic field. And since the electric arc is a current-carrying conductor, the Lorentz force acts on it in the magnetic field, which deflects the arc in a plane parallel to the ends of the magnetic conductor 2 and perpendicular to the cutting speed vector during turning of the workpiece. Thus, by changing the voltage on the coils of the magnetic system, it is possible to change the magnitude of the Lorentz force and, as a result, the magnitude of the deflection of the plasma arc in the magnetic field changes. As a result, when scanning the plasma arc with the current frequency in the network (50 Hz), the heating spot increases in size, the locality of heating decreases, which allows heating the workpiece without melting its surface and ensures the stability of the parameters of the plasma-mechanical processing process.

При реалізації даного способу для обробки заготовок з легованих сталей, жароміцних і корозійностійких титанових сплавів розтягують пляму нагрівання по всій ширині поверхні різання та вздовж вектора швидкості різання, і направляють дугу фронтально до поверхні різання під кутом 90. Орієнтація плазмової дуги фронтально під заданим кутом дозволяє забезпечити найбільше вкладення тепла в матеріал заготовки, оскільки менше значення кута призводить до збільшення відбиття теплового потоку в повітря й зниження ККД нагрівання нижче 4095, що знижує ефективність процесу. При цьому амплітуду сканування дуги (ап) встановлюють рівною ширині площини різання. Менше значення амплітуди сканування плазмової дуги встановлюють для матеріалів заготовки з більшим значенням коефіцієнта теплопровідності (леговані сталі), а менше значення - для заготовок з меншим значенням коефіцієнта теплопровідності (титанові сплави), щоб уникнути дефектів на обробленій поверхні.When implementing this method for processing workpieces made of alloy steels, heat-resistant and corrosion-resistant titanium alloys, the heating spot is stretched across the entire width of the cutting surface and along the cutting speed vector, and the arc is directed frontally to the cutting surface at an angle of 90. The orientation of the plasma arc frontally at a given angle allows to ensure the largest heat investment in the workpiece material, since a smaller value of the angle leads to an increase in the reflection of the heat flow into the air and a decrease in the heating efficiency below 4095, which reduces the efficiency of the process. At the same time, the arc scan amplitude (ap) is set equal to the width of the cutting plane. A smaller value of the plasma arc scan amplitude is set for workpiece materials with a higher value of the thermal conductivity coefficient (alloy steels), and a smaller value - for workpieces with a lower value of the thermal conductivity coefficient (titanium alloys) in order to avoid defects on the machined surface.

Експериментальні результати дають можливість, при обробці з підігрівом плазмовою дугою, що сканує литих і кованих злитків і заготовок із твердою ливарною кіркою або з важкооброблюваних сплавів, розглядати умовну пляму нагрівання як лінійне рівномірно розподілене швидкорухоме джерело тепла. У результаті аналізу отриманих експериментальних досліджень, записуємо формулу визначення швидкості переміщення плазмової дуги щодо заготовки, рівну швидкості різання (Р): 2Experimental results make it possible to consider a conventional heating spot as a linear, uniformly distributed, fast-moving heat source during processing with heating by a plasma arc that scans cast and forged ingots and billets with a hard cast crust or hard-to-machine alloys. As a result of the analysis of the obtained experimental studies, we write down the formula for determining the speed of movement of the plasma arc relative to the workpiece, equal to the cutting speed (P): 2

ІхОх п Ф х Ва «уні ттIhOh p F x Va «uni tt

Отах х ба х аа х Х х у де Р - швидкість різання, м/хв;Otah x ba x aa x X x u de R - cutting speed, m/min;

І, МО . сила струму і напруга плазмової дуги; 7 - тепловий ККД плазмової дуги;And, MO. current strength and plasma arc voltage; 7 - thermal efficiency of the plasma arc;

Отах - максимальна температура нагрівання припуску (Утах 2 Оплавл );Otakh - the maximum temperature of heating the allowance (Utakh 2 Oplavl);

Би ; ап. ширина й довжина плями нагрівання на поверхні різання, мм;would app. width and length of the heating spot on the cutting surface, mm;

Х- коефіцієнт теплопровідності, Вт/см. "С;X is the coefficient of thermal conductivity, W/cm. "WITH;

Ф - коефіцієнт температуропровідності, см/с.Ф - coefficient of thermal conductivity, cm/s.

У результаті на оброблюваній поверхні заготовки виникає область термічно знеміцненого металу, що дозволяє збільшити продуктивність механічної обробки різцем при забезпеченні стабільності параметрів процесу плазмового нагрівання внаслідок відсутності оплавлення поверхні заготовки, зменшенні ступеня перегріву різця та, внаслідок цього, збільшенні його періоду стійкості.As a result, an area of thermally weakened metal appears on the processed surface of the workpiece, which allows to increase the productivity of mechanical processing with the cutter while ensuring the stability of the parameters of the plasma heating process due to the absence of melting of the surface of the workpiece, reducing the degree of overheating of the cutter and, as a result, increasing its stability period.

Використання корисної моделі, яка заявляється, забезпечує підвищення продуктивності обробки заготовок з важкооброблюваних матеріалів, які використовуються в суднобудуванні, енергетичному машинобудуванні.The use of a useful model, which is claimed, ensures an increase in the productivity of processing blanks from difficult-to-process materials used in shipbuilding, power engineering.

Claims (1)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб плазмово-механічної обробки, що включає нагрівання без оплавлення плазмовою дугою поверхні різання оброблюваної деталі із заданою силою струму, переміщення дуги вздовж поверхні різання, який відрізняється тим, що нагрівання здійснюють дугою, спрямованою фронтально до поверхні різання й коливною, щодо свого середнього положення із частотою зовнішнього змінного магнітного поля поперек вектора швидкості різання, з амплітудою, що дорівнює ширині повер ні різання, при цьому значення швидкості різання дорівнює: У - ----- - х---Ттл -тзгл й Отах хба хапдх Х х М вищ де - швидкість різання, м/хв; Ї, О . сила струму і напруга плазмової дуги;USEFUL MODEL FORMULA A method of plasma-mechanical processing, which includes heating without plasma arc melting of the cutting surface of the processed part with a given current strength, moving the arc along the cutting surface, which is characterized by the fact that the heating is carried out by an arc directed frontally to the cutting surface and oscillating with respect to its of the average position with the frequency of the external variable magnetic field across the cutting speed vector, with an amplitude equal to the cutting width, while the value of the cutting speed is equal to: x M higher where - cutting speed, m/min; Yi, Oh. current strength and plasma arc voltage; 7. тепловий ККД плазмової дуги; - к Отах - максимальна температура нагрівання припуску (Утах 2 Оплавл ); Би ; ап. ширина й довжина плями нагрівання на поверхні різання, мм; Х- коефіцієнт теплопровідності, Вт/см. "С; е - коефіцієнт температуропровідності, см/с.7. thermal efficiency of the plasma arc; - k Otakh - the maximum heating temperature of the allowance (Utakh 2 Oplavl); Would; app. width and length of the heating spot on the cutting surface, mm; X is the coefficient of thermal conductivity, W/cm. "C; e - coefficient of thermal conductivity, cm/s.
UAU201811200U 2018-11-14 2018-11-14 METHOD OF PLASMA-MECHANICAL PROCESSING UA134189U (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201811200U UA134189U (en) 2018-11-14 2018-11-14 METHOD OF PLASMA-MECHANICAL PROCESSING

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201811200U UA134189U (en) 2018-11-14 2018-11-14 METHOD OF PLASMA-MECHANICAL PROCESSING

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA134189U true UA134189U (en) 2019-05-10

Family

ID=66390352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAU201811200U UA134189U (en) 2018-11-14 2018-11-14 METHOD OF PLASMA-MECHANICAL PROCESSING

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA134189U (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Effects of single and double pulses on microstructure and mechanical properties of weld joints during high-power double-wire GMAW
US9731375B2 (en) Method for plasma-cutting a workpiece by means of a plasma-cutting system and pulsating current
Ye et al. Research on arc interference and welding operating point change of twin wire MIG welding
CN116000457B (en) Laser coaxial-induction multi-TIG electric arc multi-wire rapid additive manufacturing method and manufacturing system
Schwedersky et al. Arc characteristic evaluation of the double-electrode GTAW process using high current values
US9364909B2 (en) Wire electric discharge machine and wire electric discharge machining method
UA134189U (en) METHOD OF PLASMA-MECHANICAL PROCESSING
CN111455372B (en) Electromagnetic equipment for actively interfering molten pool morphology
Jia et al. Rotating-tungsten narrow-groove GTAW for thick plates
JP5131008B2 (en) Surface melting processing equipment for cast steel pieces
RU74922U1 (en) DEVICE FOR ELECTRIC ARC Hardening
CN108098154B (en) Controllable depth laser material reduction manufacturing method under action of ampere force
RU95665U1 (en) DEVICE FOR PLASMA HARDENING OF PRODUCTS FROM STEEL AND CAST IRON IN AUTOMATIC AND MANUAL MODES BY TWO-ARROW PLASMOTRON
US4884625A (en) Method of the plasma jet remelting of a surface layer of a flat metal work having parallel side edges and apparatus for carrying out the method
Chen et al. Effect of molten-pool inertia in variable-width arc-based direct energy deposition by regulating parameters
UA147056U (en) METHOD OF MACHINING WITH PLASMA HEATING OF THE CUTTING ZONE
CN113953633B (en) Method for cutting metal titanium
SU860936A1 (en) Method of working with preheating
SU856717A1 (en) Method of plasmomechanical working
RU2536854C2 (en) Steel articles surface hardening
TRIVEDI et al. Design and Development Of Three Axis Plasma Cutting Machine
RU2735698C1 (en) Method of electroarc hardening of steel products
Chen et al. Measurement and Application of arc Separability in Plasma arc
JP2009297860A (en) Method for electric discharge machining
Uwoghiren et al. Investigation of the Combined Effect of Input Parameters on Liquidus Temperature and Arc Length in TIG Welding