Разработка типового технологического процесса раскроя материалов и деталей на водоабоазивной установке используемой на ОАО ИАПО (дипломный проект)

В дипломном проекте дано описание одного из новых прогрессивных методов обработки материалов резанием. Также были разработаны технологические процессы раскроя заготовок из алюминиевых и титановых сплавов, проведен анализ существующих методов раскроя, дана сравнительная характеристика фрезерного и водоабразивного метода, где показаны перспективы развития струйной обработки, а также дано описание проблем возникающих в процессе производства.
Особый интерес представляет экспериментальная часть проекта. Для изучения качества поверхности были подготовлены образцы, обработанные с различными режимами резания на водоабразивной установке.
В дипломном проекте также были затронуты, но недостаточно освещены следующие проблемы, возникшие непосредственно в процессе производства: использование более дешевых абразивных средств, но вместе с тем обеспечивающих необходимый уровень качества резки; а также проблема разрушения решетки (стола для установки плит), при раскрое заготовок толщиной более 10мм.


Cодержание
Аннотация__________________________ 4
Введение___________________________5
1 Анализ методов раскроя_____________ 7
1.1 Плазменная резка_______________ 7
1.2 Лазерная резка_________________ 8
1.3 Фрезерный раскрой___________________________ 9
1.4 Резка водоабразивной струей_______0
2 Теория метода резки водяной струей____13
3 Описание водоабразивной установки___ 17
3.1 Принцип действия__________________ 18
3.2 Устройство станка__________________ 18
3.2.1 Насос высокого давления___________18
3.2.2 Демпфер для погашения пульсаций____20
3.2.3 Режущая головка и дюза_________ 20
3.2.4 Абразивная дюза__________________ 22
3.2.5 Режущая головка и качество струи___ 22
3.2.6 Линейный уловитель_______________ 24
3.2.7 Шлам____________________________ 25
3.2.8 Рециркуляция абразивных средств_____26
4 Технология раскроя водоабразивной струей____
4.1 Процесс обработки_____________________27
4.2 Технология врезания__________________28
4.2.1 Вертикальное положение режущей головки_ 29
4.2.2 Круговое движение_______29
4.2.3 Маятниковое движение____________ 30
4.2.4 Подрезание сверлом________________31
4.3 Технология резки____________________32
4.3.1 Разделение резкой_________________35
4.3.2 Влияние основных параметров на качество резки___________________37
4.3.3 Качество обрезного края______________38
4.3.4 Обработка контуров. Параметры__________40
4.3.5 Дефекты обработки угла____________41
4.3.6 Параметры на рабочий материал_________42
4.3.7 Качество абразивного материала__________42
5 Этапы разработки типовых технологических процессов раскроя материалов и деталей на водоабразивной установке WS4000__________45
5.1.1 Входной контроль____________________45
5.2.1 Нагрев для снятия остаточных напряжений__46
5.2.2 Отжиг__________________________47
5.3 Разработка программ________________48
5.3.1 Модуль DRAWIN_____________________48
5.3.2 Модуль NEST______________49
5.3.3 Модуль TECHNOLOGY_____________50
5.3.4 Модуль DATA____________________52
6 Расчет режимов резания для раскроя заготовок типа «Балка»___________________________56
7 Безопасность жизнедеятельности_____________57
7.1 Обзор источников опасности____________57
7.2 Анализ вредных производственных факторов___59
7.2.1 Освещенность производственных помещений_60
7.2.2 Оздоровление воздушной среды______61
7.2.3 Шум и виброизоляция________________ 65
7.3 Электробезопасность_____________66
7.4 Пожарная безопасность________________68
8 Технико- экономическое обоснование эффективности применения установки водоабразивной резки WS4000 фирмы «Trumpf»____________70
8.1 Дополнительные направления использования установки_______________71
Заключение_____________________________77
Приложения____________________________ 79
1. Технологический процесс «Раскрой алюминиевых плит»_______________ 80
2. Технологический процесс «Раскрой титановых плит»___________________89
3. Классификатор деталей раскраиваемых на установке WS4000 «Алюминиевый сплав»____101
4. Классификатор деталей раскраиваемых на установке WS4000 «Титановый сплав»___102
5. Сравнительная характеристика методов раскроя_
6. Факторы влияющие на процесс резки водяной струей с абразивом____104
7. Система программного обеспечения____105
Список литературы___________________106




3 Описание водоабразивной установки WS4000
Водоабразивная установка WS4000 (рис.2) предназначена для раскроя заготовок из плит и листов с максимальными габаритными размерами 2х4м и толщиной до 100мм
Установка WS4000



Рисунок. 2. Схема водоабразивной установки.

1.насос высокого давления 4.Водяная дюза 7.излелие/материал
2.линия высокого давления(водовод)5.Смесительная камера 8.стол для изделия
3.резцовая головка 6. Абразивная дюза 9.лучеуловитель




3.1 Принцип действия
Насос высокого давления создает давление до 4000 бар, которое поступает по линии (водоводу) до резцовой головки. Линия высокого давления соединена с дюзой, в которой давление воды понижается. Образуется тонкая и очень сильная струя. Затем в смесительной камере к водяной струе подмешиваются абразивные частицы, и все это вместе фокусируется во второй дюзе (для абразива).
Во время обработки изделие/материал лежит на столе. Водоабразивная струя проходит сквозь изделие/материал и выводит контур на изделии с помощью резцовой головки.
Остаточная энергия струи абсорбируется под изделием в струеуловителе. Отработанная вода и отходы выводятся с рабочей зоны станка.

3.2 Устройство станка
3.2.1 Насос высокого давления.

Насос высокого давления (рис.4) создает необходимое рабочее давление (до 4000 бар) и поставляет необходимое количество воды (до 3,3 л) в систему.
Такой насос (на станках для резки водяной струей) работает, как правило, по принципу преобразования давления: насос в гидравлическом устройстве подает струю масла, которая необходима для привода преобразователя давления – макс 200 бар. Соотношение между гидравликой нижнего давления (масло) и гидравликой верхнего давления (вода) составляет 1:20 – это создает макс 4000 бар на стороне высокого давления.
Когда поршень привода достигает своего конечного положения, радиальный поршневой насос меняет направление подачи: сторона А поглощает, сторона В – сжимает (или наоборот), при максимальной мощности частота подъема составит 60 двойных подъемов в минуту.


Рисунок.4. Насос высокого давления
1.Водоснабжение
2. Гидравлическое устройство
3..Преобразователь давления
4. Фильтр нижнего давления
5. Фильтр верхнего давления
6. Демпфер
7.Управление
А, В. обратные вентили

3.2.2 Демпфер для погашения пульсаций
Колебания давления, которые возникают из-за осциллирующих движений поршня, поглощает демпфер. Колебания давления снижаются до 1%.
Линия (водовод) высокого давления – по нему вода поступает до резцовой головки. Такая линия (водовод) должна отвечать двум основным требованиям:
- стабильность, т.е. быть настолько надежной, чтобы выдержать давление до 4000 бар.
- Подвижность, т.е. как единое целое быть настолько гибкой, чтобы линия (водовод) высокого давления могла следовать за любыми движениями резцовой головки.
Фирма TRUMPF предоставляет линии (водоводы) высокого давления,
изготовленные из аустенитовой стали, без шарниров. Водоводы такой формы мало поддаются износу, очень надежны
3.2.3 Режущая головка и дюза.
Дюза для воды. (рис.5)
Если резка выполняется только водяной струей, то резцовая головка состоит из трубки высокого давления, которая соединена с распылителем для воды. Распылитель для воды сделан просто: он состоит из сапфировых, рубиновых или алмазных пластинок – штейна - и металлического крепления форсунки.
(рисунок.5)

Рисунок 5. Дюза для воды
1. штейн дюзы
2.крепление дюзы
3. корпус дюзы
Диаметр дюзы для воды (0,25-0,3мм) и рабочее давление насоса определяют расход воды. Мощность насоса при определенном рабочем давлении и определенной дюзе можно видеть на графике (рис. 6).



Рисунок 6. График зависимости мощности насоса от диаметра дюзы и рабочего давления.

3.2.4 Абразивная дюза.
Для резки водяной струей с абразивом дополнительно предусмотрена абразивная головка и смесительное отделение. В смесительной камере к водяной струе примешиваются абразивные частицы.
Задача самого водного потока - ускорять движение абразивных частиц в процессе резки. Из-за высокой скорости водяного потока в абразивной головке создается вакуум.
Распылитель для абразива установлен соосно с водной струей, имеет длину около 70 мм, диаметр от 0.8мм до 1.2мм
Дюза - это изнашиваемая часть, т.к. в процессе работ она «шлифуется» абразивным веществом. Износ тем выше, чем длиннее дюза и чем больше абразивных частиц проходит через нее за единицу времени. Если же дюза будет очень короткой, тогда абразивные вещества не смогут получить достаточного ускорения.

3.2.5 Режущая головка и качество струи.
От геометрии режущей головки (Рис. 7) и качества дюз для воды и для абразива зависят свойства водно-абразивной струи.
• дюза для воды должна быть такой, чтобы получалась тонкая струя воды
• геометрия резцовой головки должна быть такой, чтобы абразивные вещества подмешивались к водяной струе равномерно
• струя должна проходить через дюзу точно по центру.
• дюза для абразива должна быть достаточно длинной для того, чтобы абразивные вещества смогли получить достаточное ускорение и сфокусироваться. Если же дюза будет слишком длинной, то износ будет очень высоким .
Оптимальный поток имеет очень большое усилие (силу) резки при экономичном использовании воды и абразива.









Рисунок 7. Режущая головка.



3.2.6 Линейный уловитель.
В процессе резки струя с высокой остаточной энергией выходит за нижнюю сторону изделия. По окончании процесса остаточная энергия струи должна быть абсорбирована. В простейшем случае это происходит в емкости для воды. На станке фирмы Trump установлен линейный уловитель – узкий, открытый сверху поддон, наполненный керамическими гранулами слоем 100мм, который служит для поглощения остаточной энергии. Уловитель (Рис. 8) соединяется с осью Х, и значит, он всегда находится под резцовой головкой. TRUMPF практикует это по следующим причинам:
при установке емкости вода наполняет только линейный уловитель, поэтому используемое количество воды небольшое и общий вес станка незначительный
изделие остается сравнительно сухим
линейный уловитель постоянно промывается
линейный уловитель способствует снижению шума
к станине станка всегда есть подход
с линейным уловителем проще содержать станок в порядке
в процессе обработки вода нагревается. При наличии линейного уловителя материал/изделие нагревается местами, поэтому неточности сведены до минимума.
колебания поверхности воды, которые появляются из-за высокой скорости водяной струи, не передаются на само изделие/материал
вся отработанная вода, абразивные частицы постоянно вымываются из линейного уловителя и удаляются с рабочей зоны станка.


Рисунок 8. Линейный уловитель
3.2.7 Шлам.

После выполнения работы вода засоряется абразивными частицами, отходами и.т.п. Насос перекачивает воду в емкость, которая разделена на три части. Твердые частицы транспортируются затем в контейнер для отходов. Вода фильтруется.

На таком станке можно резать практически любой материал, потому нельзя, в общем, сказать, как будут собираться отходы в каждом отдельном случае.

Засорение происходит по следующим причинам:
*абразивные частицы
*истирание в линейном уловителе


Вода, используемая при резке, содержит:
* выпавшие в осадок частицы
*растворившиеся частицы
*металлы ( если обрабатывались металлы)

Нужна ли будет последующая обработка отработанной воды, зависит от следующих факторов:
• состав материала
• требования закона

Для последующей очистки воды на станке необходимо установить центрифугу и контейнер с фильтром.
Воду, которая прошла последующее очищение, можно провести в канализацию. Оба приспособления ( см выше) можно очень быстро установить на станке.
Как будут использованы отходы, зависит от местных законов.

3.2.8 Рециркуляция абразивных средств.
На фирме TRUMPF разработана установка для рециркуляции абразивного материала, при помощи которой частицы абразива можно вновь использовать в процессе резки. Данные такой установки говорят за себя:
Количество обработанного абразивного материала (за оборот) До 50 % ( обработанный абразивный материал можно рециркулировать)
Режущая сила (усилие) обработанного абразивного материала До 98 %.Обработанный абразивный материал можно использовать в качестве нового абразивного материала


Принцип.
Мокрый шлам из станка поступает через фильтр в установку для рециркуляции. где частицы абразивного материала, которые можно использовать еще раз, отделяются от использованных частиц, пыли и большей частью от воды .
Часть абразивного материала, которая будет использована вновь, -и только эта- просушивается и используется как ценный абразивный материал для дальнейшей резки
Отработанная вода вместе с пылью и отходами снова поступает в станок и там вода опять отделяется от шлама, вода по круговороту опять поступает в станок, а шлам выводится с рабочей зоны станка.








4. Технология раскроя водоабразивной струей.
4.1 Процесс обработки.
При резке водяной струей для обработки материала в качестве инструмента используется водяная струя. При этом речь идет как о чистой водяной струе, так и о водяной струе смешанной с абразивом.
Резка чистой водяной струей Резка водяной струей с абразивом
Принцип действия.











 Принцип действия.
1. Вода.
2. Генерация давления.
3. Сопло для подачи воды 1. Вода.
2. Генерация давления.
3. Сопло для подачи воды
4. Резервуар для абразива.
5. Абразивная головка.
6. Смесительная головка.
7. Абразивное сопло.

мягкие, эластичные материалы;
пищевые продукты; кожа и текстильные материалы. твердые, ломкие материалы;
металлы, техническая керамика;
композиционные материалы и ламинаты.
4.2 Технология врезания.
Перед началом работы – собственно процессом резки, необходимо вначале сделать начальное отверстие. Если водная струя направлена на изделие/материал, то оно/он частично рефлектирует струю и таким образом ослабляет усилие резки и даже повреждает - при высоком давлении - дюзу для абразива. Поэтому разработаны несколько способов подрезания.
4.2.1 Вертикальное положение режущей головки.
Примечание
*Водно-абразивная струя включается при остановленной резцовой головке
*изделие просверливается водно-абразивной струей насквозь.
*в изделии возникает высокое динамическое давление
*рефлектирующая струя забирает энергию у рабочей струи.
Преимущества:
*это самый быстрый метод при обработке мягких, однородных материалов (поделочные материалы)
Недостатки:
*подрезание при работе с твердыми и хрупкими материалами идет очень медленно
*износ дюзы из-за рефлектирующей струи
*динамическое давление может вызвать разрушение материала
Применение
*мягкие, однородные поделочные материалы.
4.2.2 Круговое движение режущей головки.
Примечание.
*Резцовая головка и водно-абразивная струя выполняют маленькие круговые движения.
*В материале образуется воронкообразное отверстие.
*Отраженная струя отклоняется в направлении, противоположном направлению перемещения, и и может улавливаться сенсорным кольцом вместе с отдельными частицами.
*Незначительное динамическое давление в материале
*Оптимальный радиус подрезания зависит от материала и толщины материала.
Преимущества.
*быстро.
*чисто.
Недостатки.
• Начать контур трудно.
• при маленьких контурах, например продольное отверстие, оптимальный радиус подрезания может быть слишком великим для продольного отверстия.
Применение.
*подрезание стандартное.

4.2.3 Маятниковое движение.
Примечания:
*Водяная струя с абразивом осуществляет возвратно- поступательное движение по прямой в направлении Х или по любому контуру.
*Водяная струя с абразивом, совершая возвратно-поступательное движение, врезается в материал.
*Незначительное динамическое давление в материале.
Преимущества:
*Контур можно начинать, не нарушая его
*Подрезание узких контуров происходит без нарушения самого контура.
Недостатки:
*Разбрызгивание.

Применение:
*Врезание между двумя готовыми деталями.


Рисунок 9. Виды врезания
4.2.4 Подрезание сверлом.
При подрезании водно-абразивной струей внутри изделия/материала создается высокое динамическое давление, которое может повредить само изделие/материал, например, во время обработки ламинатов это может даже привести к деламинированию поверхности, поэтому начальную точку лучше просверливать. По этой причине на резцовой головке установлено приспособление для сверла (рис 10.) (предусмотрен как дополнительный)
(рис. 7)
Рисунок 10. Режущая головка с приспособлением для сверления
4.3 Технология резки.
В процессе резки водяной струей с абразивом вода выполняет лишь функцию носителя. Резка осуществляется за счет определенного количества отдельных съемов материала, вызываемых ударением твердых частиц.
Сфокусированная водяная струя с абразивом прорезает в заготовке узкую щель. Струя постепенно вводится в заготовку.
Фаза 1. Во время резки водяная струя с абразивом с постоянной скоростью резки проводится по заготовке. В направлении, противоположном направлению резки, постепенно образуется изогнутая фронтальная поверхность (рис.11).

Рисунок. 11 Образование фронтальной поверхности
Фаза 2. Частицы твердых металлов из-за своей инерции уже не поспевают за струей. Это как бы расщепляет струю, поэтому локализуется процесс образования выемки. Выемка образуется только на небольшом отрезке. Так в процессе резки образуется ступень на изделии (рис.12).

Рисунок. 12 Образование ступени.

Фаза 3. Угол отклонения на поверхности ступени постоянно увеличивается. Под ступенью сносимый слой становится все меньше, таким образом ступень как бы "вдавливается" в заготовку до тех пор, пока ударяющиеся частицы больше не смогут производить съем материала (рис13.).


Рисунок 13. Фаза 3.

Фаза 4. Ступень относительно быстро «входит» в изделие, и несущиеся частицы не могут больше сносить слои на материале/изделии и делать выемку. Ступень сходит вниз, образуется сглаженный фронт резки (рис.14)


Рисунок.14 Образование сглаженного фронта резки.
Первоначальное состояние снова восстановлено. Описанный выше процесс повторяется с самого начала.
В трехмерном изображении получаем следующую картину: (рис. 15)


Рисунок 15. Схема резки.
4.3.1 Разделение резкой.

- ширина разреза зависит от диаметра дюзы для абразива
- вместе с износом дюзы для абразива увеличивается разрез
Профиль разреза (рис. 16)
*при высокой скорости резки легко получается V-образный профиль разреза
*при низкой скорости резки профиль разреза - почти прямоугольный,
при слишком низкой скорости получается А-образная форма: в нижней части материала/изделия из-за турбулентности образуется размыв.


Рисунок 16. Профиль разреза
С верхнего края разреза образуется легкое закругление углов (рис. 17). Чем дальше от поверхности обрабатываемого изделия будет расположена абразивная дюза, тем больше будет это закругление. Такой эффект можно использовать для закругления краев на изделии.


Рисунок. 17
Обработка контура (Рис. 18)
Поверхность, обработанная водно-абразивной струей, имеет характерную ребристость.


Рисунок. 18 Схема обработки
Струя искривлена против направления: на верхнем крае струя как бы уходит вперед от нижнего края.
Обрабатывая контур на углах, необходимо выровнять, водоабразивную струю строго параллельно краю, иначе на нижней стороне изделия контур будет нарушен.


4.3.2 Влияние основных параметров на качество резки.
а) Давление
*глубина резки увеличивается вместе с увеличением давления.
*качество обрезных кромок возрастает от увеличения давления.
*с давлением увеличивается износ.
Сильные колебания давления приводят к износу. Если (как со стеклом) подрезать при низком давлении, а резать при высоком давлении, то для этого сначала надо подготовить все подрезы, а потом уже начинать работу по резанию.
б) Количество абразивного материала
- оптимальное количество абразива зависит от обрабатываемого материала:
-  если подавать слишком мало абразива, то мощность водно-абразивной струи будет слишком незначительной.
- Если подавать слишком много абразива, то частицы образуют “пробку”.





рисунок 19. Воздействие количества абразива на качество обрабатываемой поверхности.



в) Скорость резки
*максимально возможная глубина резки обратно пропорциональна скорости резки
*качество поверхности резки понижается с увеличением скорости резки
Внимание! Давление и количество абразива меняются в зависимости от особенностей материала.
4.3.3 Качество обрезного края
- зависит от скорости резки. На практике различают разделительную, качественную и тонкую резку.

Разделительная резка – оптимальная по скорости резка, при которой деталь обрабатывается как можно быстрее. ( рис. 20)



Рисунок 20. Зависимость качества резки от подачи.

Качественная резка (Рис. 21) – отличается хорошим качеством краев и углов при экономично оправданной скорости резки

Рисунок 21. Качественная резка.

Тонкая резка (Рис. 22)– оптимально подходит для выполнения краев и четких контуров наилучшего качества. Поверхность получается очень гладкой, края прямоугольные.

Рисунок 22. Тонкая резка.

4.3.4 Обработка контуров. Параметры.
Обработка углов и небольших радиусов при работе на таком станке имеет особое значение, и следует принимать во внимание, что водно-абразивная струя – не инструмент с постоянной формой.

Обработка углов
- перед обработкой угла скорость резки понижается до скорости, необходимой для правильной обработки угла. После прохождения угла скорость принимает свое обычное значение. Результат зависит от следующих факторов:
-  скорость обработки на прямых линиях
-  скорость обработки самого угла
- величина угла
-  длина пути ускорения и торможения

Обработка малых радиусов
Небольшие радиусы, особенно отверстия, также следует обрабатывать с пониженной скоростью, так как на обратной стороне изделия контур может получиться неточный. Результат зависит от следующих факторов:
-величина радиуса
-скорость обработки при закруглении

Динамическая обработка контура-
Управляющее устройство станка распознает величину углов или радиусов и динамично подгоняет скорость резки к контуру. В технологических таблицах даны только предельные величины для радиусов, углов и скорости. Между предельными значениями управление само выбирает оптимальную скорость обработки.

4.3.5 Дефекты обработки угла.
Различают три типа дефектов обработки угла:

Тип 1: Нос. На нижней стороне внешнего угла образуется “нос”.

Причина: Скорость возле угла слишком высокая. Струя не достигает угла на
оборотной стороне изделия и “соскакивает” на новую дорожку.

Тип 2.Надрез. После изменения направления возникает размыв напротив нового направления.

Причина: Ускорение слишком большое.
Внимание! “Нос” и “Надрез” часто образуются вместе.

Тип 3. Размыв. На углу образуется размывы.


Причина: Скорость обработки в самом углу очень низкая.
4.3.6 Параметры на рабочий материал.
Решающими параметрами являются механические свойства:
*твердость
*показатели вязкости
*модуль эластичности

Чем мягче и пластичнее металл, тем лучше ( то есть – быстрее) его можно обработать водно-абразивной струей. В последовательности Сталь- Цветные металлы – Легкие металлы возрастает скорость резки, если сравнить качество обрезного края ..

Электрические и оптические свойства и теплопроводность металла не играют никакой роли при резке водно-абразивной струей.
4.3.7 Качество абразивного материала
- имеет решающее значение для усилия (силы) резки. Пример:
Абразивный материал должен отвечать следующим требованиям:
высокая мощность резки, но небольшой износ.
*незначительная примесь мелких частиц*
•  экологичность
• рентабильность
Высокая мощность резки – основана на процессе микроразделения, образующимся благодаря частицам абразивного материала.
Мощность резки определяют следующие показатели:
1. Твердость. Чем тверже абразивный материал, тем выше мощность резки.
2.  Зернение. Чем меньше величина гранул, тем тоньше будет обработка поверхности. Величина гранул должна быть меньше половины диаметра абразивной дюзы.
3. Поверхность. На поверхности частиц абразива должно быть как можно больше острых краев.

Незначительное содержание примесей (мелких частиц, пыли и.т.п) в абразиве необходимо по следующим причинам:
*высокое содержание примесей (мелких частиц, пыли) снижает мощность резки также увеличится количество абразива, необходимого для выполнения работы.
*высокое содержание примесей увеличивает количество суспензии в отработанной воде.
• В абразиве с высоким содержанием примеси могут образовываться комки.
• Абразивный материал Гранат имеет очень низкое содержание примесей ( пыли, мелких частиц).

Экологичность.
Абразивный материал должен отвечать следующим требовниям:
отсутствие опасности для здоровья обслуживающего персонала.
• простота в обращении.

Рентабельность и экономичность
Для ответа на вопрос “Наскотлько экономично применение какого-то определенного абразива? ”, наряду с закупочной ценой следует обратить внимание на следующее:

• мощность/ производительность резки, а отсюда необходимое количество абразива
• качество и воспроизводимость готовых изделий
•  повышенный износ при повышенном содержании примесей( мелкие частицы, примеси и.т.п)
• повышенное содержание суспензии в отработанной воде при повышенном содержании примесей в абразиве.
• обращение.
• Равномерное распределение гранул по величине
• Способность к переработке
Абразивные материалы, которые предлагают на рынке, имеют большие различия (при одинаковом обозначении), некоторые даже могут стать причиной сбоя/неисправности в работе станка.

TRUMPF рекомендует использовать на своих станка американский Гранат фирмы Бартон. Причины:
*Гранат соответствует всем вышеуказанным требованиям
• Гранат имеет самую высокую из всех испытанных абразивов мощность( на 10 –25% выше чем других).
• Гарантированное качество
• Очень малое содержание примесей
5. Этапы разработки типовых технологических процессова раскроя материалов и деталей на водоабразивной установке
WS 4000
Типовой технологический процесс раскроя материалов состоит из 4х основных этапов: 1. Входной контроль плит.
2. Термическая обработка (для титана)
3. Создание общей управляющей программы для раскроя листа (плиты), состоящей из комплекта деталей.
4. Раскройная операция.
5.1.1 Входной контроль
Входной контроль плит осуществляется контролером цеха в соответствии с ГОСТ 2375579 «Плиты из титана и титановых сплавов» и СТП 0750 4910.32.27597 «Входной контроль материалов».
При поступлении плит на раскройный участок необходимо проверить наличие и соответствие сопроводительной документации (паспорт входного контроля). Паспорт входного контроля должен содержать следующею информацию: марка материала, номер партии, номер плавки. Клейма на плите также должны содержать эту информацию.
Затем необходимо проверить габаритные размеры плиты, неплоскостность и качество поверхности плиты. После проведения этих операций каждой плите присваивается индивидуальный номер, и информация заносится в паспорт.
После проведения отжига от каждой плиты отрезаются образцы для контроля марки материала и механических свойств. Химический состав плит должен соответствовать ГОСТ 1980774.
Завершающим этапом входного контроля плит является операция ультра звукового контроля (УЗК). УЗК проводится для каждой плиты и после проведения операции составляется карта УЗК, на которой если выявлены, отображаются дефектные точки и глубина их залегания.
5.2.1 Нагрев для снятия остаточных напряжений.
Многие технологические воздействия на обрабатываемые детали сопровождаются возникновением в них остаточных напряжений, которые уравновешиваются в объеме детали.
Значительные остаточные напряжения возникают в отливках и полуфабрикатах, неравномерно охлаждающихся после проката или ковки, в холодно деформированных полуфабрикатах или заготовках, в прутках в процессе правки, в сварных соединениях, при закалке и т.п.
Остаточные напряжения, возникшие в указанных случаях, чаще всего нежелательны. Они могут вызвать деформацию деталей при обработке резанием или в процессе эксплуатации, а суммируясь с напряжениями от внешних нагрузок, привести к преждевременному разрушению или короблению конструкции; увеличивая запас упругой энергии (например, сварной конструкции), остаточные напряжения повышают вероятность хрупкого разрушения. Во многих сплавах они вызывают склонность к растрескиванию в присутствии коррозионно-активной среды. По величине остаточные напряжения могут достигать предела текучести.
Для уменьшения остаточных напряжений изделия нагревают. С повышением температуры предел текучести понижается, поэтому остаточные напряжения вызывают пластическую деформацию и снижаются до уровня предела текучести металла при температуре нагрева.
В стальных и чугунных деталях значительное снижение остаточных напряжений происходит в процессе выдержки при температуре 4500 С; после выдержки при температуре 600 С напряжения понижаются до очень низких значений. Время выдержки устанавливается от нескольких до десятков часов и зависит от массы изделия.
В сплавах на основе меди и алюминия существенное уменьшение остаточных напряжений происходит при меньших температурах нагрева. Например, в холоднодеформированных латунных полуфабрикатах остаточные напряжения практически полностью снимаются в процессе отжига при температуре 200-300 С.
По окончании выдержки при заданной температуре изделие медленно охлаждают, чтобы предотвратить возникновение новых напряжений. Допустимая скорость охлаждения зависит от массы изделия, его формы и теплопроводности материала; она обычно лежит в пределах 20-200 С/ч.

5.2.1 Отжиг
Рекристаллизационный отжиг применяется для понижения прочности и восстановления пластичности деформированного металла, получение определенной кресталографической текстуры, создающей анизотропию свойств, и получение заданного размера зерна. Рекристаллизационный отжиг часто используют в качестве межоперационной смягчающей обработке при холодной прокатке, волочении и других операциях холодного деформирования. Температуру отжига обычно выбирают на 100-2000 С выше рекристаллизации. Рекристаллизационный отжиг может быть использован в качестве окончательной обработки полуфабрикатов. При отжиге титановых плит их нагревают до температуры 600-6300 С и охлаждают на воздухе, в течении 10 суток.



5.3 Разработка программ
Разработка программ для станка WS4000 ведется программной системой “Tops 100”.
Система “Tops 100” является системой программирования для станков с лазерной и водоструйной резки. Система имеет модульное строение: различные функциональные области системы распределены различными блоками программного обеспечения, так называемыми модулями. Модули отображаются во входном кадре (изображении), который появляется после загрузки системы Tops.

5.3.1 Модуль DRAWIN (чертеж)
После выбора модуля DRAWIN появляется операционная среда (интерфейс пользователя). Во входной маске модуля DRAWIN показывается нулевая точка, облегчающая ориентацию. Она представляется в виде точки пересечения двух расположенных перпендикулярно друг другу вспомогательных линий.
 В модуле DRAWN (чертеж) собраны все функции, которые вам требуются для создания чертежей отдельных деталей. Чертеж детали является основой всех дальнейших операций. Вы можете создавать чертежи непосредственно в системе Tops или копировать их из других систем.
Имеется очень большое количество функций, служащих для создания чертежей: Вспомогательные функции облегчают конструирование геометрии.
Если вы не хотите создавать чертежи непосредственно в системе, возможно их перенести из других систем САПР, система предлагает различные стандартные интерфейсы к системам САПР.
5.3.2 Модуль NEST (вложение)
В систему ToPs интегрировано два процессора вложения, которые вкладывают чертежи деталей по различным критериям на листовую заготовку.
.Процессоры вложения
Процессор вложения «расширенный прямоугольник» ориентируется вначале на границы детали в виде описанного прямоугольника.
Процессор вложения «свободная геометрия» рассматривает действительную геометрию чертежа отдельной детали или многодетального пакета.
.Определение задания на вложение
В задании на вложение определяется, какие детали должны подвергнутся вложению. Для достижения оптимального использования листа, при вложении учитываются все детали и их возможные комбинации, которые находятся между минимальным и максимальным количеством. Это задание вы можете составить в системе ToPs или скопировать из системы более высокого уровня. В зависимости от задания на вложение, различают два типа вложения.
Одна и та же деталь многократно укладывается на лист.
На лист укладываются различные детали
Определение опций вложения
Вы можете выбирать между различными “опциями вложения”. В зависимости от геометрии различных деталей, которые вы хотите вложить, вы выбираете оптимальную стратегию. Основой вложения являются геометрия детали или горизонтальные или вертикальные границы деталей
Показ результата вложения.
Листы и результат вложения графически представляются на экране. В самом результате вложения, вы можете просмотреть, какое общее количество было вложено, сколько было создано листов и многое другое. В протоколе вложения указывается, почему отдельные детали не были подвергнуты вложению.
Вложение листовых отходов.
Если после обработки остаются листовые отходы, то их вы можете дополнительно использовать при вложении. Укажите размеры и количество листовых отходов. После этого система в первую очередь укладывают детали на листовые отходы.
Ручное воздействие на расположение деталей на листе.
Созданные системой Tops листы вы можете изменять произвольным образом. Вы можете удалять отдельные детали, добавлять новые детали или изменять положение отдельных деталей.
5.3.3 Модуль TECHNOLOGY (технология)
В модуле TECHNOLOGY вы можете определять, изменять и подготавливать обработку, а также создавать управляющую программу.
Автоматическое создание управляющей программы
Система Tops 100 автоматически создает управляющую программу. Для этого она обращается к модулям управляющей программы, которые сохранены в базе данных.
Моделирование обработки
Обработка листа моделируется на экране.
Технологическая карта
Система Tops 100 создает вместе с управляющей прораммой технологическую карту, в которой содержится вся важная для обработки информация.
Управляющую программу, технологическую карту и содержание экрана Вы можете в любой момент распечатать.
Общие сведения о стратегиях обработки
Принцип обработки листа называется стратегия обработки. У вас имеется следующие возможности:
- расположение деталей на лист,
- обработка раскроенных листов ( созданных в модуле NEST),
- обработка методом раскроя:
размеры отдельной детали соответсвует размерам листа,
- обработка отдельной детали:
обрабатывается только отдельная деталь, и создается текст управляющей программы. При этом расположение деталей на листе не производится.
Изготовление решетки
При изготовлении решетки детали отделяются от листа. Образуются отходы в виде решетки:
Общий разделительный рез
Детали располагается на листе, как и при изготовлении решетки. В отличие от метода изготовлении решетки, при общем разделительном резе не образуются отходы в виде решетки.
Раскрой.
Изготовление раскроя происходит всегда в том случае, если из листа изготавливается одна отдельная деталь:
Размеры листа соответсвуют размерам прямоугольника, описанного вокруг отдельной детали ( размеры отдельной детали=размеры листовой заготовки). Внешний контур отдельной детали не обрабатывается замкнуто. Контур листа соответсвует частям изготавливаему внешнему контуру отдельной детали.
Создание управляющей программы
Условие:
- Вы обработали лист или загрузили обработанный лист.
- Обработка листа, включая выполняемые вручную изменения, завершения.
Создайте управляющую программу, нажав START.
Выбор технологической таблицы и свода правил
Условия для обработки
Для того, чтобы определить обработку, системе ToPs 100 требуется следующая информация:
- станок, на котором Вы хотите обработать лист или деталь,
- технологическая таблица, подходящая для материала, толщины листа и размеров контура,
- свод правил, подходящий для технологической таблицы.
5.3.4 Модуль DATA (база данных)
База данных содержит все данные, к которым обращается система на различных фазах программирования.
Сохранения информации
База данных заполняется фирмой TRUPF всей информацией, которая Вам требуется для обработки различных материалов на Вашем станке производства TRUPF. К ним относятся:
- конфигурации станка;
- параметры матералов;
- технологические таблицы;
- своды правил;
- специализированные циклы.
Текущие прикладные параметры
Технологические таблицы и своды правил содержат текущие прикладные параметры, допущенные технологическим отделом фирмы TRUPF. Фирмой TRUPF регулярно издются обновленные версии библиотек данных, которые содержат новые прикладные параметры.
Основа знаний
База данных педставляют собой основу Ваших знаний и обладает способностью к расширению. Вы внесите в нее новые сведения о технологии обработки. При создании следующей программы система ToPs обращается к этим данным.
База данных представляет собой организованную систему хранения информации ( данных), находящихся в определенной связи друг с другом.
Работа с базой данных
Ваши возможности при работе с базой данных заключаются в следующих действиях:
- создание наборов данных (создание полностью новых или копирование существующих);
- редактирование наборов данных (изменение записей в полях данных);
- удаление имеющихся наборов данных.
Контроль и изменение параметров станка
BASE DATA 1
В маске «BASE DATA 1» Вы можете проверить и, при необходимости, изменить параметры вашего станка:
- рабочая зона,
- зона переезда,
- максимальные размеры станка.
FUNKTIONS 1- станки для резки водяной струей
В этой маске вы найдете следующие функции:
- скругление (режим контуров):
В режиме контурного управления система управления заблаговременно обрабатывает последующие предложения управляющей программы. При изменении направления касательной она скругляет переходы.
- Pathslope (ступени разгона и торможения):
При активизации функции Pathslope ( глиссада) создается постоянная скорость по переходам предложений, благодаря чему струя обходит контур с постоянной скоростью.
- система регулировки расстояние на основании электрической емкости.



Своды правил
Свод правил представляет собой набор правил, согласно которым протекают процессы принятия решений. Своды правил в системе ToPs для определения обработки.
Информация сводов правил сохранена в базе данных.
Решение о том, является ли контур большим, средним или малым, принимают своды правил.
В модуле TECHNOLOGY система ToPs с помощью свода правил интерпретирует геометрию деталей (размеры контуров) и назначает обработку.
- тип врезания,
- скорость резки,
- мощность лазера ...



















6 Расчет режимов резания для раскроя заготовок типа «Балка»
Станок ФП17
Фреза 40, Lр75
Глубина фрезерования t=8мм.
Ширина фрезерования В=70мм.
Подача Sz-подача на зуб. Sz=0,05 мм на зуб.(табл. 35 [10])
Скорость резания – окружная скорость фрезы.
V=(CvDq/ТmtхSzyВuzр)Кv [10]
Cv = 22.5 (табл. 39 [10])
q = 0,35
х = 0.21
y = 0,48
u = 0,03
р = 0,1
m = 0,27
Кv = КmvКпvКuv
Кmv – коэффициент учитывающий влияние физико-механических свойств
обрабатываемого материала на скорость резания. Кmv = 0,5 (табл.3 [10])
Кпv - коэффициент учитывающий влияние состояние поверхности заготовки на скорость резания. Кпv =0,9 (табл.5 [10])
Кuv - коэффициент учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания. Кuv – 1,0 (табл.6 [10])
V =21,11мм/мин.
Число оборотов n = 1000V/d = 1000.21,11/3,14.40 =168 об/мин.
Sм = Szzn = 0,05.4.168 = 33,6.
7. Безопасность жизнедеятельности.
Станок типа / TC WS 4000/ является надежным в эксплуатации станком, выполненным по последнему слову техники.
Данный станок отвечает основным требованиям по технике безопасности и охране здоровья нормы ЕС по машиностроению 89/392/EWG.
Несмотря на это станок может стать источником опасности, если он эксплуатируется недостаточно квалифицированным персоналом ненадлежащим образом и не по назначению.
7.1 Обзор источников опасности
В предоставленном ниже обзоре источников опасности приведены основные источники опасности, представляющие собой потенциальную угрозу жизни и здоровью обслуживающего персонала. Станок и предохранительные устройства станка сконструированы и изготовлены в соответствии с требованиями нормы ЕС по машиностроению 89/392/EWG, так что угроза жизни персонала исключена. Дополнительные меры предосторожности, которые могут быть приняты пользователем, также приведены в обзоре источников опасности.
Источник опасности  Опасное место  Вид опасности Дополнительные меры
Механический фактор: защемление Между кареткой и брызговиком
Между сенсором и заготовкой
Между ограничите-
лем и опорными сегментами
Зажим заготовки Опасность травмирования
Опасность травмирования
Опасность травмирования

Опасность травмирования Следить за тем, чтобы сигнальная лампа в режиме наладки светилась зеленым цветом
В процессе резки  Режущая головка Опасность травмирования -
Удар  Движение по оси Х
Движение по оси Y
Движение по оси Z
Движение по оси U Опасность травмирования
Опасность травмирования
Опасность травмирования
Опасность травмирования 
Источник опасности  Опасное место  Вид опасности Дополнительные меры
В связи с выбросом жидкостей и газов под высоким давлением Гидравлический контур
Контур высокого давления – трубо- проводы высокого давления
Клапан режущей головки
Демпфер пульсации
Режущая головка Опасность травмирования
Опасность травмирования


Опасность травмирования
Опасность травмирования
Опасность травмирования Надевать защитные очки
Электрический фактор:
В связи с электрическим контактом. Непосредственный
контакт с токопрово-
дящими в нормаль-
ном и неисправном состоянии час-
тями.
 Опасно для жизни





 
Опасность вызываемая шумом
Нарушение слуха Во время процесса
обработки (насос высокого давления, режущая головка) Опасность для здоровья Надевать защитные
наушники
Опасность вызываемая неисправностью или
выполнением неправильной фун-
кции:Неисправность в системе электро-
снабжения
 Приводы
Управляющее напряжение Опасность травмирования
Опасность травмирования 
Опасность вызываемая вибрацией Насос высокого давления  




7.2 Анализ вредных производственных факторов.
К вредным физическим производственным факторам характерным для процесса резания, являются: повышенная запыленность воздуха рабочей зоны, высокий уровень шума и вибраций, недостаточная освещенность рабочей зоны и повышенная влажность воздуха.
Шум возникает вследствие упругих колебаний как машины в целом, и отдельных ее деталей, а также при прохождении струи воды и абразива через сопло станка, при врезании струи в обрабатываемый материал, при попадании струи в струеуловитель. Причины возникновения шума обусловлены конструкцией и характером работы машины и условиями эксплуатации. Аэродинамические шумы – эти шумы являются главной составляющей шума механической вентиляции, компрессоров. Гидродинамические шумы – эти шумы возникают в насосе подающием жидкость под высоким давлением в сопло станка. Электромагнитные шумы – шумы электромагнитного происхождения возникают в электрических машинах и оборудовании. Причиной возникновения вибраций являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия.
Недостаточная освещенность рабочей зоны связана с запыленностью оконных проемов и осветительных приборов, а также с отсутствием осветительных приборов и затенение оборудованием светового потока из оконных проемов.
К опасным физическим производственным факторам относится применение подъемно-транспортного оборудования, а именно кран балки для подачи заготовки на раскрой. Вследствие неправильной строповки и эксплуатации оборудования, возможно соскальзывание строповочных канатов с крюков, что так же влечет травмы.
Эксплуатация станочного оборудования связана с использованием электрической энергии. Электрический ток, проходя через организм, оказывает термическое, электролитическое и биологическое действие, вызывая местные и общие электротравмы. Также опасно повышение напряжения в электроцепи или статического электричества, при котором может произойти замы