ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА

Точность плазменной резки

Совокупность факторов, отрицательно влияюших на качество ме­талла кромки, и способы уменьшения их воздействия подробно рассмот­рены в предыдущей главе. Ниже рассматриваются требования к точнос­ти, регламентируемые ГОСТ 14792- 80. а также результаты исследований фактической точности плазменной резки и влияние на нее различных факторов.

На рис. 4.1 штриховой линией изображен номинальный контур детали, заданный по чертежу, который необходимо вырезать плазменной резкой, а сплошной — фактический контур, который может получиться в резуль­тате резки. Можно видеть, что возможны следующие отклонения от задан­ных размеров и формы: АЛ, Дв, ДС, AD отклонения габаритных раз­меров от заданных номинальных значений; Д/'лД/д, fc, А/0— отклонения от заданной формы кромок. В частном случае — это отклонение от прямо­линейности, т. е. непрямолинейность. При этом отклонение АЛ от номиналь­ного размера А включает в себя и изменение размера, вызванное пере­косом кромки D.

Кроме перечисленных, имеют место отклонения от заданного взаимно­го расположения кромок в виде перекоса кромок по отношению к другим кромкам или по отношению к базовой, отклонения поверхности детали от плоскости, неперпендикулярность плоскости реза к поверхности детали, неплоскостность поверхности реза, а также отклонения от заданных разме­ров и формы фасок под сварку, отклонения от заданных размеров и формы вырезов.

Допускаемые величины отклонений регламентируются ГОСТ 14792—80 «Детали и заготовки, вырезаемые кислородной и плазменно-дуговой рез­кой. Точность, качество поверхности реза». Этот стандарт распространяет­ся только на детали и заготовки, вырезаемые механизированной кислород­ной и плазменной резкой из листовой стали различных типов: низкоугле-

родистой, низколегированной, высоколеги­рованной коррозионно-стойкой, жаростой­кой и жаропрочной, а также на детали из листов алюминия и его сплавов. Пре­делы толщин от 5 до 100 мм для кисло­родной резки и от 5 до 60 мм для плаз­менной. Стандартом предусмотрены три класса точности для деталей и заготовок одинаковых размеров.

Как показали исследования, резуль­таты которых приведены ниже, требова­ния первого и второго классов точности обеспечиваются при использовании пор­тальных машин с цифровым программным

Рис. 4.1. Схема отклонений размеров и формы реальной детали от номинальных размеров

управлением при условии принятия мер для поддержания точности их работы на уровне, указанном в паспорте машины. Точность по второму и третьему классам обеспечивается машинами с фотоэлектронным управле­нием при условии обеспечения требуемой точности изготовления копирчер - тежей не менее ± 1,0 мм. Значениями допусков третьего класса точности можно руководствоваться для деталей, вырезаемых переносными маши­нами и ручными резаками.

В табл. 4.1 приведены нормы допускаемых отклонений от номинальных размеров при плазменной резке, установленные ГОСТ 14792—80. Допус­каемые отклонения от прямолинейности определяются как половина до­пуска на размер.

В табл. 4.2 даны нормы допускаемых отклонений на неперпендикуляр - ность кромок в зависимости от толщины разрезаемого металла. Для обес­печения указанных допусков при плазменной резке необходимо руковод­ствоваться технологическими рекомендациями, приведенными в третьей главе, и отработанными режимами резки.

В табл. 4.3 приведены нормы на шероховатость поверхности реза. При этом указывается, что допускаются отдельные неровности, превышающие приведенные нормы шероховатости.

В табл. 4.4 даны нормы на ширину зоны термического влияния, уста­новленные для алюминиевых сплавов при плазменной резке. Указанные нормы удваиваются при плазменной резке углеродистых сталей и умень­шаются в два раза при резке аустенитных сталей.

Скругление угла кромки вследствие оплавления допускается радиусом в 1 мм.

Представляют интерес результаты исследований по определению фактической точности программоносителей, машин и технологических процессов и оценке степени влияния каждой группы погрешностей на конечную точность изготовления деталей. Исследования выполнялись в применении к кислородной резке при помощи переносных машин, устанав-

ливаемых по линиям фотопроекционной разметки, которая выполнялась на стационарных машинах типа «Одесса» с фотоэлектронным управле­нием, и при плазменной резке на стационарных машинах типа «Кристалл» с цифровым программным управлением.

Приводимые ниже результаты относятся к вырезке крупных деталей с размерами свыше 5000X1000 мм толщиной от 12 до 24 мм. Статисти­ческая обработка данных показала, что во всех случаях закон распреде­ления отклонений фактических размеров от заданных номинальных зна-. чений является нормальным. В качестве программоносителя при ручной и полуавтоматической вырезке де-

Та блица 4.4. Нормы на ширину зоны термического влияния, установленные ГОСТ 14792 —80

Установлено, что при разметке по хорошо сделанным металлическим шаблонам отклонения лежат в пределах ±2 мм.

В применении к фотопроекционной разметке исследования выполнялись дважды — до отладки фотопроекционной установки, при помощи которой разметка деталей производилась в течение продолжительного времени, и после ее отладки, т. е. после устранения факторов, отрицательно вли­яющих на точность разметки. В результате_выяснилось, что до отладки установки центр распределения отклонений Хс (систематическая погреш­ность) оказался равным 0,5 мм, а стандарт распределения (рассеива­ние) — сг = 4,05 мм, т. е. разброс размеров находился в пределах Д = 0,5± ±3-4,05= ± 13 мм. После отладки аппаратуры и оснастки соответствую­щие показатели составили: Ас = 0,1 мм, 0=1 мм и Д=±3 мм.

Точность изготовления копирчертежей в значительной степени зависит от квалификации и личных качеств исполнителя, поэтому она может коле­баться в больших пределах. При этом абсолютные величины погрешнос­тей, возникающих в процессе вычерчивания копирчертежа, мало зависят от его масштаба.

Исследование точности изготовления копирчертежей, выполненных в масштабе 1:10, производилось в применении к двум партиям. В первую партию входили копирчертежи, изготовленные в условиях обычного конт­роля их точности, а во вторую — специалистами высокой квалификации в условиях тщательного контроля.

Копирчертежи первой партии были разбиты, в свою очередь, на две группы. В первую группу вошли копирчертежи плоских деталей с пря­мыми кромками и кромками в виде дуг окружностей, а во вторую — копир­чертежи плоских деталей с криволинейными кромками сложной формы. Сравнение полученных данных показало, что при практически одинаковом рассеивании (oi =0,185 мм, а аг = 0,176 мм) систематическая погрешность у копирчертежей для деталей первой группы в_4,5 раза меньше (ХС| = = 0,0206 мм), чем у деталей второй группы (Хсз = 0,095 мм). Наличие положительной систематической погрешности можно объяснить неволь­ным стремлением исполнителей при вычерчивании копирчертежей избе­жать появления неисправимого брака при вырезке деталей с уменьше­нием их размеров. Разница в значениях систематических погрешностей обусловлена, видимо, тем, что при изготовлении копирчертежей для де­талей первой группы номинальные размеры определяются более точно, чем для деталей второй группы, и опасения исполнителей в первом случае меньше, чем во втором.

Окончательная оценка точности изготовления копирчертежей произво­дилась по показателям, относящимся к обеим группам деталей, совместно вследствие небольшой разницы между ними и потому, что в процессе мас­сового изготовления копирчертежей и при вырезке деталей практически невозможно разделять их на указанные группы. В результате установлено, что систематическая погрешность при изготовлении копирчертежей сос­тавляет ^с = 0,04 мм при стандарте распределения о = 0,183 мм. Из полу­ченных данных следует, что только за счет погрешностей, имеющих место при изготовлении копирчертежей, отклонения реальной детали от номи­нальных размеров могут дости-гать Д=±5,5 мм.

Копирчертежи второй партии деталей изготовлялись, как указыва­лось выше, наиболее квалифицированными исполнителями под постоян­ным контролем качества работы. В результате обработки данных система­тическая погрешность уменьшилась до Хс — —0,0043 мм, а стандарт рас­пределения — до а = 0,148 мм.

Таким образом, отклонения размеров реальных деталей, возникающие за счет погрешностей изготовления копирчертежей, снизились до Л = = ±4,4 мм. Фактические отклонения, наблюдавшиеся на копирчертежах. не превышали ±0,3 мм, т. е. ±0,3 мм на детали.

Вычерчивание копирчертежей на чертежных машинах, работающих по программе, позволяет повысить точность до ±0,1 мм и даже до ±0,05 мм. Однако процесс подготовки программ для чертежных машин аналогичен процессу их подготовки для резательных машин с цифровым програм­мным управлением. В связи с этим такой способ изготовления копир - чертежей не находит широкого распространения.

С точки зрения повышения точности вырезаемых деталей целесообраз­но для заводов, на которых экономически не оправдано использование машин с цифровым программным управлением, создавать машины с фото­электронным управлением стремя масштабами: 1:1 — для вырезки мелких деталей, 1:5 —для средних и 1:10 —для крупных деталей.

Погрешности цифровых программ при описании прямолинейных кон­туров равны нулю, а при описании криволинейных контуров не превы­шают величины аппроксимации, отрезков кривой прямолинейными отрез­ками, т. е. находятся в пределах 0,25 мм и еще меньше при использовании для аппроксимации отрезков кривых.

Резка переносными газорезательными машинами широко использу­ется для вырезки деталей прямоугольной формы, для разделки кромок под сварку и для снятия фасок. Резка выполняется по разметке после зрительной установки резака и направляющих машины по линии разметки. Исследовалась точность резки по разметке, выполненной фотопроек - ционным способом. Чтобы выделить влияние погрешностей разметки ИЗ общей совокупности погрешностей, вносимых разметкой машиной и тех­нологическим процессом, замеры фактических размеров производились дважды. Сначала диаметры осуществлялись между линиями разметки по длине и ширине размеченной детали, а затем в тех же точках определялись фактические размеры детали после ее вырезки. Кроме замеров по длине и ширине, у готовой детали замерялись отклонения кромок от прямоли­нейности. Зная (после статистической обработки полученных данных) значения параметров нормального закона распределения отклонений размеров после разметки. Yc р и ор, а также соответствующие параметры Хе. а и Од для детали после ее вырезки, значения параметров Л', м т и ov, т закона распределения отклонений, возникающих вследствие погрешно­стей, которые вносятся машиной и технологическим процессом, опреде­лялись из выражений:

“С. и.г = ^с.« ^с. р! Ом т= ; Од Ор.

При этом предполагалось, что в данном случае рассматривались независимые случайные переменные величины.

Выяснилось, что по длине и ширине деталей величины погрешностей практически одинаковы. В связи с этим результаты статистической обра­ботки отклонений от размеров, приведенные в табл. 4.5, относятся к раз­мерам по длине деталей, а отклонения от прямолинейности — к длинным кромкам.

Из табл. 4.5 следует, что фактическая точность вырезки деталей зна­чительно ниже установленной ГОСТ 14792—80 для деталей длиной до 5000 мм. Причем степень снижения точности за счет погрешностей раз­метки составила 65 %, вследствие использования неотрегулированной фо - топроекционной установки. Остальные 35 % суммарной погрешности при-

ходятся на погрешности работы машины и технологического процесса. При этом аналогично ручному изготовлению копирчертежей сказывается влия­ние психологического фактора, выразившееся в смешении центра распре­деления в сторону увеличения размера детали. При отсутствии указан­ного смещения отклонения лежат в пределах ±5 мм, что практически соответствует допуску по ГОСТ 14792—80 для третьего класса точности. Однако при определении точности детали следует учитывать влияние и предыдущих операций обработки, в частности разметки. Исходя из полу­ченных данных, точность вырезки деталей переносными машинами при разметке по шаблонам может быть ±5,0 мм, а при использовании фото­проекционной разметки в условиях использования отрегулированной аппа­ратуры — ±6,0 мм. При такой точности 95 % деталей будут иметь откло­нения в пределах ±4 мм (интервал в ±2о). Повышение точности возмож­но посредством устранения: неточности установки резака полуавтомата по кернам разметки; нарушения режимов резки, вследствие чего ширина реза получается выше допустимой; устранения искривлений направ­ляющих и колебаний полуавтомата при движении по ним.

Погрешности работы машин с фотоэлектронным и цифровым програм­мным управлением также невозможно выявить непосредственным изме­рением, так как при движении резака воспроизводится траектория с пог­решностями программы, программоносителя и кинематической цепи машины. В связи с этим проверка машин на точность работы заключалась в вычер­чивании на листе при помощи безлюфтовой чертилки, вставленной вместо резака, контуров тест-копира, представляющего собой копирчертеж в масштабе 1:10 прямоугольника с размерами 1500X6000 мм и круга диа­метром 1000 мм внутри него. При этом принимались меры для повыше­ния точности вычерчивания. Для машин с цифровым программным управ­лением тест-копир был запрограммирован. Вычерчивание проводилось дважды: сначала по часовой стрелке, затем против. После каждого прочер­чивания замерялись размеры сторон, диагоналей прямоугольника и размеры взаимно перпендикулярных диаметров окружности.

Исследования выполнялись сначала на машинах, эксплуатировавших­ся продолжительное время без подналадки, а затем на тех же машинах после их подналадки.

В результате выяснилось, что у машин типа «Одесса» с фотокопиро­вальной системой управления, эксплуатировавшихся без подналадки, си­стематическая погрешность составила Xc = 0,2 мм, а стандарт распределе­ния— а = 2,3 мм, т. е. погрешность работы машин была +7,0 мм. Аналогичные данные для машин типа «Кристалл ТПл-2,5» с цифровым программным управлением следующие: ^ = 0,07 мм, ст = 1,17 мм и А = = ±3,5 мм. После выполнения подналадки погрешность работы машин «Одесса» не превышала ±1,8 мм, а машин «Кристалл ТПл-2,5» — ± 1,3 мм.

Погрешности, вносимые технологическим прцессом, также невозмож­но выявить непосредственными замерами. Поэтому их определение осу­ществлялось расчетным способом так же, как при исследовании резки переносными машинами, при использовании известного выражения для суммирования стандартов распределения:

От = л]о'і — аі — о'і,

где От — стандарт распределения погрешностей технологического процес­са; Од — детали; а„ — программоносителя или программы; о„ — машины.

Полученные результаты, а также степень влияния каждой группы погрешностей на точность изготовления деталей, вырезаемых плазменной резкой на машинах «Кристалл» с цифровым программным управлением и кислородной резкой на машинах «Одесса» с фотоэлектронной системой управления, приведены в табл. 4.6. Из табл. 4.6 следует, что точность вы­резки деталей на машинах с цифровым программным управлением почти соответствует требованиям первого класса точности по ГОСТ 14792—80, а точность деталей, вырезанных на машине с фотоэлектронным управле­нием при ручном изготовлении копирчертежей, приближается к требо­ваниям третьего класса точности. Следует отметить при этом, что в первом случае 95 % деталей будут иметь отклонения в пределах ±2 мм, а во вто­ром — в пределах ±4 мм.

Из предыдущего следует, что значения стандартов распределения и погрешностей технологических процессов получились практически оди­наковыми. В связи с этим, во-первых, воздействие технологического фак­тора почти одинаково при плазменной и кислородной резке и, во-вторых, на этот фактор не влияет отладка механической части машины. Основное влияние на снижение конечной точности деталей в процессе эксплуатации машин обоих типов оказывает отсутствие систематических подналадок для устранения люфтов и других причин, снижающих точность работы их механической части, а для машин с фотоэлектронной системой управле­ния к этому фактору добавляется и влияние погрешностей изготовления копирчертежей. При Этом в результате отладки машин изменяются и сте­пени влияния различных групп погрешностей. Так, при резке на машине «Кристалл» до ее отладки доминировало влияние погрешностей машины, доля которых составляла 60 %, а после отладки уровень их влияния сни­зился до 19 % и стали преобладать погрешности технологического про­цесса, которые составили 73 %. При резке же на машинах «Одесса» после отладки машины доминирующими стали погрешности программоноси­теля (60%), т. е. копирчертежа.

Способы повышения точности работы стационарных машин известны. Они заключаются в поддержании на достигнутом необходимом уровне: горизонтальности плоскости рельсового пути, прямолинейности направля­ющих рельсов по всей длине, перпендикулярности направляющих попереч-

ного и продольного движения машины и каретки резаков, люфтов в ки­нематических парах узлов поперечного и продольного перемещений маши­ны и каретки резаков, горизонтальности поверхности раскроечного стола, настройки системы управления.

Для поддержания точности работы стационарных машин на требуемом уровне необходимо регулярно, т. е. раз в квартал, выполнять проверку точности их работы по тест-копиру, который имеет вид прямоугольника размером 6000Х 1000 мм с кругом внутреннего диаметра 1000 мм. Описа­ние такого тест-копира приведено выше. Вычерчивание его может быть за­менено вычерчиванием квадрата со стороной 1000 мм по ГОСТ 5614—74 *.

После изготовления тест-копира фактические размеры его фигур долж­ны быть замерены с точностью до 0,1 мм штриховым метром 1-го разряда и проставлены на соответствующих линиях его контуров. В прямоуголь­нике указывается длина сторон и диагоналей, в окружности — диаметр круга. Должна быть проверена прямолинейность сторон прямоугольника. Допускаемые отклонения размеров фигур после вычерчивания следующие-.

Габаритные размеры прямоугольника или окружности мм...................................... ±1.5/±1,0

Непрямолинейность сторон прямоугольника, мм.................................................... 1,0/0,5

В приведенных выше значениях в числителе даны допускаемые откло­нения размеров фигур при вычерчивании для машин с фотоэлектронным управлением, в знаменателе — для машин с цифровым программным управлением.

Контрольная проверка точности работы машины должна производить­ся посредством вычерчивания при помощи безлюфтовой чертилки, встав­ленной вместо резака, с контуров фигур по тест-копиру (тест-программе) на стальном листе. Рекомендуется покрывать поверхность листа ме­лом. После вычерчивания производятся замеры вычерченных фигур и сравнение полученных размеров с размерами фигур на тест-копире (тест- программе).

Замеры размеров вычерченных фигур должны выполняться рулеткой, имеющей свидетельство о государственной проверке. Фактические разме­ры вычерченных фигур следует определять с учетом приведенных в свиде­тельстве поправок к показаниям рулетки. Разность размеров заносится в журнал проверки.

Прямолинейность сторон прямоугольника определяется путем натя­гивания струны параллельно прочерченной линии и замера с помощью измерительной линейки расстояния между струной и линией.

Струна натягивается так, чтобы расстояние от нее до обоих концов ли­нии было одинаковым. Допускается натягивать струну непосредственно над линией. Расстояние между струной и линией проверяется не менее чем в семи точках для продольной кромки и не менее чем в трех точках — для поперечной. В журнал проверки вносится максимальное отклонение для каждой линии.

Отклонения фактических размеров вычерченных фигур от номиналь­ных размеров тест-копира (тест-программы) не должны превышать тре­бований, приведенных в паспорте машины.

Если в результате выполненных замеров удовлетворяют приведенным требованиям, то допускается дальнейшая эксплуатация машины. В про­тивном случае необходимо произвести ее дополнительную наладку.

Кроме контрольных тест-копиров и тест-программ, на участке теп­ловой резки необходимо иметь поверочный инструмент и оснастку: для определения непрямолинейности — стальную струну или капроновую жил­ку диаметром 0,2—0,5 мм длиной 15 м; для проверки размеров вычерчен­ных фигур — рулетку стальную десятиметровую с ценой деления 1,0 мм, имеющую свидетельство госпроверки; для вычерчивания на стальном листе контуров деталей — безлюфтовую чертилку.