Резка металла: резание металлов и станки для резки металла

Резка металла
Разрезание - это операция, связанная с разделением материалов на части с помощью ножовочного полотна, ножниц и другого режущего инструмента. В зависимости от применяемого инструмента разрезание может осуществляться со снятием стружки или без снятия.
Инструменты и приспособления, применяемые при резке
Наибольшее распространение получило разрезание металлов ручными слесарными ножовками и ножницами. Для разрезания листового и пруткового материала применяют ручные рычажные и гильотинные ножницы.
Ручные слесарные ножовки предназначены в основном для разрезания сортового и профильного проката вручную, а также для разрезания толстых листов и полос, прорезания пазов и шлицев в головках винтов, обрезания заготовок по контуру и других работ. Разрезание выполняется при помощи ножовочных полотен, которые изготавливают из углеродистой (марки Р9 или Р18) или легированной (марки Х6ВФ) инструментальной стали и после нарезания зубьев закаливают. Наиболее распространены ножовочные полотна шириной 13 и 16 мм при толщине от 0,5 до 0,8 мм и длиной 250...300 мм. Для осуществления резания полотно устанавливают в специальном ножовочном станке. Ножовочные станки бывают двух типов: цельные и раздвижные, позволяющие устанавливать в станок ножовочное полотно разной длины.
Цельный ножовочный станок (рис. 1) состоит из станка 1, натяжного винта с барашковой гайкой 6 и рукоятки 2. Ножовочное полотно 4 устанавливают в прорези головок 5 и фиксируют его при помощи штифтов 3.
Раздвижной ножовочный станок (рис. 2) отличается тем, что состоит из двух частей, соединенных при помощи обоймы. Обойма жестко крепится на одной половине станка, а другая половина может изменять свое положение по длине за счет установки впрессованного в нее штифта, который фиксируется в специальных пазах обоймы.
На одной из сторон ножовочного полотна по всей длине нарезают зубья (рис. 3, а). Каждому зубу ножовочного полотна придается форма режущего клина, которая характеризуется определенными геометрическими параметрами: задним углом α, углом заострения β, передним углом γ и углом резания δ. Между углами, характеризующими геометрию режущего клина зубьев ножовочного полотна, существуют зависимости: α + β + γ = 90°; α + β = δ. 
  Поскольку работа (движения) ножовочного полотна, осуществляется в ограниченном пространстве, то для предупреждения его заклинивания в процессе работы зубья ножовочного полотна должны быть разведены. В зависимости от величины шага зубьев, т. е. от расстояния между двумя соседними зубьями, различают разводку по зубу (рис. 3, б) и разводку по полотну (рис. 3, в).

   Рис. 1. Цельный ножовочный станок: 1 - станок; 2 - рукоятка; 3 - штифты; 4 - ножовочное полотно; 5 - головка крепления ножовочного полотна; 6 - натяжной винт с гайкой

Рис. 2. Раздвижной ножовочный станок
Разводка по зубу производится на полотнах с большим шагом, в этом случае поочередно отгибают каждый зуб ножовочного полотна то в одну сторону, то в другую. При разводке по полотну сначала отгибают два-три зуба в одну сторону, а затем два-три зуба в другую. В этом случае вдоль полотна появляется волнистая линия.
  При установке полотен в ножовочном станке необходимо следить за правильным выбором направления зуба. Острие режущего клина должно быть всегда направлено в сторону рабочего движения полотна - вперед, в направлении от рукоятки к барашку натяжного винта. Вторым обязательным условием нормальной работы при разрезании является натяжение ножовочного полотна. Натяжение должно быть таким, чтобы полотно не испытывало упругих деформаций при разрезании и в то же время не должно быть слишком сильным, так как это может привести к поломке полотна в процессе работы даже при незначительном его перекосе. Ручные ножницы (рис. 4) бывают правыми и левыми. У правых ножниц скос на режущей части на каждой из половин находится с правой стороны, а у левых - с левой. Ручными ножницами можно резать листовую сталь толщиной до 0,7 мм, кровельное железо толщиной до 1,0 мм, листы меди и латуни толщиной до 1,5 мм. 

Рис. 3. Ножовочное полотно:
  а - геометрические параметры ножовочного полотна: γ- передний угол; α - задний угол; β - угол заострения; δ - угол резания; б - разводка по зубу; в - разводка по полотну

  

Рис 4. Ножницы ручные: а - правые; б — с криволинейными лезвиями; в - пальцевые
Такие ножницы (рис. 4, а) предназначены для разрезания материала по прямой линии или по дуге большого радиуса. Если требуется вырезать в листовом материале отверстие или вырезать деталь по контуру с малыми радиусами кривизны, применяют ножницы с криволинейными лезвиями (рис. 4, б) или пальцевые ножницы с тонкими и узкими режущими лезвиями (рис. 4, в).
  Все ножницы, независимо от их конструкции, в своей основе имеют (как и другие режущие инструменты) режущий клин. Форма режущего клина ножниц характеризуется следующими геометрическими параметрами (рис. 5): углом заострения β; задним углом α, обеспечивающим уменьшение трения при работе ножницами и составляющим 2...3°. С целью уменьшения усилий, прикладываемых при резании, режущие ножи устанавливают под углом φ (чем больше этот угол, тем меньше усилие резания). При увеличении этого угла создаются усилия, выталкивающие лист из-под ножей, в связи с этим величину угла φ выбирают в пределах 7... 12 °, что создает оптимальные условия для резания. Угол заострения β выбирают в зависимости от обрабатываемого материала (чем тверже материал, тем большим должен быть этот угол). Для мягких металлов и сплавов (например, меди, латуни) он составляет 65°; для металлов средней твердости - 70... 75 °, а для твердых материалов -80°. Если требуется разрезать листы большой толщины (до 2,0 мм), применяют стуловые ножницы (рис. 6). У этих ножниц одна рукоятка имеет отогнутый вниз конец; этим заостренным концом ножницы закрепляют в деревянной колоде или тисках. Вторая рукоятка служит для нажатия и собственно резания.

 

  Рис. 5. Геометрические параметры лезвий ножниц: α - задний угол; β - угол заострения; φ - угол между лезвиями

Рис. 6 Стуловые ножницы
  Хорошего эффекта при резании листовой стали толщиной до 2,5 мм можно добиться при использовании силовых ножниц (рис. 7). При работе рукоятку 4 с насечкой закрепляют в тисках, а рукоятку 5 с пластмассовым наконечником захватывают правой рукой. Рабочая рукоятка 5 представляет собой систему двух последовательно соединенных рычагов. Первый рычаг 7 заканчивается ножом 1 и соединен винтом 2 через шайбу 8 с рукояткой 4. Рукоятка 5 через ось 6 и шарнирное звено 3 также соединена с рукояткой 4. Эта система рычагов обеспечивает увеличение силы резания приблизительно в два раза по сравнению с обычными ножницами таких же габаритов.

Рис. 7. Силовые ножницы: 1 - нож; 2 - винт; 3 - шарнирное звено; 4 - рукоятка с насечкой; 5 - рукоятка с пластмассовым наконечником; 6 - ось; 7 - рычаг; 8 - шайба
  Настольные ручные рычажные ножницы (рис. 8) применяют для разрезания листовой стали толщиной до 4 мм, алюминия и латуни - до 6 мм. Основание 1 ножниц закрепляют на верстаке болтами. Рукоятка 2 обеспечивает возвратно-поступательное движение ножа 3. Второй нож 4 закреплен в корпусе основания 1. Разрезаемый лист укладывают на полку неподвижного ножа и, перемещая подвижный нож 3 рукояткой 2, выполняют разрезание листа по разметочной риске. Рычажные ножницы могут несколько отличаться друг от друга по конструкции, но принцип их действия во всех случаях одинаков.

 

Рис. 8. Настольные ручные рычажные ножницы: основание; 2 - рукоятка; 3 - нож; 4 - стол-нож
Труборезы (рис. 9) применяют для разрезания труб различного диаметра вместо слесарной ножовки, а также для более качественного разрезания труб. Труборез представляет собой специальное приспособление, у которого режущим инструментом служат стальные дисковые резцы-ролики. Наиболее распространены роликовые, хомутиковые и цепные труборезы.
Роликовый труборез (рис. 9, а) состоит из скобы 4, винтового рычага 3 и трех дисковых режущих роликов 6, два из которых установлены на осях в скобе 4, а третий смонтирован на оси, закрепленной в подвижном кронштейне 5. Разрезаемую трубу закрепляют в прижиме 1 винтом 2, после чего труборез устанавливают на трубу 7. При вращении винтового рычага 3 вправо кронштейн 5 переместит режущий ролик 6 до соприкосновения со стенкой трубы под некоторым нажимом. Труборез с тремя роликами режет одновременно в трех местах, поэтому при работе его слегка раскачивают при помощи рычага (примерно на одну треть оборота в каждую сторону). Для повышения качества разрезания место реза смазывают маслом.
  Для разрезания труб большого диаметра применяют хомутиковые или цепные труборезы (рис. 9).

Рис. 9. Труборезы: а - роликовый: 1 - прижим; 2 - винт; 3 — винтовой рычаг; 4 - скоба; 5 - кронштейн; 6 - режущие ролики; 7 - труба; б - хомутиковый; в - цепной; г - резцовый: 1 - нажимной винт; 2 - отрезной резец; 3 - винт
При резании роликовыми труборезами происходит вдавливание внутрь трубы ее торца, что ведет к образованию заусенцев и необходимости дальнейшей обработки трубы для их удаления. Исключить этот недостаток позволяет резцовый труборез (рис. 9, г), у которого ролики выполняют лишь функцию центрирования трубы в приспособлении, а резание производится отрезным резцом 2, который по мере врезания в трубу подается нажимным винтом 7. Нажим роликов осуществляется при помощи винта 3.
Правила выполнения работ при разрезании материалов
Правила резания металлов в значительной мере различаются в зависимости от используемого инструмента и материала, который подвергается разрезанию. Рассмотрим правила резания применительно к различным его методам.
Основные правила резания металла ножовкой (полосовой, листовой, прутковый материал; профильный прокат; трубы)
1. Перед началом работы необходимо проверить правильность установки и натяжения полотна.
2. Разметку линии реза необходимо производить по всему периметру прутка (полосы, детали) с припуском на последующую обработку 1... 2 мм.
3. Заготовку следует прочно закреплять в тисках.
4. Полосовой и угловой материал следует разрезать по широкой части.
5. В том случае, если длина реза на детали превышает размер от полотна до рамки ножовочного станка, резание необходимо производить полотном, закрепленным перпендикулярно плоскости ножовочного станка (ножовкой с повернутым полотном).
6. Листовой материал следует разрезать непосредственно ножовкой в том случае, если его толщина больше расстояния между тремя зубьями ножовочного полотна. Более тонкий материал для разрезания надо зажимать в тиски между деревянными брусками и разрезать вместе с ними.
7. Газовую или водопроводную трубу необходимо разрезать, закрепляя ее в трубном прижиме. Тонкостенные трубы при разрезании закреплять в тисках, используя для этого профильные деревянные прокладки.
8. При разрезании необходимо соблюдать следующие требования:
• в начале резания ножовку наклонять от себя на 10... 15°;
• при резании ножовочное полотно удерживать в горизонтальном положении;
• в работе использовать не менее трех четвертей длины ножовочного полотна;
• рабочие движения производить плавно, без рывков, примерно 40... 50 двойных ходов в минуту;
• в конце разрезания нажатие на ножовку ослабить и поддерживать отрезанную часть рукой.
9. При проверке размера отрезанной части по чертежу отклонение реза от разметочной риски не должно превышать 1 мм в большую сторону.
Основные правила резания листового металла толщиной до 0,7 мм ручными ножницами
1. При разметке вырезаемой детали необходимо предусматривать припуск до 0,5 мм на последующую обработку.
2. Разрезание следует производить острозаточенными ножницами в рукавицах.
3. Разрезаемый лист располагать строго перпендикулярно лезвиям ножниц.
4. В конце реза не следует сводить ножницы полностью во избежание надрыва металла.
5. Необходимо следить за состоянием оси-винта ножниц. Если ножницы начинают «мять» металл, нужно слегка подтянуть винт.
6. При резании материала толщиной более 0,5 мм (или при затрудненном нажатии на ручки ножниц) необходимо одну из ручек прочно закрепить в тисках.
7. При вырезании детали криволинейной формы, например, круга, необходимо соблюдать следующую последовательность действий:
• разметить контур детали и вырезать заготовку прямым резом с припуском 5... 6 мм;
• вырезать деталь по разметке, поворачивая заготовку по часовой стрелке.
8. Резание следует производить точно по линии разметки (отклонения допускаются не более 0,5 мм). Максимальная величина «зареза» в углах не должна быть более 0,5 мм.
Основные правила резания листового и полосового материала рычажными ножницами
1. Резание необходимо производить в рукавицах во избежание пореза рук.
2. Резание значительного по размерам листового материала (более 0,5x0,5 м) следует производить вдвоем (один должен поддерживать лист и продвигать его в направлении «от себя» по нижнему ножу, другой - нажимать на рычаг ножниц).
3. В процессе работы разрезаемый материал (лист, полосу) необходимо располагать строго перпендикулярно плоскости подвижного ножа.
4. В конце каждого реза не следует доводить ножи до полного сжатия во избежание «надрыва» разрезаемого материала.
5. После окончания работы нужно закреплять рычаг ножниц фиксирующим штифтом в нижнем положении.
Основные правила резания труб труборезом
1. Линию реза следует отмечать мелом по всему периметру трубы.
2. Трубу необходимо прочно закреплять в трубном прижиме или тисках. Закрепление трубы в тисках нужно производить с использованием профильных деревянных прокладок. Место реза следует располагать не далее чем 80... 100 мм от губок прижима или тисков.
3. В процессе резания необходимо соблюдать следующие требования:
• смазывать место реза;
• следить за перпендикулярностью рукоятки трубореза оси трубы;
• внимательно следить за тем, чтобы режущие диски располагались точно, без перекоса, по линии реза;
• не прикладывать больших усилий при вращении винта рукоятки трубореза для подачи режущих дисков;
• в конце разрезания поддерживать труборез обеими руками; следить за тем, чтобы отрезанный кусок трубы не упал на ноги.
Механизированный инструмент и оборудование для резки металлов
Механизация работ при разрезании материалов осуществляется двумя способами: при помощи механизированного ручного инструмента и за счет использования стационарного оборудования.
Ручной механизированный инструмент
Механическая ножовка (рис. 10) эффективна при разрезании материалов на рабочем месте слесаря. Она состоит из корпуса 2, в котором размещен электрический двигатель. На вал двигателя установлен барабан 7, в спиральный паз которого входит палец 3, соединенный с ползуном 4. На ползуне укреплено ножовочное по¬лотно 6. При вращении барабана ножовочное полотно получает возвратно-поступательное движение и выполняет разрезание металла. Во время работы ножовка упирается скобой 5 и поддерживается за рукоятку.
 

 

Рис. 10. Механическая ножовка: 1 - барабан; 2 - корпус; 3 - палец; 4 - ползун; 5 - скоба; 6 - ножовочное полотно
Ручные электровибрационные ножницы (рис. 11) обеспечивают разрезание листовой стали толщиной до 2,7 мм. Они состоят из корпуса 3, в котором смонтирован электрический двигатель, и корпуса ножевой головки 2. Двигатель через червячную пару приводит в движение эксцентриковый валик 1. Шатун 9 установлен головкой на эксцентриковый валик 1, а нижней головкой связан с пальцем 8 рычага верхнего ножа 6. Нижний нож 5 крепится к скобе 4. В про¬цессе работы шатун 9, совершая возвратно-поступательное движение, заставляет качаться ножевой рычаг 7 с верхним ножом 6, обеспечивая разрезание металла. Зазор между ножами регулируется перемещением скобы 4 в картере ножевой головки. Величина этого зазора зависит от толщины разрезаемого материала.
 

 

Рис. 11. Ручные электровибрационные ножницы: 1 - эксцентриковый валик; 2 — корпус ножевой головки; 3 - корпус; 4 - скоба; 5 - нижний нож; 6 верхний нож; 7- рычаг; 8- палец; 9 - шатун
Стационарное оборудование для разрезания металлов
Стационарная механическая (приводная) ножовка (рис. 12) представляет собой металлорежущий станок, который состоит из станины 1 и стола 2. На столе устанавливают тиски 3, которые можно передвигать вдоль стола и поворачивать вокруг их оси. Возможность поворота тисков обеспечивает разрезание металла под различными углами в пределах 45°. Ножовочное полотно укрепляют в раме 4. Рама с ножовкой перемещается вдоль качающегося хобота 5. Ножовка приводится в действие от электродвигателя 7.
 

 

Рис. 12. Стационарная механическая ножовка: 1 - станина; 2 - стол; 3 - тиски; 4 - рама; 5 -хобот; б - патрубок системы охлаждения; 7 - электродвигатель; 8 - сменные насадки
Универсальная дисковая пила (рис. 13) применяется для разрезания профильного металла различных сечений, продольных разрезов, надрезов и вырезов. Она позволяет выполнять разрезание профильного металла под различными углами. Состоит пила из чугунной станины 7, на которой укреплена вертикальная колонка 6. На колонке смонтирован поворотный кронштейн 3 с направляющими для электродвигателя 1. На оси электрического двигателя устанавливается режущий диск 8. Кронштейн можно поворачивать вокруг колонки и поднимать или опускать на заданную высоту. Подача электродвигателя с режущим диском в процессе резания осуществляется рукояткой 9. Установка режущего диска при работе в зависимости от профиля и размера разрезаемого материала выполняется рукоятками 2, 4, 5.
 

 

Рис. 13. Универсальная дисковая пила: 1 - электродвигатель; 2, 4, 5,9 - рукоятки; 3 - кронштейн; 6 - вертикальная колонка; 7 - станина; 8 - режущий диск
Маятниковая пила (рис. 14) применяется в тех же случаях, что и универсальная дисковая. Она состоит из чугунной станины 1, на которой смонтированы стол 2 и кронштейн 7 с качающейся подставкой электродвигателя. От подставки отходит качающийся хобот 6 с режущим диском 3 и рукояткой 4. Разрезаемую заготовку устанавливают на поворотном столе с опорой на специальные планки 8. Резание происходит при плавном опускании хобота с вращающимся режущим диском и последующей его подаче. Режущие диски для дисковых пил имеют диаметр до 500 мм, толщину 1,0... 3,5 мм и изготовляются из инструментальной стали. Диски больших размеров имеют вставные зубья, выполненные из быстрорежущей стали или твердого сплава.
 

 

Рис. 14. Маятниковая пила: 1 - станина; 2 - стол; 3 - режущий диск; 4 - рукоятка; 5 - шкив; 6 - качающийся хобот; 7 - кронштейн; 8 - опорная планка
Ленточные пилы (рис. 15) предназначены для разрезания профильного материала и труб, а также листового и полосового материала. Этот метод разрезания наиболее эффективен при вырезании сложных криволинейных контуров для последующей обработки.
Режущее полотно ленточной пилы представляет собой бесконечную ленту шириной 6...25 мм и толщиной 0,6... 1,4 мм с насеченными на ее кромке зубьями. Узкие ленты применяют при резании металлов по криволинейным профилям с малыми радиусами закругления. Ленточная пила состоит из станины 4 и стола 3. В верхней части станины смонтирован ведомый шкив, установленный на оси и закрытый кожухом 1. Ведущий шкив и двигатель размещены в нижней части станка. В столе станка имеется прорезь, через которую проходит режущее полотно 5. Конструкция стола позволяет осуществлять резку металла под углом. Натяжение полотна осуществляется при помощи маховика 2. Для предупреждения сползания ленты со шкивов на их ободы наклеивают ленты из прорезиненной ткани.
Заготовку, уложенную на столе станка, подают под движущуюся на шкивах режущую ленту. Резание выполняют по разметочным рискам. Ограждение ленточной пилы должно закрывать ее по всей длине за исключением той зоны, в которой производится резание.
 

 

Рис. 15. Ленточная пила: 1 - кожух; 2 - маховик; 3 стол; 4 - станина; 5 - режущее полотно
Гильотинные ножницы (рис. 16) состоят из станины 5, стола 1, прижимов 2, двух ножей и электрического двигателя 4. В боковых направляющих 3 станины перемещается вверх и вниз ползун с наклонно закрепленным верхним ножом. Нижний нож закреплен неподвижно на станине 5. Подъем и опускание верхнего ножа осуществляется кривошипно-шатунным механизмом, получающим движение от рабочего вала, который приводится во вращательное движение электрическим двигателем 4 через передачу от приводного шкива.
Разрезаемый лист устанавливают на стол и прижимают к нему пневматическими или гидравлическими прижимами 2. Гильотинные ножницы допускают резание листов толщиной до 40 мм с длиной реза за один ход ножа до 3 000 мм. Для установки на столе станка листов большой длины служит подставка 7. Включение привода верхнего ножа осуществляют при помощи педали 6.
 

 

Рис. 16. Гильотинные ножницы: I - стол; 2 - гидравлические прижимы; 3 - боковые направляющие; 4 - электрический двигатель; 5 - станина; 6 - педаль управления; 7 - подставка
Роликовые ножницы - это ножницы с вращательным движением ножей. К этой группе оборудования относятся собственно роликовые ножницы и дисковые ножницы.
Роликовые ножницы (рис. 17) могут быть с прямо установленными и наклонно установленными ножами. Их применяют для отрезания полос от листа без ограничения длины и вырезания криволинейных заготовок по разметке. У ножниц с наклонно установленными ножами станина имеет форму скобы, что позволяет разрезать листы большого размера.
 

 

Рис. 17. Роликовые ножницы
  Дисковые ножницы (рис. 18) применяют для разрезания листов и полос неограниченной длины, а также для резки по криволинейному контуру. Ножницы могут разрезать листы толщиной до 25 мм.

Рис 19 Вибрационные ножницы: 1 - электродвигатель; 2 - скоба; 3 - упор; 4 - головка скобы; 5 - верхний нож; 6- нижний нож; 7 - стол; 8 - станина
  Вибрационные ножницы (рис. 19) представляют собой станок с короткими ножами. Верхний нож 5 получает колебательное движение через эксцентриковый механизм, который монтируется в головке 4 скобы 2 станины. Нижний нож б неподвижно закреплен на столе 7 который установлен на скобе 2. Эксцентриковый механизм приводится в движение от электродвигателя 1. Скоба 2 с установленными на ней механизмами крепится к стойке станины 8. Установку разрезаемого листа в заданное положение осуществляют по упору 5.