Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время способ плазменной резка металлов широко применяется в различных отраслях машиностроения пря заготовительных операциях. Высокая концентрация энергии дугового разряда я возможность ее использования для резки любых металлов определили перспективность опособа плазменной резкв. 3 этой обласга работали такие ученые как Васильев К.В.» Быковский Д.Г.„ Шапиро И.С., Эоибян Э.Ы., Киселев Ю.Я., Манфред фон Ардеке, Браунинг И.„ Бошнаков И., Нисигуои К, и ДР«
Эффективность процесса плазменной резкв определяется его производительностью а качеством получаемого раза. Анализ путай повышения эффективности плазменной резки показал, что вой известные способы связаны о совершенствованием оборудования и технологии резка и направлены на увеличение мощности плазменной дуги t являющейся режущим инструментом, что позволяет повысить производительность процесса резки и качество реза, но приводит так-ке к увеличение теплоэнергетических затрат.
Так как в процессе плазменной резки происходит локальное выплавление металла плазменной дугой,, очевидно» что от интенсивности тепловых процессов в полости реза зависит эффективность процесса резки. С этой точки зрения перспективно применение выоокоэЕтальпайных активных молекулярных газов в качестве плаз-цообразущей среды, но их применение ограничено свиванием ресурса работы конструктивных элементов плазмотрона - генератора плазменного потока. Кроме того, увеличение токопроводящвго и тепло- " вого радцусов столба дуги за ерэзом соплового отверстия плазмо-6 трона в результате конвективного теплообмена с окружающей срздой приводит к уменьшению температуры и окорости истечения плазменного потока, неравномерности теплопередачи от плазменного потока к разрезаемому металлу до его толщине, что является одной из основних причин снижения качества реза.
Данная работа лоовящена разработка мер повышения качества и производительности процесса плазменной резки посредством интенсификации тепловых процессов в полости, резво
Цель работы. Повышение эффективности плазменной резки металлов путем интенсификации процесса теплообмена в полости реза
I.
с позиции повышения качества и производительности процесса плазменной резки.
Методы исследования. Основные результаты диссертационно! работа получена путем численных расчетов и экспериментальных исследований. Численный расчет параметров, характеризующих процесс теплообмена в волости реза в зависимости от свойств разрезаемого металла и параметров плазменного потока, проводилось на основе решения сопряженной задачи теплообмена с использованием ЭВМ» Для проведения экспериментальных исследований было разработано специализированное устройство.
Научная новизна,
1. Показано, что уыеяьвение теплодередачЕ от столба дуги
к разрезаемому металлу по высоте реза приводит к увеличению вязкости кидкого металла в нижней части раза» что служит основной причиной образования "отставания" при термической резке и требует выравнивания теплопередачи по высоте реза.
Ограничение плазменной дуги в полости реза со стороны обратной направлению резки и образование, таким образом, замкнутого канала изменяет характер течения расплавленного металла по поверхности реза. Поток жидкого металла формируется преимущественно в продольном направлении, что приводит к дополнительному тепловому вкладу в шишей части реза от расплавленного пета дла, нагретого в верхней части до более высоких температур.
2. Установлено, что скорость движения ыежфазной границы
жидкого и твердого металла (скорость плавления) в верхней и ниж
ней границах реза при ограничении плазменной дуги со стороны,
противоположной направлению резки, уменьшается до 10$, в то вре
мя как в обычных условиях она отличается на 35-40$.
Практическая ценность работы. Разработана математическая модель процесса теплообмена в полости реза при плазменной резке, позволяющая исследовать тепловые процессы и характер течения расплава в полости реза в зависимости от параметров плазменного потока.
Разработано устройство для ограничения дуги в полости реза, позволяющее повысить качество реза (уменьшить в 2-3 раза отклонение перпендикулярности реза), увеличить на 15-20$ скорость резки. Устройство внедрено в комплексе с другими ра-2.
ботами на Отеком яасоонои заводе (г. От), Общий годовой экономический иффзкг составил 40 000 рублей з ценах 1988 г.
Апробация работы. Основные положения работы докладывалась на научном семинаре кафедры "Пашиш а автоматизация сварочных процессов" ШЛ7 им. Н.Э. Баумана; на Всесоюзной научно-технической конференции "Концентрированные потоки энергии в обработке и соединении материалов" (Пенза, 1991 г.); на научно-технической совещания "Прогрессивные техпроцессы и оборудование з сварочном производстве" (Нахабаяо, декабрь 1991 г.); ш взучнэ-тех-якчесной конференции стран СВГ ("Производство и надежность сварных конструкций"„ Москва, 1993 г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит яз введеная, четырех глав, общих выводов ло работе и примечания. Изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 8 таблиц, 94 найменованій литературных источников н приложения.