Evaluation of Technological Schemes of High Precision Plasma Cutting of Metallic Materials and its Compositions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Continuous improvement of materials cutting methods provides the appearance of new modifications of technological processes of blanking production, in particular, high precision plasma cutting. However, the equipment manufacturers accompany the proposed technologies with recommendations of processing modes, which are indicative and intended for a certain range of processed materials. The purpose of the paper is to improve the technological schemes of high precision plasma cutting in terms of quantity evaluation of cutting accuracy and surface quality of cut for structural steels, including bimetallic compositions in a specified thickness range. Methods. The evaluation of the accuracy and quality of the cut is carried out in accordance with ISO 9013: 2002. The steel ST3SP and the bimetallic composition “steel ST3 + steel 12H18N10T”, formed by explosion welding are chosen as the study material. Results and discussion. It is established that when HiFocus technology is used for cutting the steel ST3 in the lower thickness range (3 mm), the precision of the cut is not ensured. To increase the accuracy of the cutting the transition to a smaller nozzle size is proposed in this technology. The application of HiFocusplus technology, which is distinguished by the additional swirling of swirling gases, makes it possible to cut materials in a wider range of thicknesses. However, at cutting thicknesses of 4-6 mm, there is an excess of the acceptable deviation of the cut perpendicularity at both its edges. To increase the accuracy of shaping, a reduction in cutting speed is necessary. The efficiency of using Hi Focusplus technology for cutting a bimetallic composition “steel ST3 + STEEL 12H18N10Т” is shown. The optimal cutting scheme is identified with the choice of ST3 steel as the front side. It is established that the maximum cutting accuracy for this composition is achieved at a cutting speed of 1.5 m/min.

About the authors

K. M. Rakhimyanov

Email: kharis51@mail.ru
D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, kharis51@mail.ru

A. A. Loktionov

Email: pushkin-lok@mail.ru
Novosibirsk State Technical University, pushkin-lok@mail.ru

A. Kh. Rakhimyanov

Email: centerfht@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Novosibirsk State Technical University, centerfht@mail.ru

N. P. Gaar

Email: lianelas@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Novosibirsk State Technical University, lianelas@mail.ru

References

  1. Полевой Г.В., Сухинин Г.К. Газопламенная обработка металлов. – М.: Академия, 2005. – 336 с. – ISBN 5-7695-1604-6.
  2. Сухинин Г.К. Резка металлов большой толщины. – М.: Машиностроение, 1983. – 39 с.
  3. Полевой Г.В., Сухинин Г.К. Пламенная и газотермическая обработка материалов. – М.: Машиностроение, 1993. – 335 с. – ISBN 5-217-01455-5.
  4. Григорьянц А.Г., Соколов А.А. Лазерная резка металлов. – М.: Высшая школа, 1988. – 127 с. – ISBN 5-06-001252-2.
  5. Laser beam welding of high stressed, complex aircraft structural parts / P. Mueller-Hummel, S. Ferstl, M. Sengotta, R. Lang // Proceedings of SPIE. – 2003. – Vol. 4831: First International Symposium on High-Power Laser Macroprocessing. – doi: 10.1117/12.497719.
  6. Steen W.M. Laser material processing. – 3rd ed. – London: Springer-Verlag London, 2003. – 450 р. – doi: 10.1007/978-1-4471-3752-8.
  7. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. – 2-е изд. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 664 с. – ISBN 5-7038-2701-9.
  8. Ширшов И.Г., Котиков В.Н. Плазменная резка. – Л.: Машиностроение, 1987. – 192 с.
  9. Duley W. Laser processing and analysis of materials. – New York: Springer US, 1983. – 504 p. – doi: 10.1007/978-1-4757-0193-7.
  10. Handbuch zum Thema Plasmaschneiden [Electronische ressource] / Werkstatt Ausrustung Leitner joset. – Grödig, 2002. – 66 s. – URL: https://www.wal-austria.at/cu/wal/pdf/Handbuch_Plasmaschneiden_web.pdf (accessed: 11.05.2018).
  11. Bererziuk M., Lezoh J. Air plasma cutting with ABIPLAS CUT holders manufactured by ABICOR BINZEL // Welding International. – 2008. – Vol. 22, N 6. – P. 385–387. – doi: 10.1080/09507110802280269.
  12. Vasil’;ev K.V., Chernyak R.V. Examination of plasma-forming additions in oxygen-plasma cutting // Welding International. – 1994. – Vol. 8, N 11. – P. 904–908. – doi: 10.1080/09507119409548719.
  13. Salonitis K., Vatousianos S. Experimental investigation of the plasma arc cutting process // Procedia CIRP. – 2012. – Vol. 3. – P. 287–292. – doi: 10.1016/j.procir.2012.07.050.
  14. Celik Y.H. Investigating the effects of cutting parameters on materials cut in CNC plasma // Materials and Manufacturing Processes. – 2013. – Vol. 28, N 10. – P. 1053–1060. – doi: 10.1080/10426914.2013.773015.
  15. Optimization of process parameters in plasma arc cutting of EN 31 steel based on MRR and multiple roughness characteristics using grey relational analisis / M.K. Das, K. Kumar, T.Kr. Barman, P. Sahoo // Procedia Materials Science. – 2014. – Vol. 5. – P. 1550–1559. – doi: 10.1016/j.mspro.2014.07.342.
  16. Schitsin Y.D., Kuchaev P.S., Schitsin V.Y. Plasma cutting of metals with reversed polarity and mixed supply of gases // Welding Imternational. – 2013. – Vol. 27, N 11. – P. 890–892. – doi: 10.1080/09507116.2013.796640.
  17. Dashkovskiy S., Narimanyan A. Thermal plasma cutting. Part I: Modified mathematical model // Mathematical Modelling and Analysis. – 2007. – Vol. 12, N 4. – P. 441–458. – doi: 10.3846/1392-6292.2007.12.441-458.
  18. Experimental investigation of cut quality characteristics on SS321 using plasma arc cutting / H. Ramakrishnan, R. Balasundaram, N. Ganesh, N. Karthikeyan // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. – 2018. – |Vol. 40. – P. 60. – doi: 10.1007/s40430-018-0997-8.
  19. Kirkpatrick I. High definition plasma – an alternative to laser technology // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. – 1998. – Vol. 70, N 3. – P. 215–217.
  20. Чиеу Куанг Фи. Исследование эффективности технологии узкоструйной плазменной резки металлов: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.08.04 / Санкт-Петербургский государственный морской технический университет. – СПб., 2008. – 26 с.
  21. Rakhmyanov Kh., Rakhmyanov A., Heifetz М. High-precision plasma cutting of the steel – aluminum bimetallic composition // Applied Mechanics and Materials. – 2015. – Vol. 788. – P. 41–45. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMM.788.41' target='_blank'>www.scientific.net/AMM.788.41.
  22. Rakhmyanov Kh., Rakhmyanov A., Zhuravlev A. Advantages of high-precision plasma cutting for processing bimetallic compositions // Applied Mechanics and Materials. – 2015. – Vol. 698. – P. 294–298. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMM.698.294' target='_blank'>www.scientific.net/AMM.698.294.
  23. Рахимянов Х.М., Рахимянов А.Х., Смирнов А.Н. Особенности формирования канала реза при тонкоструйной плазменной резке биметаллических композиций, выполненных из разнородных материалов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2016. – № 1 (70). – С. 22–30. – doi: 10.17212/1994-6309-2016-1-22-30.
  24. Estimation of accuracy in forming construction steels by the hifocus technology of high-precision plasma cutting / Kh.M. Rakhimyanov, N.P. Gaar, A.Kh. Rakhimyanov, A.A. Loktionov // 2016 11th International forum on strategic technology, June 1–3, 2016, Novosibirsk, Russia: proceedings of IFOST-2016. – Novosibirsk, 2016. – Pt. 1. – P. 66–68. – doi: 10.1109/IFOST.2016.7884190.
  25. Loktionov A., Gaar N. Influence of technological parameters of high-precision plasma cutting on the position of the anode spot on the cut edge // Applied Mechanics and Materials. – 2015. – Vol. 788: Actual Problems and Decisions in Machine Building. – P. 46–51. – doi: 10.4028/www. scientifics.net/AMM.788.46.
  26. Рахимянов Х.М., Гаар Н.П., Локтионов А.А. Технологические возможности схемы HiFocus тонкоструйной плазменной резки в обработке конструкционных сталей // Жизненный цикл конструкционных материалов (от получения до утилизации): материалы докладов 7 Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, Иркутск, 26–28 апреля 2017 г. – Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2017. – С. 38–43.
  27. Развитие российской металлургии в 2014 году по состянию на 27.02.2015 г.: отраслевой отчет [Электронный ресурс] / Аналитический центр «Национальное Рейтинговое Агентство». – 2015. – URL: http://www.ancentre.ru/sites/default/files/analytics_files/metallurg_2014.pdf (дата обращения: 11.05.2018).
  28. Об утверждении Стратегии развития черной металлургии России на 2014–2020 годы и на перспективу до 2030 года и Стратегии развития цветной металлургии России на 2014–2020 годы и на перспективу до 2030 года: Приказ Минпромторга России от 05.05.2014 № 839 [Электронный ресурс] // КонсультантПлюс. – 2014. – URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_165502/ (дата обращения: 11.05.2018).
  29. Мартанус С.А. Перспектива обнадеживает // Уральский рынок металлов. – 2012. – № 2 (167). – С. 28–31.
  30. ГОСТ 380–2005. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки. – М.: Стандартинформ, 2007. – 8 с.
  31. ГОСТ 5582–75 Прокат тонколистовой коррозионно-стойкий, жаростойкий и жаропрочный. Технические условия. – М: Стандартинформ, 2003. – 11 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).