Способ термофрикционной резки дисковой пилой нагретого трубопроката диаметром 40-120 мм из низкоуглеродистой стали
Владельцы патента RU 2750061:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к технологии термофрикционной резки дисковой пилой нагретого до температуры 1150-1250 °С трубопроката из низкоуглеродистых сталей и может быть использовано, например, в трубопрокатном производстве. Способ включает разделение нагретой стальной трубы дисковой пилой для термофрикционной резки из низколегированной стали, содержащей цельнометаллический корпус с расположенными по контуру режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол γ, равный -20°, угол между боковыми поверхностями зуба β, равный 40°, положительный задний угол α, равный боковому углу скоса каждого зуба пилы ϕ, при этом величина каждого из углов α и ϕ равна 5-8°. При этом обеспечивают подачу пилы 7,2-15,8 мкм/зуб и скорость подачи 0,06-0,13 м/с. Достигается высокое качество поверхности торцов заготовок после резки, а также повышение долговечности дисковых пил при переходе от одного диаметра разрезаемой заготовки к другому. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 3 пр.
Изобретение относится к технологии термофрикционной резки дисковой пилой нагретого до температуры 1150-1250 °С трубопроката из низкоуглеродистых сталей и может быть использовано, например, в трубопрокатном производстве.
Известен способ фрикционной резки труб дисковыми пилами, в котором с целью повышения стабильности процесса резания, снижения интенсивности изнашивания режущих кромок пилы и увеличения стойкости инструмента предложено изменить геометрию зубьев пилы таким образом, чтобы в процессе обработки максимально уменьшить участок контакта задней поверхности зуба пилы с обрабатываемой заготовкой. С учетом характера изнашивания зубьев рекомендована величина их заднего угла α = 20…30°. Заточку пилы рекомендовано производить эльборовым кругом, обеспечивающим более высокую остроту режущей кромки (радиус округления режущей кромки для данных условий резания не должен превышать 15 мкм). На передней поверхности зуба предложено выполнять канавку под углом γ = – 10°, шириной, не превышающей половины высоты зуба. Такая форма зуба по мнению авторов позволяет уменьшить силы резания, сохранив жесткость основания зуба. Кроме того, предложенные в этом способе изменения геометрии лезвия снижают вероятность возникновения усталостных трещин на полотне пилы (Михайлов С.В. Повышение эффективности фрикционной отрезки труб дисковыми пилами с видоизмененным профилем зуба / С.В. Михайлов, А. А. Медянцев // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – Самара, 2012. – Том 14, №1(2). – С. 396-398).
К недостаткам данного способа следует отнести слишком большую величину заднего угла зубьев пилы α = 20…30°, что может приводить чрезмерно высокому разогреву зубьев пилы в процессе фрикционной резки нагретых труб, а это, в свою очередь, приведёт к снижению её долговечности. Кроме того, предложение на передней поверхности зуба выполнять канавку под углом γ = – 10°, шириной, не превышающей половины высоты зуба при резке нагретых до высоких температур трубных заготовок может приводить к чрезмерному налипанию на переднюю поверхность зубьев пилы высокопластичного металла разрезаемой заготовки, что неизбежно снизит качество поверхности реза. Всё это делает невозможным применение этого способа для резки трубных заготовок, нагретых до температур 1150-1250 °С.
Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ термофрикционной резки горячего металлопроката, при котором разделение нагретой стальной трубы производят дисковой пилой для термофрикционной резки из низколегированной стали, содержащей цельнометаллический корпус с расположенными по контуру режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол γ, равный -20°, угол между боковыми поверхностями зуба β равный 40°, положительный задний угол α, а также боковой угол скоса зубьев пилы (угол в плане) φ, способствующий снижению размеров заусенца, остающегося на торце разрезаемой заготовки после её порезки. Такой заусенец может портить поверхности соляных ванн в процессе травления труб, а также приводить при резке труб малого диаметра даже к полному закрытию их внутреннего отверстия, что значительно усложняет технологический процесс получения труб высокого качества, особенно при производстве труб диаметром до 120 мм. Кроме того, в этом способе установлено, что зубья пилы с предложенной в нём новой геометрией (γ= -20°, α=12°, φ=12°), по сравнению с известными пилами при резке нагреваются значительно меньше, что способствует повышению долговечности режущего инструмента. Температура трубопроката при резке данным способом может достигать 1150-1250 °С (Банников А.И. Совершенствование процесса резания горячего металлопроката дисковыми пилами на основе управления теплофизическими явлениями в контактной зоне. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Специальность: 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки. Волгоград – 2018 - 306 с. - прототип).
К недостаткам данного способа термофрикционной резки горячего металлопроката является недостаточная его эффективность в крупносерийном производстве (неоптимальные размеры заусенцев на торцах заготовок, недостаточная долговечность инструмента при переходе с резки заготовок одного диаметра на другой).
В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа резки дисковой пилой нагретых до температур 1150-1250 °С трубных заготовок диаметром 40-120 мм из низкоуглеродистой стали, обеспечивающего оптимизацию режимов резки.
Техническим результатом заявленного способа является более высокое, в сравнении с прототипом, качество поверхности торцов заготовок после резки (за счет отсутствия на них дефектов в виде заусенцев), а также повышение долговечности дисковых пил при переходе от одного диаметра разрезаемой заготовки к другому (за счёт применения пил со строго определёнными (оптимальными) углами заточки в сочетании с технологическими режимами подачи пилы и скорости резки).
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе термофрикционной резки дисковой пилой нагретого трубопроката диаметром 40-120 мм из низкоуглеродистой стали, включающем разделение нагретой стальной трубы дисковой пилой для термофрикционной резки из низколегированной стали, содержащей цельнометаллический корпус с расположенными по контуру режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол γ равный -20°, угол между боковыми поверхностями зуба β равный 40°, положительный задний угол α, а также боковой угол скоса зубьев пилы φ, процесс термофрикционной резки нагретого стального трубопроката из низкоуглеродистой стали ведут дисковой пилой с задним углом каждого её зуба α равным боковому углу скоса каждого зуба пилы φ, при этом величина каждого из этих углов равна 5-8°, с обеспечением подачи пилы, равной 7,2-15,8 мкм/зуб и скорости подачи 0,06-0,13 м/с.
Способ термофрикционной резки дисковой пилой нагретого трубопроката диаметром 40-120 мм из низкоуглеродистой стали характеризуется тем, что при резке используют трубопрокат, изготовленный из низкоуглеродистой стали 08, стали 10 или стали 20.
Новый способ имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по используемым материалам, конструктивным особенностям режущего инструмента, так и по совокупности технологических приёмов и режимов, осуществляемых при реализации предлагаемого способа.
Так предложено процесс термофрикционной резки нагретого трубопроката из низкоуглеродистой стали вести дисковой пилой с задним углом каждого её зуба α равным боковому углу скоса каждого зуба пилы φ, при этом величина каждого из этих углов должна быть равна 5-8°, что обеспечивает в сочетании с предлагаемыми величинами подачи пилы и скорости подачи минимальные силовые усилия на зубья пилы в процессе резания, недопущение перегрева режущих кромок её зубьев в процессе резания, а это, в свою очередь, способствует повышению её долговечности. При использовании в процессе резки нагретого трубопроката пил с углами заточки, выходящими за предлагаемые пределы, снижается качество получаемой продукции, а также долговечность режущего инструмента.
Предложено процесс резки нагретого трубопроката вести с использованием подачи пилы, равной 7,2-15,8 мкм/зуб и скорости подачи 0,06-0,13 м/с, что, в сочетании с предлагаемыми величинами углов заточки пилы, обеспечивает необходимую высокую производительность процесса резания нагретого трубопроката с обеспечением при этом необходимого качества поверхности торцов у разрезанных труб, а также способствует повышению долговечности режущего инструмента.
При подаче пилы ниже нижнего предлагаемого предела может происходить нарушение стабильности процесса резания, что может приводить к снижению качества поверхности реза и снижению долговечности зубьев пилы. Подача пилы выше верхнего предлагаемого предела является избыточной, поскольку при этом возникают чрезмерно высокие нагрузки на зубья пилы, что также способствует снижению её долговечности.
При скорости подачи менее 0,06 м/с производительность процесса резания оказывается недостаточной, а при скорости подачи более 0,13 м/с при предложенных углах заточки пил может происходить снижение долговечности режущего инструмента из-за чрезмерного разогрева зубьев пилы и снижение качества поверхности реза.
Предложено при резке трубопроката из низкоуглеродистой стали использовать трубопрокат, изготовленный из низкоуглеродистой стали 08 или стали 10 или стали 20, поскольку такие стали весьма успешно используются при производстве труб и других изделий.
На фиг. 1 показана часть пилы (вид сбоку), где t – шаг зубьев пилы, γ - передний отрицательный угол зуба пилы, β - угол между боковыми поверхностями зуба пилы, α - задний угол. На фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1, где b - толщина пилы, φ - боковой угол скоса зуба пилы (угол в плане).
Предлагаемый способ термофрикционной резки дисковой пилой нагретого стального трубопроката диаметром 40-120 мм осуществляется в следующей последовательности. Разрезаемую заготовку в виде горячекатаной трубы диаметром 40-120 мм, нагретую до температуры 1150-1250 °С, подают, например, на рольгангах в зону резки роторной пилой.
Для резки используют дисковую пилу из низколегированной стали, предназначенную для термофрикционной резки, содержащую цельнометаллический корпус с расположенными по контуру режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол γ равный -20°, угол между боковыми поверхностями зуба β равный 40°, положительный задний угол, а также боковой угол скоса зубьев пилы (угол в плане) φ.
Процесс термофрикционной резки нагретого трубопроката из низкоуглеродистой стали ведут дисковой пилой с задним углом каждого её зуба α равным боковому углу скоса каждого зуба пилы φ, при этом величина каждого из этих углов равна 5-8°, с обеспечением подачи пилы, равной 7,2-15,8 мкм/зуб и скорости подачи 0,06-0,13 м/с.
В качестве материала для резки нагретых труб из низкоуглеродистой стали, используют трубопрокат, изготовленный из низкоуглеродистой стали 08 или стали 10 или стали 20.
При резке заготовок разного диаметра, особенно в условиях крупносерийного производства, предлагается применять разные дисковые пилы с оптимальной конфигурацией зубьев. Для недопущения перегрева зубьев пилы в процессе резки на пилу подают охлаждающую жидкость, например, воду.
В результате резки получают заготовки с более высоким, в сравнении с прототипом, качеством поверхности торцов, с повышенной стойкостью к износу зубьев дисковой пилы, что позволяет использовать предлагаемый способ в крупносерийном производстве стальных труб диаметром от 40 до 120 мм.
Основные технологические режимы резки, составы разрезаемых материалов по предлагаемым примерам и примеру по прототипу, приведены в таблице.
Таблица
| Способ резки заготовок | Примеры по предлагаемому способу | Пример по прототипу | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| Материал разрезаемой трубы, её наружный диаметр (Dз), температура перед резкой (Тз) |
Низкоуглеродистая сталь 08, Dз=40 мм, Тз=1150оС |
Низкоуглеродистая сталь 10, Dз =80 мм, Тз=1200оС |
Низкоуглеродистая сталь 20, Dз=120 мм, Тз=1250оС |
Низкоуглеродистая сталь, Dз= =42-114 мм, Тз=1150-1250 оС |
|
| Материал пилы, её диаметр (Dп), число зубьев (Zп), шаг зубьев(t), высота зубьев (h), толщина (b) |
Низколегированная сталь 50ХГФА, Dп=950 мм, Zп=180, t = 16,58 мм, h=10,3 мм, b = 9 мм |
Низколегированная сталь 50ХГФА, Dп=950 мм, Zп=180, t = 16,58 мм, h=10,3 мм, b = 9 мм |
|||
| Углы заточки пилы, град. | Передний угол γ | -20 | -20 | -20 | -20 |
| Угол между боковыми поверхностями зуба β | 40 | 40 | 40 | 40 | |
| Задний угол α | 8 | 6,5 | 5 | 12 | |
| Боковой угол скоса зубьев пилы φ | 8 | 6,5 | 5 | 12 | |
| Скорость подачи пилы (Vпод), м/с | 0,13 | 0,095 | 0,06 | - | |
| Величина подачи пилы (Sn), мкм/зуб | 15,8 | 11,5 | 7,2 | - | |
| Характеристика поверхности торцов заготовок после резки | На поверхности торцов отсутствуют заусенцы и другие дефекты недопустимых размеров. | На поверхности торцов присутствуют заусенцы и другие дефекты недопустимых размеров, что, в отдельных случаях, может приводить к браку получаемой из них продукции, например, труб. |
Сущность способа поясняется примерами.
Пример 1.
Разрезаемая заготовка в виде горячекатаной трубы изготовлена из низкоуглеродистой стали 08. Её наружный диаметр Dз=40 мм, температура нагрева Тз=1150 °С. Для резки используют цельнометаллическую дисковую пилу из низколегированной стали 50ХГФА диаметром Dп=950 мм, число её зубьев Zп=180, толщина b = 9 мм, с шагом зубьев t = 16,58 мм и их высотой h =10,3 мм. Передний угол пилы γ= -20°, угол между боковыми поверхностями каждого зуба β = 40° задний угол пилы α=8°. Боковой угол скоса зубьев пилы φ (угол в плане), назначают так, чтобы выполнялось условие равенства углов α и φ, поэтому φ= α = 8°. Процесс ведут при скорости подачи пилы Vпод=0,13 м/с с обеспечением подачи пилы Sn=15,8 мкм/зуб.
Пример 2.
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения.
Разрезаемая заготовка изготовлена из низкоуглеродистой стали 10. Её наружный диаметр Dз=80 мм, температура нагрева Тз=1200 °С. Для резки используют дисковую пилу с равными углами φ и α: φ=α=6,5°. Процесс ведут при скорости подачи пилы Vпод=0,095 м/с с обеспечением подачи пилы Sn=11,5 мкм/зуб.
Пример 3.
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения.
Разрезаемая заготовка изготовлена из низкоуглеродистой стали 20. Её наружный диаметр Dз=120 мм, температура нагрева Тз=1250 °С. Для резки используют дисковую пилу с равными углами φ и α: φ=α=5°. Процесс ведут при скорости подачи пилы Vпод=0,06 м/с с обеспечением подачи пилы Sn=7,2 мкм/зуб.
Трубные заготовки, полученные в результате резки по примерам 1, 2 и 3 обладают более высоким, в сравнении с прототипом, качеством поверхности торцов: на них отсутствуют заусенцы и другие дефекты недопустимых размеров, препятствующие их дальнейшему использованию, например, в трубопрокатном производстве. Предельное количество резов каждой пилой по предлагаемому способу (по примерам 1, 2 и 3) не менее, чем в 1,25 раза больше, чем при резке таких же заготовок способом по прототипу (пример 4).
Таким образом, способ термофрикционной резки дисковой пилой нагретого трубопроката диаметром 40-120 мм из низкоуглеродистой стали, включающий разделение нагретой стальной трубы дисковой пилой для термофрикционной резки из низколегированной стали, содержащей цельнометаллический корпус с расположенными по контуру режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол γ равный -20°, угол между боковыми поверхностями зуба β равный 40°, положительный задний угол α, равный боковому углу скоса каждого зуба пилы φ и равный 5-8°, с обеспечением подачи пилы 7,2-15,8 мкм/зуб и скорости подачи 0,06-0,13 м/с, обеспечивает более высокое качество поверхности торцов заготовок после резки, а также повышение долговечности дисковых пил при переходе от одного диаметра разрезаемой заготовки к другому.
1. Способ термофрикционной резки дисковой пилой нагретого трубопроката диаметром 40-120 мм из низкоуглеродистой стали, включающий разделение нагретой стальной трубы дисковой пилой для термофрикционной резки из низколегированной стали, содержащей цельнометаллический корпус с расположенными по контуру режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол γ, равный -20°, угол между боковыми поверхностями зуба β, равный 40°, положительный задний угол α и боковой угол скоса зубьев пилы ϕ, отличающийся тем, что процесс термофрикционной резки нагретого стального трубопроката из низкоуглеродистой стали ведут дисковой пилой с задним углом каждого её зуба α, равным боковому углу скоса каждого зуба пилы ϕ, при этом величина каждого из упомянутых углов равна 5-8°, при этом обеспечивают подачу пилы 7,2-15,8 мкм/зуб и скорость подачи 0,06-0,13 м/с.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он предназначен для резки трубопроката, изготовленного из низкоуглеродистой стали 08, стали 10 или стали 20.
