Способ резки дисковой пилой нагретых заготовок диаметром 200-400 мм из низкоуглеродистой стали
Владельцы патента RU 2750062:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к технологии резки дисковой пилой нагретых заготовок круглого сечения из низкоуглеродистых сталей и может быть использовано, например, в трубопрокатном производстве при резке как литых, так и горячекатаных заготовок круглого сечения. Способ включает разделение стальной заготовки дисковой пилой из низколегированной стали, содержащей цельнометаллический корпус с расположенными по контуру клиновидными режущими зубьями, каждый из которых имеет передний угол режущей кромки, равный (-5°)-(-7°), задний угол, равный 15°, боковой угол скоса зубьев пилы, определяемый по зависимости где ϕ - боковой угол скоса зубьев пилы в градусах, ΔD - увеличение диаметра D разрезаемой заготовки по сравнению с диаметром Do=200 мм. При этом обеспечивают подачу пилы, равную 2,8-3,0 мм/зуб, и скорость резания в пределах 70-105 м/с. Достигается высокое качество поверхности торцов заготовок после резки и 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 резки дисковой пилой нагретых заготовок круглого сечения из низкоуглеродистых сталей и может быть использовано, например, в трубопрокатном производстве при резке как литых, так и горячекатаных заготовок круглого сечения.
Известен способ резки горячего проката дисковой пилой, которую вращают и перемещают по замкнутой круговой траектории, при этом пиле сообщают дополнительное перемещение в направлении, обратном направлению её вращения, при этом прокат располагают так, чтобы центр тяжести его сечения и центр замкнутой круговой траектории лежали на линии, расположенной под углом 30-60о к горизонтальной плоскости (Авторское свидетельство СССР №593843, МПК В23D 45/00, опубл. 25.02.1978 г., бюл. №7).
К недостаткам данного способа следует отнести необходимость применения весьма сложного дорогостоящего оборудования для сообщения пиле кроме обычных перемещений, ещё и перемещения по замкнутой круговой траектории, а также дополнительного перемещения в направлении, обратном направлению её вращения. Кроме того, данный способ непригоден для резки стальных изделий, нагретых до температур 1150-1250 оС.
Известен способ резки горячего металла зубчатой дисковой пилой, при котором резку производят с циклической скоростью подачи через определённое количество обработанных заготовок, при этом изменяют скорость резания в сторону её увеличения или уменьшения от номинального значения, а скорость подачи изменяют лишь в сторону её увеличения, причём изменение указанных параметров осуществляется по периодическому прямоугольному закону (Авторское свидетельство СССР №859034, МПК В23В 1/00, опубл. 30.08.1981 г., бюл. № 32).
К недостаткам данного способа следует отнести цикличность скоростных режимов резания и изменение в сторону увеличения скорости подачи пилы, что при резке стальных изделий, нагретых до температуры 1150-1250 оС может привести перегреву рабочих кромок зубьев пилы, и, как следствие этого, к преждевременному выходу её из эксплуатации.
Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ резки горячего проката при котором используют дисковую пилу из низколегированной стали, содержащую цельнометаллический корпус с расположенными по контуру клиновидными режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол γ, задний угол α, равный 15о, а также боковой угол скоса зуба пилы (угол в плане) φ, способствующий снижению размеров заусенца, остающегося на торце разрезаемой заготовки после её порезки. Такой заусенец на переднем торце заготовки в процессе получения из неё трубы на трубопрокатном стане в процессе прошивания может быть захвачен неподвижной оправкой, попасть внутрь трубы с образованием при этом у неё неисправимых дефектов. Заусенцы на заднем торце заготовки снижают долговечность толкателя при производстве труб. Кроме того, в этом способе установлено, что зубья пилы с предложенной в нём новой геометрией (γ= -10о, α=15о, φ=15о), по сравнению с известными пилами нагреваются значительно меньше, что способствует повышению долговечности режущего инструмента (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 описанного в данной работе способа 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). Кроме того, в описании данного способа отсутствуют сведения о возможности его применения при резке стальных заготовок диаметром менее 260 и более 340 мм.
В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа резки дисковой пилой нагретых до температур 1150-1250 оС заготовок диаметром 200-400 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 резки дисковой пилой нагретых заготовок диаметром 200-400 мм из низкоуглеродистой стали, включающем разделение стальной заготовки дисковой пилой из низколегированной стали, содержащей цельнометаллический корпус с расположенными по контуру клиновидными режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол, задний угол равный 15о, а также боковой угол скоса зуба пилы, процесс резки нагретых заготовок из низкоуглеродистой стали ведут дисковой пилой с передним углом режущей кромки каждого зуба, равным -5о….-7о, с боковым углом скоса зубьев пилы, определяемым по формуле: где φ - боковой угол скоса зубьев пилы в градусах, ΔD- увеличение диаметра D разрезаемой заготовки по сравнению с диаметром Do=200 мм, с обеспечением подачи пилы, равной 2,8-3,0 мм/зуб и скорости резания в пределах 70-105 м/с.
Способ резки дисковой пилой нагретых заготовок диаметром 200-400 мм из низкоуглеродистой стали характеризуется тем, что в качестве материала для разрезаемых заготовок из низкоуглеродистой стали, используют сталь 08, сталь 10 или сталь 20.
Новый способ имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по используемым материалам и совокупности технологических приёмов и режимов, осуществляемых при реализации способа, так и по возможности рассчитывать по предложенной формуле боковой угол скоса зубьев пилы (φ) для каждого диаметра разрезаемой заготовки, весьма существенно влияющий на качество получаемой продукции и долговечность режущего инструмента.
Так предложено процесс резки нагретых заготовок из низкоуглеродистой стали вести дисковой пилой с передним углом режущей кромки каждого зуба, равным -5о…-7о, с боковым углом скоса зубьев пилы, определяемым по формуле: где φ - боковой угол скоса зубьев пилы в градусах, ΔD- увеличение диаметра D разрезаемой заготовки по сравнению с диаметром Do=200 мм, что обеспечивает 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 стальных заготовок пил с углами заточки выходящими за предлагаемые пределы, снижается качество получаемой продукции, а также долговечность режущего инструмента.
Предложено процесс резки нагретых заготовок вести с использованием подачи пилы, равной 2,8-3,0 мм/зуб и скорости резания в пределах 70-105 м/с, что, в сочетании с предлагаемыми величинами углов заточки пилы, обеспечивает необходимую высокую производительность процесса резания стальных заготовок с одновременным предотвращением избыточного налипания металла разрезаемых заготовок на режущие кромки зубьев пилы, а это, в свою очередь, способствует повышению качества получаемой продукции. При подаче пилы ниже нижнего предлагаемого предела происходит избыточное налипание металла разрезаемых заготовок на режущие кромки зубьев пилы, что снижает её долговечность, а также качество поверхности реза. Подача пилы выше верхнего предлагаемого предела является избыточной, поскольку не способствует повышению качества получаемой продукции. При скорости резания менее 70 м/с производительность процесса резания оказывается недостаточной, а при скорости резания более 105 м/с при предложенных углах заточки пил может происходить снижение долговечности режущего инструмента.
Предложено в качестве материала для резки нагретых заготовок из низкоуглеродистой стали использовать сталь 08 или сталь 10 или сталь 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, 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 резки дисковой пилой нагретых заготовок диаметром 200-400 мм из низкоуглеродистой стали осуществляется в следующей последовательности. Разрезаемую заготовку из низкоуглеродистой стали диаметром 200-400 мм, полученную, например, методом непрерывной разливки стали, нагревают в печи до температуры 1150-1250оС и подают, например, на рольгангах в зону резки роторной пилой. Для резки используют цельнометаллическую дисковую пилу из низколегированной стали с расположенными по контуру клиновидными режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол γ равный -5о…-7о, задний угол α равный 15о, а также боковой угол скоса зуба пилы (угол в плане) φ, определяемый по формуле: где φ - боковой угол скоса зубьев пилы в градусах, ΔD- увеличение диаметра D разрезаемой заготовки по сравнению с диаметром Do=200 мм. Процесс резки нагретых заготовок из низкоуглеродистой стали ведут с обеспечением подачи пилы, равной 2,8-3,0 мм/зуб и скорости резания в пределах 70-105 м/с. В качестве материала для резки нагретых заготовок из низкоуглеродистой стали, используют сталь 08 или сталь 10 или сталь 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, например, труб.
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 заготовки, её диаметр (D), температура перед резкой (Тз) | Низкоуглеродистая сталь 08, D=200 мм, Тз=1150оС, литая заготовка |
Низкоуглеродистая сталь 10, D=300 мм, Тз=1200оС, горячекатаная заготовка |
Низкоуглеродистая сталь 20, D=400 мм, Тз=1250оС, литая заготовка |
Низкоуглеродистая сталь 20, D=260-340 мм, Тз=1150-1250 оС, горячекатаные заготовки |
|
| Материал пилы, её диаметр (Dп), число зубьев (Zп), шаг зубьев(t), толщина (b) | Низколегированная сталь 50ХГФА, Dп=2420 мм, Zп=95, t = 80 мм, b = 9 мм |
Низколегированная сталь 50ХГФА, Dп=2420 мм, Zп=95, t = 80 мм, b = 9 мм |
|||
| Углы заточки пилы, град. | Передний угол γ | -5 | -6 | -7 | -10 |
| Задний угол α | 15 | 15 | 15 | 15 | |
| Боковой угол скоса зубьев пилы φ | 22,3 | 16,5 | 10,7 | 15 | |
| Скорость резания (Vр), м/с | 70 | 90 | 105 | 100-140 | |
| Величина подачи пилы (Sn), мм/зуб | 3,0 | 2,9 | 2,8 | 3,5 | |
| 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 изготовлена из низкоуглеродистой стали 08 методом непрерывной разливки стали. Её диаметр D= D0 = 200 мм, температура нагрева (Тз) равна 1150 оС. Для резки используют цельнометаллическую дисковую пилу из низколегированной стали 50ХГФА диаметром Dп равным 2420 мм, число её зубьев Zп=95, толщина b = 9 мм, с шагом зубьев t = 80 мм. Передний угол пилы γ= -5о, задний угол α=15о. Боковой угол скоса зубьев пилы φ (угол в плане), рассчитанный по формуле: равен 22,3о, поскольку 
Процесс ведут при скорости резания Vp=70 м/с и величине подачи пилы Sп=3,0 мм/зуб. Для недопущения перегрева зубьев пилы в процессе резки её охлаждают водой.
Пример 2.
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения.
Разрезаемая заготовка изготовлена из низкоуглеродистой стали 10 методом горячей прокатки. Её диаметр D= 300 мм, температура нагрева (Тз) равна 1200 оС. Передний угол γ= -6о, боковой угол скоса зубьев пилы φ (угол в плане), рассчитанный по приведенной в примере 1 формуле равен 16,5о, поскольку 
Процесс ведут при скорости резания Vp=90 м/с и величине подачи пилы Sп=2,9 мм/зуб.
Пример 3.
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения.
Разрезаемая заготовка изготовлена из низкоуглеродистой стали 20. Её диаметр D= 400 мм, температура нагрева (Тз) равна 1250 оС. Передний угол γ= -7о, боковой угол скоса зубьев пилы φ (угол в плане), рассчитанный по приведенной в примере 1 формуле равен 10,7о, поскольку 
Процесс ведут при скорости резания Vp=105 м/с и величине подачи пилы Sп=2,8 мм/зуб.
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 1,3 раза больше, чем при резке таких же заготовок способом по прототипу (пример 4).
Таким образом, способ резки дисковой пилой нагретых заготовок диаметром 200-400 мм из низкоуглеродистой стали, включающий разделение стальной заготовки дисковой пилой из низколегированной стали, содержащей цельнометаллический корпус с расположенными по контуру клиновидными режущими зубьями, каждый из которых содержит передний угол режущей кромки равный -5.…-7о, задний угол равный 15о, боковой угол скоса зубьев пилы, определяемый по формуле: где φ - боковой угол скоса зубьев пилы в градусах, ΔD- увеличение диаметра D разрезаемой заготовки по сравнению с диаметром Do=200 мм, с обеспечением подачи пилы, равной 2,8-3,0 мм/зуб и скорости резания в пределах 70-105 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 резки дисковой пилой нагретых заготовок диаметром 200-400 мм из низкоуглеродистой стали, включающий разделение стальной заготовки дисковой пилой из низколегированной стали, содержащей цельнометаллический корпус с расположенными по контуру клиновидными режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол, задний угол, равный 15°, и боковой угол скоса зуба пилы, отличающийся тем, что процесс резки нагретых заготовок из низкоуглеродистой стали ведут дисковой пилой с передним углом режущей кромки каждого зуба, равным (-5°)-(-7°), с боковым углом скоса зубьев пилы, определяемым по зависимости 
где ϕ - боковой угол скоса зубьев пилы в градусах, ΔD - увеличение диаметра D разрезаемой заготовки по сравнению с диаметром Do=200 мм, при этом обеспечивают подачу пилы, равную 2,8-3,0 мм/зуб, и скорость резания в пределах 70-105 м/с.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он предназначен для резки заготовок из стали 08, стали 10 или стали 20.
