Сменная кольцевая режущая пластина для удаления внутреннего грата

Полезная модель относится к области обработки резанием материалов, в частности к режущему инструменту, предназначенному для удаления внутреннего грата с электросварных труб малого и среднего диаметров.
Известны конструкции сменных кольцевых режущих пластин, предназначенных для удаления внутреннего грата методом строгания с электросварных труб. Пластины содержат внутреннюю переднюю поверхность и наружную заднюю поверхность, пересечение которых образуют режущую кромку в форме окружности. Внутренняя передняя поверхность может иметь коническую форму [1-3].
Известны конструкции сменных кольцевых режущих пластин с отрицательной фаской на передней поверхности инструмента и округленной режущей кромкой [4].
Основным недостатком указанных конструкций пластин для удаления грата является их низкая стойкость, что проявляется в быстром размерном износе пластины и образовании вследствие этого недоснятого грата.
Известна сменная кольцевая режущая пластина для удаления внутреннего грата с режущей кромкой в форме окружности и соосными с ней внутренней цилиндрической поверхностью и наружной конической поверхностью с углом конуса β. Пластина располагается под углом к трубе и крепится в гнезде гратоснимателя винтами, упирающимися головкой в наружную коническую поверхность пластины. Угол поворота оси пластины относительно оси трубы равен углу резания δ [5]. Пластина может быть использована многократно за счет замены изношенного участка лезвия на новый неработающий участок путем поворота пластины вокруг оси. Данное изобретение как наиболее близкое к заявляемой полезной модели принято за прототип. Недостатком пластины является низкий период размерной стойкости, не позволяющий использовать в полной мере ее ресурсные возможности.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение размерной стойкости кольцевых пластин для удаления грата с электросварных труб за счет создания видоизмененных форм рабочих поверхностей инструмента.
л
т.п
Технический результат достигается тем, что на задней конической поверхности лезвия пластины с уклоном конуса β выполнена примыкающая к режущей кромке кольцевая ленточка, имеющая форму усеченного конуса с уклоном β в пределах , шириной  где - угол поворота оси пластины относительно оси трубы, h - величина допустимого размерного износа лезвия пластины.
С целью дополнительного повышения размерной стойкости пластины на передней поверхности лезвия может быть выполнена отрицательная кольцевая ленточка, имеющая форму усеченного конуса с наименьшим диаметром в месте примыкания к режущей кромке. Кроме этого, для повышения стойкости пластины режущая кромка изготавливается округленной, а на переднюю и заднюю поверхности пластины наносятся износостойкие покрытия.
з
кр,з
з
п
т.п
в
н.г
т.п
в
н.г
п
т.п.
н.г
з
3
3
3
Повышение стойкости пластины происходит за счет уменьшения интенсивности ее изнашивания в направлении основной плоскости, перпендикулярной скорости резания. Уменьшение скорости размерного износа пластины обеспечивается увеличением объема изнашиваемой части лезвия пластины вблизи режущей кромки за счет изменения геометрии пластины. Связано это с тем, что при удалении грата период стойкости пластины в основном определяется скоростью изнашивания ее задней поверхности. Интенсивность изнашивания задней поверхности во многом зависит от величины заднего угла между наружной конической задней поверхностью пластины и обрабатываемой поверхностью трубы. При малых значениях задних углов от 0° до 4° наблюдается быстрый рост фаски износа по задней поверхности h. Для таких условий период стойкости инструмента ограничен критическим значением h, при котором происходит ухудшение термомеханических условий резания. По мере увеличения углов α интенсивность линейного износа в направлении плоскости резания h замедляется, однако при этом резко увеличивается интенсивность размерного износа h в направлении нормальной плоскости. В результате, работая с задними углами более 5-8°, причиной прекращения работы инструмента становится технологический износ, при котором высота недоснятого грата начинает превышать его допустимые значения. В настоящее время с учетом особенностей конструкции пластины, способа ее крепления и расположения в трубе задний угол пластины устанавливается в диапазоне от 10° до 12°. Для таких углов технологический критерий износа кольцевых пластин является преобладающим. Допустимая величина технологического износа пластины h определяется с учетом величины врезания пластины в тело трубы a и допустимой величины недоснятого грата a по формуле h=a+a. После достижения размерного износа пластины h=h, при котором высота a недоснятого грата начинает превышать допустимую техническими условиями величину, электросварочный стан останавливается, и изношенная кромка заменяется на новую. В этом случае режущая кромка считается затупившейся, хотя ее ресурс полностью не исчерпан и запас работоспособности до конца не использован. Вынужденная замена изношенной кромки происходит на стадии установившегося процесса изнашивания, когда интенсивность износа J для конкретных условий резания практически не зависит от величины линейного износа задней поверхности h, а объемный расход Q (м/с) изнашиваемого материала не меняется во времени. Стойкость режущей пластины T(с) определяется отношением объема изношенной части лезвия V (м) к объемному расходу Q (м/с) отделяемого от инструмента материала: .
ABC
1
У инструмента c лезвием, ограниченным прямолинейными линиями в главной секущей плоскости, объем износа инструментального материала равен произведению площади поперечного сечения износа S на ширину срезаемого грата b:
,
1
з
п
где b - ширина срезаемого грата, h - линейный износ инструмента по задней поверхности, h - размерный износ инструмента, α и γ - задний и передний углы инструмента, соответственно.
з
В этом случае время работы инструмента T до величины износа hравно:
з
п
Согласно полученному выражению фаска износа по задней поверхности h и размерный износ h изменяются в соответствии с зависимостями:
; .
з
з
п
Учитывая, что до момента катастрофического износа инструмента наблюдается относительно слабое влияние ширины фаски износа h на интенсивность износа J и, следовательно, на объемный расход изнашиваемого материала Q, то расчетные формулы h и h можно представить в виде:
, ,
h
где  - коэффициент, зависящий от условий резания и свойств обрабатываемого и инструментального материалов. Коэффициент C является постоянным для конкретных условий процесса удаления грата и может быть определен по одной из точек экспериментальной кривой износа.
з
п
т.п
п
з
з
кр.з
л
л
л
т.з
кр.з
Полученные зависимости показывают, что влияние заднего угла α на линейный износ задней h и передней h поверхностей пластины наиболее сильно проявляется в диапазоне малых значений задних углов. При уменьшении заднего угла с 10° до 3° время затупления пластины до критерия технологического износа h увеличивается более чем в 3 раза. Вместе с тем уменьшение интенсивности роста размерного износа h сопровождается ростом скорости линейного износа задней поверхности пластины h. Ускоренный рост фаски износа на задней поверхности h может привести к тому, что величина критической величины фаски износа h, при которой начинается катастрофическое изнашивание пластины, наступит раньше достижения технологического износа пластины. Поэтому для гарантированного увеличения стойкости пластины с кольцевой ленточкой на задней поверхности по сравнению со стойкостью пластины без ленточки участок задней поверхности пластины с малыми углами α должен быть ограничен шириной b, равной величине технологического износа задней поверхности пластины без ленточки  За пределами ширины ленточки b задний угол увеличивается, что обеспечивает возможность дальнейшей эксплуатации пластины при износе более h вплоть до критерия оптимального износа h.
Дополнительное повышение размерной стойкости пластины может быть обеспечено за счет округления режущей кромки и создания на передней поверхности лезвия отрицательной кольцевой ленточки, имеющей форму усеченного конуса с наибольшим диаметром в месте примыкания к режущей кромке. Такое изменение геометрии пластины приводит к дополнительному увеличению объема изнашиваемой части лезвия пластины вблизи режущей кромки и, как следствие, к уменьшению интенсивности ее изнашивания в направлении основной плоскости, т.е. уменьшению скорости размерного износа пластины.
Стойкость новых конструкций пластин может быть существенно повышена за счет нанесения на переднюю и заднюю поверхности пластины износостойких покрытий. При резании пластинами с покрытиями объемный расход Q отделяемого от инструмента материала уменьшается, поэтому стойкость Т увеличивается. Эффективность защитного действия покрытия будет тем выше, чем больше его толщина, измеренная в плоскости поверхности износа. Поэтому наибольший эффект от покрытий достигается на кольцевой ленточке с малыми задними углами.
На фиг. 1 показано диаметральное сечение сменной кольцевой режущей пластины для удаления внутреннего грата с прямошовных сварных труб; на фиг. 2 показана схема крепления кольцевой пластины в гратоснимателе и ее расположение относительно трубы при удалении грата; на фиг. 3 показаны сечения в главных секущих плоскостях изнашиваемых участков лезвий пластин с кольцевой ленточкой на задней поверхности и без нее; на фиг. 4 - кривые износа пластин с кольцевой ленточкой на задней поверхности и без нее.
л
Сменная кольцевая режущая пластина имеет режущую кромку 1 в форме окружности, соосные между собой наружную коническую заднюю поверхность 2 с уклоном конуса β и внутреннюю цилиндрическую поверхность 3. На задней поверхности лезвия пластины выполнена примыкающая к режущей кромке кольцевая ленточка 4 шириной , имеющая форму усеченного конуса с уклоном β.
Режущая кромка пластины выполняется округленной с радиусом ρ. На передней цилиндрической поверхности 3 пластины может быть заточена кольцевая ленточка 5, имеющая форму обратного усеченного конуса с наибольшим диаметром в месте примыкания к режущей кромке. На изнашиваемые рабочие поверхности пластины наносятся износостойкие покрытия 6.
л
л
л
л
т.п
т.з.л
кр.з
Операция удаления внутреннего грата с электросварных труб осуществляется методом строгания при движении трубы относительно гратоснимателя со скоростью v. Кольцевая пластина устанавливается в гнездо державки гратоснимателя и крепится винтами, упирающимися головкой в наружную коническую поверхность пластины. Угол поворота оси пластины относительно оси трубы равен углу резания δ. Такое расположение пластины обеспечивает получение в процессе срезания грата заднего угла α между поверхностью конической ленточки и обрабатываемой трубой. Величина α задается углом заточки ленточки пластины β и для труб малого и среднего диаметров находится в пределах от 1° до 3°. Вследствие малых значений заднего угла αинтенсивность размерного износа пластины вблизи режущей кромкисущественнозамедляется. В результате стойкость пластины, ограниченная технологическим критерием износа h, возрастает. Увеличенные задние углы за пределами ленточки обеспечивают возможность дальнейшей эксплуатации пластины до критерия технологического износа h или оптимального - h.
Дополнительное повышение размерной стойкости пластины может быть обеспечено за счет округления режущей кромки до оптимальных значений и создания на передней поверхности лезвия отрицательной кольцевой ленточки, имеющей форму обратного усеченного конуса с наименьшим диаметром в месте примыкания к режущей кромке. Стойкость новых конструкций пластин существенно повышается за счет нанесения на переднюю и заднюю поверхности пластины износостойких покрытий.
Использование кольцевых пластин повышенной работоспособности позволяет сократить расход инструмента, уменьшить количество аварийных остановок стана и увеличить количество выхода годных труб.
Список источников:
1. US 4358231 (A) - Device for internally deburring tubes / Патентообладатель: Röchling-Burbach Weiterverarbeitung GmbH [DE]. Автор: F. Meier [DE]. Заявка № US 19219180 (A) от 30.09.1980. Опубликовано: 09.11.1982.
2. DE 2940874 (C2) - Vorrichtung zum innenentgraten längsnahtgeschweisster Rohre / Патентообладатель: Techno ARBED Deutschland GmbH [DE]. Автор: F. Meier [DE]. Заявка DE 2940874 (A) от 09.10.1979. Опубликовано: 23.12.1982.
3. US 3395614 (A) - Inside bead trimming apparatus / Патентообладатель: Clayton Mark & Company. Автор: R.J. Dodson. Заявка № US 49792765 (A) от 19.10.1965. Опубликовано: 06.08.1968.
4. Михайлов С.В., Ковеленов Н.Ю., Болотских С.В. Усовершенствование инструмента для удаления внутреннего грата с элетросварных труб / Металлообработка. - 2015. - №1(85). - С. 50-53.
5. RU 2675439 (C2) - Патентообладатель: НАКАТА МЭНЬЮФЭКЧЕРИНГ КО. ЛТД. [JP]. Авторы: Ван Фейчжоу [JP], Сато Такеюки [JP], Наката Мицуру [JP], Накано Томоясу [JP], Миура Такамицу [JP]. Заявка № RU 2016140635 от 18.03.2014. Опубликовано: 19.12.2018.