Способ резки дисковой пилой нагретых заготовок диаметром 200-400 мм из низколегированной стали
METHOD FOR CUTTING HEATED WORKPIECES WITH A DIAMETER OF 200-400 MM FROM LOW-ALLOY STEEL WITH A CIRCULAR SAW

Изобретение относится к технологии резки дисковой пилой нагретых заготовок круглого сечения из низколегированных 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 30-60° 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°С.
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°С 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 15°, 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= -10°, α=15°, ϕ=15°), 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 мм и более 340 мм.
В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа резки дисковой пилой нагретых до температур 1150-1250°С заготовок диаметром 200-400 мм из низколегированной 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).
o
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе резки дисковой пилой нагретых заготовок диаметром 200-400 мм из низколегированной 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 15°, а также боковой угол скоса зуба пилы, процесс резки нагретых заготовок из низколегированной стали ведут дисковой пилой с передним углом режущей кромки каждого зуба, равным -8…-10°, 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 D=200 мм, с обеспечением подачи пилы, равной 3,2-3,6 мм/зуб, и скорости резания в пределах 70-105 м/с.
Способ резки дисковой пилой нагретых заготовок диаметром 200-400 мм из низколегированной стали характеризуется тем, что в качестве материала для разрезаемых заготовок из низколегированной стали, используют сталь 09Г2С, сталь 12ГС или сталь 14ХГС.
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.
o
Так, предложено процесс резки нагретых заготовок из низколегированной стали вести дисковой пилой с передним углом режущей кромки каждого зуба, равным -8…-10°, 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 D=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 3,2-3,6 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 низколегированной стали использовать сталь 09Г2С или сталь 12ГС или сталь 14ХГС, 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 низколегированной стали осуществляется в следующей последовательности.
о
o
Разрезаемую заготовку из низколегированной стали диаметром 200-400 мм, полученную, например, методом непрерывной разливки стали или горячей прокаткой, нагревают в печи до температуры 1150-1250°С 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 -8…-10, задний угол α, равный 15°, 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 D=200 мм. Процесс резки нагретых заготовок из низколегированной стали ведут с обеспечением подачи пилы, равной 3,2-3,6 мм/зуб и скорости резания в пределах 70-105 м/с. В качестве материала для резки нагретых заготовок из низколегированной стали используют сталь 09Г2С или сталь 12ГС или сталь 14ХГС.
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 (Т<sub>з</sub>)
Низколегированная сталь 09Г2С,D=200 мм,Т<sub>з</sub>=1150<sup>о</sup>С,горячекатаная заготовка
Низколегированная сталь12ГС,D=300 мм,Т<sub>з</sub>=1200°С,литая заготовка
Низколегированная сталь 14ХГСD=400 мм,Т<sub>з</sub>=1250<sup>о</sup>С,горячекатаная заготовка
Низколегированная сталь 09Г2С,D=260-340 мм,Т<sub>з</sub>=1150-1250 <sup>о</sup>С,горячекатаные заготовки
Материал пилы, её диаметр (D<sub>п</sub>), число зубьев (Z<sub>п</sub>), шаг зубьев(t), толщина (b)
Низколегированная сталь 50ХГФА,D<sub>п</sub>=2420 мм,Z<sub>п</sub>=95,t = 80 мм,b = 9 мм
Низколегированная сталь 50ХГФА,D<sub>п</sub>=2420 мм,Z<sub>п</sub>=95,t = 80 мм,b = 9 мм
Углы заточки пилы, град.
Передний угол γ
-8
-9
-10
-10
Задний угол α
15
15
15
15
Боковой угол скоса зубьев пилы ϕ
22,3
16,5
10,7
15
Скорость резания (V<sub>р</sub>), м/с
70
90
105
100-140
Величина подачи пилы (S<sub>n</sub>), мм/зуб
3,6
3,4
3,2
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.
0
з
п
п
p
п
Разрезаемая заготовка изготовлена из низколегированной стали 09Г2С методом непрерывной разливки стали. Её диаметр D=D=200 мм, температура нагрева (Т) равна 1150°С. Для резки используют цельнометаллическую дисковую пилу из низколегированной стали 50ХГФА диаметром D равным 2420 мм, число её зубьев Z=95, толщина b = 9 мм, с шагом зубьев t = 80 мм. Передний угол пилы γ= -8°, задний угол α = 15°. Боковой угол скоса зубьев пилы ϕ (угол в плане), рассчитанный по формуле:  равен 22,3°, поскольку  Процесс ведут при скорости резания V=70 м/с и величине подачи пилы S=3,6 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.
з
p
п
Разрезаемая заготовка изготовлена из низколегированной стали 12ГС методом горячей прокатки. Её диаметр D =300 мм, температура нагрева (Т) равна 1200°С. Передний угол γ= -9°, боковой угол скоса зубьев пилы ϕ (угол в плане), рассчитанный по приведенной в примере 1 формуле равен 16,5°, поскольку  Процесс ведут при скорости резания V=90 м/с и величине подачи пилы S= 3,4 мм/зуб.
Пример 3.
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения.
з
p
п
Разрезаемая заготовка изготовлена из низколегированной стали 14ХГС. Её диаметр D =400 мм, температура нагрева (Т) равна 1250°С. Передний угол γ= -10°, боковой угол скоса зубьев пилы ϕ (угол в плане), рассчитанный по приведенной в примере 1 формуле равен 10,7°, поскольку  Процесс ведут при скорости резания V=105 м/с и величине подачи пилы S=3,2 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).
o
Таким образом, способ резки дисковой пилой нагретых заготовок диаметром 200-400 мм из низколегированной 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 -8.…-10°, задний угол, равный 15°, 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 D=200 мм, с обеспечением подачи пилы, равной 3,2-3,6 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.