Способ резки дисковой пилой нагретых заготовок диаметром 180-300 мм из аустенитной хромоникелевой стали Российский патент 2021 года по МПК B23D45/00 

Изобретение относится к технологии резки дисковой пилой нагретых заготовок круглого сечения из аустенитных хромоникелевых сталей и может быть использовано, например, в трубопрокатном производстве.

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 ее 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, еще и перемещения по замкнутой круговой траектории, а также дополнительного перемещения в направлении, обратном направлению ее 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 определенное количество обработанных заготовок, при этом изменяют скорость резания в сторону ее увеличения или уменьшения от номинального значения, а скорость подачи изменяют лишь в сторону ее увеличения, причем 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, особенно при резке аустенитных хромоникелевых сталей, и, как следствие этого, к преждевременному выходу ее 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 ее порезки. Такой заусенец на переднем торце заготовки в процессе получения из нее трубы на трубопрокатном стане в процессе прошивания может быть захвачен неподвижной оправкой, попасть внутрь трубы с образованием при этом у нее 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 нем 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.

В связи с этим важнейшей задачей является разработка нового способа резки дисковой пилой нагретых до температур 1150-1250 °С заготовок диаметром 180-300 мм из аустенитной хромоникелевой 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 счет применения пил со строго определенными (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 круглого сечения из аустенитной хромоникелевой 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 градусам, и боковой угол скоса зуба пилы, при этом осуществляют процесс резки нагретых заготовок диаметром 180, 250 и 300 мм из аустенитной хромоникелевой стали дисковой пилой с передним углом режущей кромки каждого зуба, равным (-6) - (-12) градусам , и с боковым углом скоса зубьев пилы ϕ, при этом для диаметра заготовки 180 мм боковой угол скоса равен 25 градусам, для диаметра 250 мм - 21 градусу и для диаметра 300 мм - 16 градусам, при этом обеспечивают подачу пилы, равную 3,2-3,6 мм/зуб и скорость резания в пределах 70-105 м/с.

Способ резки дисковой пилой нагретых заготовок круглого сечения из аустенитной хромоникелевой стали характеризуется тем, что осуществляют резку заготовок из аустенитной хромоникелевой стали 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т или 04Х18Н10.

Новый способ имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по используемым материалам и совокупности технологических приемов 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 аустенитной хромоникелевой стали вести дисковой пилой с передним углом режущей кромки каждого зуба равным -6…-12°, с боковым углом скоса зубьев пилы, определяемым по формуле: , где ϕ - боковой угол скоса зубьев пилы в градусах, D - диаметр разрезаемой заготовки в мм, что обеспечивает минимальные силовые усилия на зубья пилы в процессе резания, недопущение перегрева режущих кромок ее зубьев в процессе резания, а это, в свою очередь, способствует повышению ее 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 ее 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 разрезаемых заготовок использовать аустенитную хромоникелевую сталь 12Х18Н10Т или 08Х18Н12Т или 04Х18Н10, поскольку такие стали весьма успешно используются при производстве коррозионностойких труб и других изделий. Предлагаемый способ вполне пригоден также и для резки аустенитных хромоникелевых сталей других марок с содержанием в них углерода до 0,12 %.

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 180-300 мм из аустенитной хромоникелевой стали осуществляется в следующей последовательности. Разрезаемую заготовку из аустенитной хромоникелевой стали диаметром 180-300 мм, полученную, например, методом непрерывной разливки стали, 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 -6…-12°, задний угол α равный 15°, а также боковой угол скоса зуба пилы (угол в плане) ϕ, определяемый по формуле:, где D - диаметр разрезаемой заготовки в мм. Процесс резки нагретых заготовок ведут с обеспечением подачи пилы, равной 3,2-3,6 мм/зуб и скорости резания в пределах 70-105 м/с, при этом в качестве материала разрезаемых заготовок предложено использовать аустенитную хромоникелевую сталь 12Х18Н10Т или 08Х18Н12Т, или 04Х18Н10. При резке заготовок разного диаметра предложено 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, ее диаметр (D), температура перед резкой (Т_з) Аустенитная хромоникелевая сталь 12Х18Н10Т, D=180 мм, Т_з=1150°С Аустенитная хромоникелевая сталь 08Х18Н12Т, D=250 мм, Т_з=1200°С Аустенитная хромоникелевая сталь 04Х18Н10, D=300 мм, Т_з=1250° Аустенитная хромоникелевая сталь 12Х18Н10Т, D=260-340 мм,
Т_з=1150-1250 °С Материал пилы, ее диаметр (D_п), число зубьев (Z_п), шаг зубьев(t), толщина (b) Низколегированная сталь 50ХГФА,
D_п=2420 мм,
Z_п=95,
t = 80 мм,
b = 9 мм Низколегированная сталь 50ХГФА,
D_п=2420 мм,
Z_п=95,
t = 80 мм,
b = 9 мм Углы заточки пилы, град. Передний угол γ -12 -10 -6 -15 Задний угол α 15 15 15 15 Боковой угол скоса зубьев пилы ϕ 25 21 16 15 Скорость резания (V_р), м/с 70 90 105 100-140 Величина подачи пилы (S_n), мм/зуб 3,2 3,4 3,6 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 аустенитной хромоникелевой стали 12Х18Н10Т методом непрерывной разливки стали. Ее диаметр (D) равен 180 мм, температура нагрева (Т_з) равна 1150 °С. Для резки используют цельнометаллическую дисковую пилу из низколегированной стали 50ХГФА диаметром D_п равным 2420 мм, число ее зубьев Z_п=95, толщина b = 9 мм, с шагом зубьев t = 80 мм. Передний угол пилы γ= -12°, задний угол α=15°. Боковой угол скоса зубьев пилы ϕ (угол в плане), рассчитанный по формуле: , равен 25°. Процесс ведут при скорости резания V_p=70 м/с и величине подачи пилы S_п=3,2 мм/зуб. Для недопущения перегрева зубьев пилы в процессе резки ее охлаждают водой.

Пример 2.

То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения.

Разрезаемая заготовка изготовлена из аустенитной хромоникелевой стали 08Х18Н12Т. Ее диаметр D=250 мм, температура нагрева Т_з=1200 °С. Для резки используют дисковую пилу с передним углом γ= -10°, с задним углом α=15° и, с рассчитанным по приведенной в примере 1 формуле, боковым углом скоса зубьев пилы ϕ=21°. Процесс ведут при скорости резания V_p=90 м/с и величине подачи пилы S_п=3,4 мм/зуб.

Пример 3.

То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения.

Разрезаемая заготовка изготовлена из аустенитной хромоникелевой стали 04Х18Н10. Ее диаметр D=300 мм, температура нагрева Т_з=1250 °С. Для резки используют дисковую пилу с передним углом γ= -6°, с задним углом α=15° и, с рассчитанным по приведенной в примере 1 формуле, боковым углом скоса зубьев пилы ϕ=16°. Процесс ведут при скорости резания V_p=105 м/с и величине подачи пилы S_п=3,6 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 1,2 раза больше, чем при резке таких же заготовок способом по прототипу (пример 4).

Таким образом, способ резки дисковой пилой нагретых заготовок диаметром 180-300 мм из аустенитной хромоникелевой 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 -6…-12°, задний угол равный 15°, боковой угол скоса зубьев пилы, определяемый по формуле: , где ϕ - боковой угол скоса зубьев пилы в градусах, D - диаметр разрезаемой заготовки в 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.

Изобретение относится к технологии резки дисковой пилой нагретых заготовок круглого сечения из аустенитных хромоникелевых сталей и может быть использовано в трубопрокатном производстве. Способ включает 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, равный (-6)-(-12) град, задний угол, равный 15 град, и боковой угол скоса зуба пилы. Для диаметра заготовки 180 мм боковой угол скоса равен 25 град, для диаметра 250 мм – 21 град и для диаметра 300 мм – 16 град. При этом обеспечивают подачу пилы, равную 3,2-3,6 мм/зуб, и скорость резания в пределах 70-105 м/с. Способ предназначен для резки сталей 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т или 04Х18Н10. 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.

1. Способ резки дисковой пилой нагретых заготовок круглого сечения из аустенитной хромоникелевой 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 град, и боковой угол скоса зуба пилы, отличающийся тем, что осуществляют процесс резки нагретых заготовок диаметром 180, 250 и 300 мм из аустенитной хромоникелевой стали дисковой пилой с передним углом режущей кромки каждого зуба, равным (-6)-(-12) град, и с боковым углом скоса зубьев пилы ϕ, при этом для диаметра заготовки 180 мм боковой угол скоса равен 25 град, для диаметра 250 мм – 21 град и для диаметра 300 мм – 16 град, при этом обеспечивают подачу пилы, равную 3,2-3,6 мм/зуб, и скорость резания в пределах 70-105 м/с.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют резку заготовок из аустенитной хромоникелевой стали 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т или 04Х18Н10.