Способ термофрикционной резки дисковой пилой нагретого трубопроката из низколегированной стали диаметром 120-140 мм Российский патент 2024 года по МПК B23D45/00 

Изобретение относится к технологии термофрикционной резки дисковой пилой нагретого до температуры 1150-1250°С трубопроката из низколегированных сталей и может быть использовано, например, в трубопрокатном производстве.

Известен способ термофрикционной резки дисковой пилой нагретого трубопроката диаметром 40-120 мм из низколегированной 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, процесс термофрикционной резки нагретого стального трубопроката из низколегированной 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 8-12°, при этом обеспечивают подачу пилы, равную 7,2-15,8 мкм/зуб, и скорость подачи 0,05-0,1 м/с. Этим способом осуществляют разку трубопроката изготовленного из низколегированной стали 09Г2С, стали 12ГС или стали 14ХГС. Данный способ обеспечивает высокое качество поверхности торцов заготовок после резки и повышение долговечности дисковых пил при переходе от одного диаметра разрезаемой заготовки к другому (Патент РФ №2749964, МПК В23D 45/00, опубл. 21.06.2021, бюл. №18).

Недостатком данного способа является повышенная стоимость используемых при резке трубопроката дисковых пил из-за наличия у них дополнительных, по сравнению с традиционными пилами, двух углов заточки зубьев: положительного заднего угла α, а также бокового угла скоса зубьев пилы ϕ, что требует применения для их изготовления специального высокоточного дорогостоящего оборудования и использования высококвалифицированного персонала, а это, в свою очередь, приводит к удорожанию процесса резки труб.

Наиболее близким по техническому уровню является способ термофрикционной резки горячего металлопроката, при котором разделение нагретой стальной трубы производят дисковой пилой из низколегированной стали, содержащей цельнометаллический корпус с расположенными по контуру клиновидными режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол γ, равный -20 градусам, а также угол между боковыми поверхностями зуба β, равный 40 градусам (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 - С. 49-53 - прототип).

Недостатком данного способа является появление при резке труб на их торцах заусенцев недопустимых размеров, что требует дополнительной операции по их последующему удалению.

Задачей изобретения является разработка нового способа термофрикционной резки дисковой пилой нагретого до температур 1150-1250°С трубопроката из низколегированной стали диаметром 120-140 мм, обеспечивающего оптимизацию режимов резки.

Техническим результатом заявленного способа является более высокое, качество поверхности торцов.

Технический результат достигается при реализации способа термофрикционной резки дисковой пилой нагретого трубопроката из низколегированной стали диаметром 120-140 мм, включающего разделение нагретой стальной трубы дисковой пилой для термофрикционной резки из низколегированной стали, содержащей цельнометаллический корпус с расположенными по контуру клиновидными режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол, равный -20 градусам, а также угол между боковыми поверхностями зуба, равный 40 градусам, при этом процесс термофрикционной резки нагретого трубопроката из низколегированной стали до глубины реза, составляющей 80% наружного диаметра трубы, осуществляют с обеспечением подачи пилы, равной 7-15 мкм/зуб и скорости её подачи в пределах 0,06-0,09 м /с, после чего к поверхности разрезаемой трубы подводят подхват фиксирующего устройства и завершающий процесс резки ведут с обеспечением подачи пилы, равной 4-7 мкм/зуб, скорости её подачи в пределах 0,03-0,05 м /с, с отводом подхвата от трубы после окончания процесса резки.

Способ термофрикционной резки дисковой пилой нагретого трубопроката из низколегированной стали диаметром 120-140 мм, характеризуется тем, что осуществляют резку трубопроката, изготовленного из низколегированной стали 09Г2С, стали 12ГС или стали 14ХГС.

Новый способ имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по совокупности технологических приёмов и режимов, осуществляемых при реализации предлагаемого способа, так и достигаемому конечному результату: получение более высокого, в сравнении с прототипом, качества поверхности торцов заготовок после резки без изменения при этом формы зубьев применяемой такой же, как в способе по прототипу, дисковой пилы.

Так предложено процесс термофрикционной резки дисковой пилой нагретого трубопроката из низколегированной стали диаметром 120-140 мм, до глубины реза, составляющей 80% наружного диаметра трубы, осуществлять с обеспечением подачи пилы, равной 7-15 мкм/зуб и скорости её подачи в пределах 0,06-0,09 м/с (первый этап резки), что обеспечивает высокую производительность процесса резания нагретого стального трубопроката с обеспечением при этом необходимого качества поверхности торца у разрезаемой трубы, а также способствует повышению долговечности режущего инструмента. При подаче пилы и скорости её подачи выше верхних предлагаемых пределов возможно снижение её долговечности. При подаче пилы и скорости её подачи ниже нижних предлагаемых пределов происходит снижение производительности процесса резания.

Предложено процесс первого этапа термофрикционной резки нагретого трубопроката осуществлять до глубины реза, составляющей 80% наружного диаметра трубы, что позволяет разрезать основную часть трубы с использованием оптимальных, наиболее экономичных технологических режимов. Осуществление резки до глубины реза, составляющей менее 80% наружного диаметра трубы не приводит к повышению качества торцов труб, но при этом происходит повышение трудозатрат на резку остальной части трубы. Осуществление резки до глубины реза, составляющей более 80% наружного диаметра трубы способствует появлению дефектов на торцах труб по окончанию завершающего этапа резки.

Предложено после окончания первого этапа резки, на завершающем её этапе, к поверхности разрезаемой трубы подводить подхват фиксирующего устройства и процесс резки вести с обеспечением подачи пилы, равной 4-7 мкм/зуб и скорости её подачи в пределах 0,03-0,05 м /с. Подвод подхвата фиксирующего устройства к трубе, в сочетании с указанными технологическими режимами резки, способствует повышению качества поверхности торцевой части трубы, исключает появление заусенцев недопустимых размеров. При величине подачи пилы и скорости её подачи выше верхних предлагаемых пределов возможно появление заусенцев недопустимых размеров на торцевой части трубы. При величине подачи пилы и скорости её подачи ниже нижних предлагаемых пределов качество торца трубы не снижается, но при этом снижается производительность процесса резания.

Отвод подхвата фиксирующего устройства от трубы после окончания процесса резки предотвращает избыточный разогрев его рабочей поверхности, что повышает его долговечность.

Предложено при реализации способа осуществлять резку трубопроката, изготовленного из низколегированной стали 09Г2С, стали 12ГС или стали 14ХГС, поскольку такие стали весьма успешно используются при производстве труб и других изделий

Предлагаемый способ термофрикционной резки дисковой пилой нагретого трубопроката из низколегированной стали диаметром 120-140 мм осуществляется в следующей последовательности. Сразу после завершения процесса горячего прессования стальной трубы на прессовой линии трубопрокатного цеха её концевую часть необходимо отделить от пресс-остатка, идущего в отходы. Температура трубы при этом составляет 1150-1250°С. Для резки используют дисковую пилу из низколегированной стали, предназначенную для термофрикционной резки, содержащую цельнометаллический корпус с расположенными по контуру клиновидными режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол, равный -20 градусам, а также угол между боковыми поверхностями зуба, равный 40 градусам. Процесс термофрикционной резки нагретого трубопроката из низколегированной стали до глубины реза, составляющей 80% наружного диаметра трубы, осуществляют с обеспечением подачи пилы, равной 7-15 мкм/зуб и скорости её подачи в пределах 0,06-0,09 м /с, после чего, вблизи места реза, с противоположной стороны расположения пресс-остатка, к нижней поверхности разрезаемой трубы подводят подхват фиксирующего устройства и завершающий процесс резки ведут с обеспечением подачи пилы, равной 4-7 мкм/зуб, скорости её подачи в пределах 0,03-0,05 м/с, с отводом подхвата от трубы после окончания процесса резки.

При реализации способа осуществляют резку трубопроката, изготовленного из низколегированной стали 09Г2С, стали 12ГС или из стали 14ХГС.

Для недопущения перегрева зубьев пилы в процессе резки на неё подают охлаждающую жидкость, например, воду.

Таблица Способ резки заготовок Примеры по предлагаемому способу Пример по прототипу 1 2 3 4 Материал разрезаемой трубы,
её наружный диаметр (D_з),
температура перед резкой (Т_з) Низколегированная сталь 09Г2С, D_з=120 мм,
Т_з=1150°С Низколегированная сталь
12ГС,
D_з=133 мм,
Т_з=1200°С Низколегированная сталь 14ХГС,
D_з=140 мм,
Т_з=1250°С Низколегированная сталь 09Г2С
D_з=42-140 мм,
Т_з=1150-1250°С Материал пилы,
её диаметр (D_п),
число зубьев (Z_п), шаг зубьев(t),
высота зубьев (h), толщина (b) Низколегированная сталь 50ХГФА,
D_п=950 мм,
Z_п=180,
t = 16,6 мм,
h = 10,3 мм,
b = 9 мм Низколегированная сталь 50ХГФА, D_п=950 мм,
Z_п=180,
t = 16,6 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 Скорость подачи пилы (V¹_под), при резке 80% Dз, м/с 0,09 0,07 0,06 0,05 Величина подачи пилы (S¹_п), при резке 80% Dз, мкм/зуб 15 11 7 - Скорость подачи пилы (V²_под), на завершающем этапе резки, м/с 0,05 0,04 0,03 0,05 Величина подачи пилы (S²_п), на завершающем этапе резки, мкм/зуб 7 5 4 - Характеристика поверхности торцов заготовок после резки На поверхности торцов труб отсутствуют заусенцы и другие дефекты недопустимых размеров. На поверхности торцов труб присутствуют заусенцы и другие дефекты недопустимых размеров.

В результате резки получают трубопрокат с более высоким, в сравнении с прототипом, качеством поверхности торцов, с стойкостью к износу зубьев дисковой пилы, не ниже, чем при резке труб способом по прототипу, что позволяет использовать предлагаемый способ в крупносерийном производстве стальных труб из низколегированных сталей диаметром от 120 до 140 мм. Основные технологические режимы резки, составы разрезаемых материалов по предлагаемым примерам и примеру по прототипу, приведены в таблице.

Сущность способа поясняется примерами.

Пример 1.

Разрезаемая заготовка изготовлена из низколегированной стали 09Г2С. Её наружный диаметр D_з=120 мм, температура нагрева Т_з=1150°С. Для резки используют цельнометаллическую дисковую пилу из низколегированной стали 50ХГФА диаметром D_п=950 мм, число её зубьев Z_п=180 с толщиной b = 9 мм, с шагом зубьев t = 16,6 мм и их высотой h =10,3 мм. Передний угол пилы γ= -20°, угол между боковыми поверхностями каждого зуба β = 40°. Скорость подачи пилы при резке 80% D_з (первый этап резки) V¹_под=0,09 м/с, величина подачи пилы при резке на этом этапе: S¹_п=15 мкм/зуб. Сразу после завершения первого этапа резки, вблизи места реза, с противоположной стороны расположения пресс-остатка, к нижней поверхности разрезаемой трубы подводят подхват фиксирующего устройства, например, на расстоянии 10 см от места реза, и завершающий процесс резки ведут с обеспечением скорости подачи пилы V²_под=0,05 м/с и величине её подачи на этом этапе: S²_п=7 мкм/зуб. После окончания процесса резки производят отвод подхвата от трубы.

В результате резки получают трубопрокат с более высоким, в сравнении с прототипом, качеством поверхности торцов, с стойкостью к износу зубьев дисковой пилы, не ниже, чем при резке труб способом по прототипу.

Пример 2.

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

Разрезаемая заготовка изготовлена из низколегированной стали 12ГС. Её наружный диаметр D_з=133 мм, температура нагрева Т_з=1200°С. Скорость подачи пилы при резке 80% D_з V¹_под=0,07 м/с, величина подачи пилы при резке на этом этапе: S¹_п=11 мкм/зуб. Завершающий этап резки ведут с обеспечением скорости подачи пилы V²_под=0,04 м/с и величине её подачи на этом этапе: S²_п=5 мкм/зуб.

Пример 3.

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

Разрезаемая заготовка изготовлена из низколегированной стали 14ХГС. Её наружный диаметр D_з=140 мм, температура нагрева Т_з=1250°С. Скорость подачи пилы при резке 80% D_з V¹_под=0,06 м/с, величина подачи пилы при резке на этом этапе: S¹_п=7 мкм/зуб. Завершающий этап резки ведут с обеспечением скорости подачи пилы V²_под=0,03 м/с и величине её подачи на этом этапе S²_п=4 мкм/зуб.

Трубные заготовки, полученные в результате резки по примерам 1, 2 и 3 обладают более высоким, в сравнении с прототипом (см. таблицу, пример 4) качеством поверхности торцов: на них отсутствуют заусенцы и другие дефекты недопустимых размеров, препятствующие их дальнейшему использованию, например, в трубопрокатном производстве. При этом показана возможность более зффективного использования пилы для термофрикционной резки, обычно используемой в трубопрокатном производстве.

Таким образом, способ термофрикционной резки дисковой пилой нагретого трубопроката из низколегированной стали диаметром 120-140 мм, включающий разделение нагретой стальной трубы дисковой пилой для термофрикционной резки из низколегированной стали, содержащей цельнометаллический корпус с расположенными по контуру клиновидными режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол, равный -20 градусам, а также угол между боковыми поверхностями зуба, равный 40 градусам, осуществление процесса термофрикционной резки нагретого трубопроката из низколегированной стали до глубины реза, составляющей 80% наружного диаметра трубы, с обеспечением подачи пилы, равной 8-12 мкм/зуб и скорости её подачи в пределах 0,06-0,08 м /с, подвод к поверхности разрезаемой трубы подхвата фиксирующего устройства с последующей резкой остальной неразрезанной части трубы с обеспечением подачи пилы, равной 4-6 мкм/зуб, скорости её подачи в пределах 0,03-0,05 м /с, а также отвод подхвата от трубы после окончания процесса резки, обеспечивает более высокое качество поверхности торцов труб после резки, со стойкостью к износу зубьев дисковой пилы, не ниже, чем при резке труб способом по прототипу.

Изобретение относится к технологии термофрикционной резки трубопроката из низколегированных сталей и может быть использовано в трубопрокатном производстве. Способ термофрикционной резки дисковой пилой нагретого трубопроката из низколегированной стали диаметром 120-140 мм включает разделение нагретой стальной трубы дисковой пилой для термофрикционной резки из низколегированной стали, содержащей цельнометаллический корпус с расположенными по контуру клиновидными режущими зубьями. Зубья содержат передний отрицательный угол, равный -20°, а также угол между боковыми поверхностями зуба, равный 40°. Процесс резки до глубины реза, составляющей 80% наружного диаметра трубы, осуществляют с обеспечением подачи пилы, равной 7-15 мкм/зуб и скорости её подачи в пределах 0,06-0,09 м/с. После чего подводят подхват фиксирующего устройства и ведут резку с обеспечением подачи пилы, равной 4-7 мкм/зуб, скорости её подачи в пределах 0,03-0,05 м /с. Обеспечивается высокое качество поверхности торцов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

1. Способ термофрикционной резки дисковой пилой нагретого трубопроката из низколегированной стали диаметром 120-140 мм, включающий разделение нагретой стальной трубы дисковой пилой для термофрикционной резки из низколегированной стали, содержащей цельнометаллический корпус с расположенными по контуру клиновидными режущими зубьями, каждый из которых содержит передний отрицательный угол, равный -20 градусам, а также угол между боковыми поверхностями зуба, равный 40 градусам, отличающийся тем, что процесс термофрикционной резки нагретого трубопроката из низколегированной стали до глубины реза, составляющей 80% наружного диаметра трубы, осуществляют с обеспечением подачи пилы, равной 7-15 мкм/зуб и скорости её подачи в пределах 0,06-0,09 м /с, после чего к поверхности разрезаемой трубы подводят подхват фиксирующего устройства и завершающий процесс резки ведут с обеспечением подачи пилы, равной 4-7 мкм/зуб, скорости её подачи в пределах 0,03-0,05 м/с, с отводом подхвата от трубы после окончания процесса резки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют резку трубопроката, изготовленного из низколегированной стали 09Г2С, из стали 12ГС или стали 14ХГС.