Режущие диски роторных пил

Пилы в поточной линии металлургического агрегата определяют его производительность, а качество реза непосредственно влияет на качество последующего передела. Необходимости остановок для замены дисков нарушают непрерывность потока и сдерживают производительность агрегата в целом. Поэтому качество и стойкость дисков являются определяющим фактором для оценки эффективности использования пил.

Внешний вид дисков (патент РФ на полезную модель № 105604) диаметром 2500 мм показан на фотографии:

Особенностью горячей резки на роторных пилах является быстрое образование нароста (налипания металла) на задней грани зубьев, которое образуется уже после нескольких резов. В результате налипания может происходить выкрашивание зубьев. Другим фактором разрушения диска является образование трещин во впадине зуба как следствие высоких нагрузок при высоких скоростях резания и контакта с образованной стружкой. Ниже представлены фото дефектов отработавших пильных дисков.

Налипание на зуб:

Выкрашивание зуба:

Трещины во впадинах между зубьями:

На качество реза и стойкость диска влияет также объем сливной стружки, которая должна умещаться во впадине. В случае нарушения технологических режимов пилы может образовываться стружка, нарушающая режим резания. Кроме того, возможно массовое разрушение зубьев.

При резании рабочие элементы пильного диска подвергаются циклическому нагреву. Нагрев зуба идет экспоненциально и конечная температура поверхности зуба зависит от числа вхождений каждого зуба в контакт с заготовкой, длительности каждого контакта и эффективностью охлаждения зуба в период паузы между вхождениями в контакт с заготовкой и между резами. Требования по охлаждению реализуются за счет охлаждения диска струей воды, подаваемой вдоль траектории движения диска. Следует обратить внимание, что эффективность водяного струйного охлаждения определяется не количеством подаваемой воды, а скоростью струй в зоне контакта воды с режущим профилем зуба. Число вхождений каждого зуба в контакт с заготовкой и длина дуги контакта диска с заготовкой зависят от диаметра разрезаемых заготовок, режимов резания, диаметра и шага зубьев диска и скорости подачи, которые стараются оптимизировать.

С точки зрения уменьшения числа вхождений каждого зуба диска в контакт с заготовкой увеличение шага зубьев не дает эффекта по снижению числа вхождения зубьев. Более существенный эффект дает увеличение толщины стружки путем изменения режимов резания за счет комбинирования повышения скорости подачи и снижения окружной скорости диска. Увеличение толщины стружки приводит к увеличению усилий резания, просадки скоростей диска и водила. При выборе режимов резания необходимо оценивать вышеперечисленные факторы совместно.

Шаг и профиль зубьев выбираются из условий свободной укладки стружки во впадине между зубьями. Форма зуба должна обеспечивать его прочность и позволять производить заточку зуба без ухудшения первоначальных характеристик. Одним из частых причин выхода диска из строя является образование трещин от поверхности впадин между зубьями. Для борьбы с этим явлением рекомендуем проводить поверхностное термоупрочнение режущего профиля, которое автоматически достигается при лазерной резке.

Нагрузки на зуб, возникающие при резании, кроме внешних факторов (характеристик и температуры разрезаемого металла) зависят от режимов резания (скорость резания и подача на зуб) и параметров режущего (форма режущего профиля и толщина) диска.

К материалу пильных дисков предъявляются следующие требования:

• Зуб режущего диска должен обладать достаточной прочностью, чтобы выдерживать высокие нагрузки от реза. При этом толщина диска должна быть минимальной для сокращения отходов в стружку и снижения усилий резания.
• Материал зубьев должен быть достаточно пластичным, чтобы исключить в случаях аварийного разрушения выброс зубьев и их частей с высокой скоростью, равной скорости резания 100 м/с, из зоны действия режущего диска.
• Поверхность зубьев, взаимодействующая с разрезаемым металлом и непосредственно участвующая в процессе резания, должна обладать достаточной твердостью для минимизации вредного влияния эффекта налипания и образования нароста на задней грани.
• Форма и твердость поверхности режущего профиля диска в районе впадин между зубьями должна обеспечивать беспрепятственный сбор образовавшейся при резе сливной стружки, длина которой соответствует шагу между зубьями с учетом усадки.
• Материал зубьев должен обладать достаточной прочностью, чтобы выдерживать высокие нагрузки от центробежных сил и усилий резания, а методы обработки режущего профиля исключать образование концентраторов напряжений во впадинах между зубьями.
• Материал режущих дисков должен выдерживать циклический нагрев и охлаждение зубьев в режиме работы роторных пил.

Для изготовления режущих дисков мы рекомендуем стали 9ХФ, 60ХМФ, 51CrV4, 80CrV2, 75Cr1. Состояние поставки – лист г/к, нормализация, твердость поверхности 200 – 240 HB. Технологический процесс изготовления дисков не должен выводить отклонения от плоскостности листа из ограничений ГОСТ 19903-90 и при экспортной поставке - ЕН 10029, разнотолщинность листов в пределах 0,8 – 1 мм. Контроль отклонений от плоскостности может производиться замером с помощью мерной линейки длиной 2 – 2,5 м отклонений от плоскости листа, положенного на жесткую плоскую тарированную поверхность, или замером торцевого биения на периферии диска, зажатого в планшайбах с регламентируемой затяжкой на стенде, либо непосредственно на пиле. Торцевое биение при этом не должно превышать значений +/- 5 мм, при этом тарельчатость (торцевое биение одного знака) не может превышать 5 мм, с учетом фактической разнотолщинности листов.

В соответствии с мировой практикой мы предлагаем централизованную поставку пильных дисков, изготавливаемых по современным технологиям ЗАО «ЛАЗТЕХ» на специализированном технологическом лазерном комплекс (патент РФ на полезную модель № 72434), показанном на фото, а также переточку дисков на меньший диаметр с заданными размерами профиля и шага зубьев.

Последовательность выполнения технологических операций при этом заключается в следующем: контроль заготовок, лазерная обработка посадочных отверстия и зубчатого профиля на специализированном комплексе, балансировка диска, термообработка зуба.

Принципиальная схема установки для закалки зубьев пильных дисков методом ТВЧ показана на рисунке:

Обозначения на рисунке:

• 1 - станина;
• 2 - привод механизма подачи диска в зону закалки;
• 4 - механизм шаговой подачи диска при закалке;
• 3 - механизм непрерывного вращения диска при закалке;
• 5 - прижимные ролики;
• 6 - стойка для крепления механизмов вращения, индуктора и системы охлаждения;
• 7 - корыто для сбора охлаждающей жидкости;
• 8 - сопла для охлаждающей жидкости.

Внешний вид установки и зона закалки показаны на фото:

При наличии дисков со значительной кривизной приходится производить их правку. Для этого разработана специальная правильная машина (патент РФ на полезную модель № 109425). Машина работает в двух режимах: правка и вальцевание при вертикально расположенном диске. Общий вид машины показан на рисунке ниже. Правка производится методом многократного упруго-пластического изгиба в роликовой обойме с перемещением зоны обработки по спирали. В машине предусмотрено также выполнение процесса вальцевания путем обкатки диска оппозитно расположенными роликами по концентрическим окружностям диска.

Обозначения на рисунке:

• 1 - диск;
• 2 - ведущие ролики;
• 3 - ведомые ролики;
• 4 – привод;
• 5 - ходовой винт;
• 6 - нажимной гидроцилиндр;
• 7 - механизмы индивидуальной настройки;
• 8 - привод вращения ходового винта;
• 9 - сферический подшипник;
• 10 - датчики положения правильных роликов;
• 11 - датчик угловых перемещений ходового винта;
• 12 - датчик угловых перемещений диска;
• 13 - датчик положения планшайбы;
• 14 - планшайба;
• 15 - суппорт.

Заточка дисков при ремонте производится на специализированных станках, выпускаемых промышленностью. Например, в качестве прототипа можно рассматривать полуавтомат заточной ВЗ-187М для дисковых сегментных пил:

Исследования дисков, полученных методом лазерной резки, показали, что структура режущего профиля состоит из трех слоев. Первый поверхностный слой - корка, образован в результате кристаллизации расплавленного металла, оплавленного в процессе лазерной резки. Микроструктура корки характерна для быстро затвердевшего металла. Можно наблюдать столбчатые кристаллы, ориентированные в направлении основного отвода тепла. Толщина корки не превышает 0,015 мм. Твердость корки составляет 1050 HV 100/10 (~70 HRC). Второй - слой закаленного металла, имеющего структуру мартенсита. Толщина закаленного слоя, измеренная от края кромки на разных участках образца, колеблется от 0,3 до 0,45 мм. Третий слой рабочей кромки зуба - слой исходного металла, имеющий перлитную структуру с твердостью - 25 HRC. Твердость металла изменяется, как показано на графике:

Использование лазерных технологий производства пильных дисков и рекомендованных материалов позволило существенно, в несколько раз повысить стойкость пил и исключить возникновение аварийных ситуаций с выбросом в окружающее пространство разрушенных зубьев.

Сравнительные испытания дисков, изготовленных из стали 51CrV4 методом механообработки на МОЗ ВНИИМЕТМАШ и методом лазерной резки в ЛАЗТЕХ, проведенные в 2008 году на ВМЗ «Красный Октябрь», показали, что стойкость дисков, изготовленных по новой технологии, по крайней мере, в два раза превышает ранее использовавшихся, а число допустимых переточек также увеличилось в 2-2,5 раза. Таким образом, можно отметить, что общий ресурс дисков увеличен примерно в 4-5 раз. Данные по стойкости дисков производства ЛАЗТЕХ в условиях промышленной эксплуатации при резке заготовок крупного сечения (диаметром 260-400 мм) на роторных пилах РР-2500 и РЗ-2500 (с диаметром режущего диска 2500) подтвердили факт повышения стойкости более, чем в 2,5 раза.

Ниже для иллюстрации приведена справка по данным эксплуатации режущих дисков роторных пил РР-2500 и РЗ-2500 на предприятиях ВМЗ «Красный Октябрь» и ВТЗ:

Параметры	Роторная пила РЗ-2500 Волжского Трубного завода г. Волжский Волгоградской обл.	Роторная пила РР-2500 ВМЗ «Красный Октябрь» г. Волгоград
Диаметр разрезаемой заготовки, мм	260 - 410 (сплошная)	140 - 360 (сплошная)
Температура разрезаемой заготовки, ºС	1100 - 1200	750 - 900
Марки сталей разрезаемой заготовки	Трубная заготовка 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 12Х18Н12Т, 10-45, 20Х, 10Х9МФБ-Ш, 30ХГСА, 12Х1МФ, 12Х18Н12Т, 7Mn5;19Mn5; 15Mo3; 13CrMo4 и др.	Сортовой прокат 55-60С2А , 50ХФА, 65С2ВА, 12Х18Н10Т, 65С2ВА, 10Х17Н13М2Т, 50-51ХФА-Ш, 9ХФ,11ХФ, 38Х2МЮА, 6ХВ2С, 38Х2МЮА, 38ХН3МФА –Ш, 4Х5МФС, ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, 45ХН2МФА и др.
Количество резов на одной заточке а) нормативное, б) возможное	а) 1500 б) 4500 и более в зависимости от состояния зуба и качества реза	а) 3000 б) 4500 и более в зависимости от состояния зуба и качества реза
Количество заточек и закалки, на которое рассчитан один диск а) нормативное, б) возможное	а) 4 - 5 б) до 18, определяется состоянием зуба и глубиной закаленной зоны	а) 4 - 5 б) допускается до 10, определяется состоянием зуба и глубиной закаленной зоны
Количество переточек диска на меньший диаметр с повторной нарезкой режущего профиля а) нормативное, б) возможное	Практически не производится из-за малых запасов по диаметру режущего диска при данном сортаменте	а) 3 - 5 б) определяется запасом по диаметру режущего диска при данном сортаменте
Общее количество резов в течение жизненного цикла пильного диска а) нормативное, б) возможное	а) 6000 б) 18000 и долее в зависимости от состояния зуба и качества реза	Списание дисков производится 1 шт. в месяц