Разрезание прутков проката дисковыми пилами

Одной из первых операций, использующихся при изготовлении заготовок, является разделение прутка (штанги) круглого (или иного) проката на отдельные заготовки. Для этого могут быть использованы различные технологии: рубка заготовок на пресс-ножницах или хладноломах, разрезание фрикционными дисками, пилами, абразивными кругами и др. В качестве примера рассмотрим два варианта разрезания проката на заготовки дисковыми пилами, изготовленными из различных инструментальных материалов, поскольку этот способ относится к обработке резанием.

По первому варианту дисковая пила диаметром 600 мм с числом зубьев Z=64 изготовлена из быстрорежущей стали Р6М5, по второму варианту зубья дисковой пилы изготовлены из твердого сплава Т5К10 (Р30).

При разрезании заготовки зуб дисковой пилы одновременно участвует в двух движениях: во вращательном движении резания со скоростью V и в движении подачи со скоростью S_м .

Минутная подача S_м выбирается по рациональной толщине срезаемого слоя а.

При резании кромкой с двумя вершинами образуется стружка неблагоприятной (коробчатой) формы, что снижает износостойкость пилы и препятствует увеличению толщины срезаемого слоя. Более благоприятной является схема резания, при которой у каждого зуба в работе участвует только одна вершина. Для этого делают «развод» зубьев, наклоняя их под углами в плане и наклона режущей кромки, рис. 2.55. Кроме того, часть кромки вблизи неработающей вершины срезают. Для повышения стойкости вблизи работающей вершины зуба целесообразно делать скругление при вершине радиусом r=0,5–1,0 мм или затачивать переходную кромку под углом » 5°.

а)

б)

Рис. 2.53. Схема разрезания проката дисковой пилой

Рис. 2.54. Кинематика резания дисковой пилой

Рис. 2.55. Геометрические параметры зубьев дисковой пилы

Максимальную допускаемую толщину среза выбирают, руководствуясь допускаемой нагрузкой на зуб. Пусть в нашем случае a^*=0,1 мм.

Поскольку деталь неподвижна, а подача осуществляется в направлении толщины срезаемого слоя, то подача на зуб равна толщине среза

. (2.141)

Число зубьев, одновременно участвующих в работе, зависит от угла контакта пилы с заготовкой и от угла между зубьями. Угол контакта пилы с заготовкой зависит от соотношения диаметров пилы и заготовки (рис. 2.56)

. (2.142)

Рис. 2.56. Схема к определению угла контакта пилы с заготовкой

Глубина резания определяется углом в плане и длиной режущей кромки, участвующей в резании. Для создания небольших положительных вспомогательных углов в плане путем поворота режущей пластины главный угол в плане может быть назначен чуть меньше 90° (например, 85…87°). Во избежание трехстороннего резания, при котором образуется жесткая стружка коробчатой формы, делается развод зубьев, или несколько уменьшается ширина зуба с тем, чтобы исключить из процесса резания одну из вершин (левую или правую – попеременно для каждого следующего зуба). Таким образом, на каждом зубе глубина резания и ширина стружки несколько меньше ширины дисковой пилы (фрезы). Пусть в рассматриваемом примере t=7 мм.

Число зубьев дисковой пилы назначается из конструктивных соображений, но с учетом возникающих сил резания. При большом числе одновременно работающих зубьев возрастают силы резания и крутящий момент и мощность резания, особенно по мере износа зубьев. Поскольку диаметр фрезы значительно превышает ее ширину, увеличение сил и крутящего момента нежелательно. Однако чрезмерное уменьшение числа зубьев также нежелательно, поскольку это может привести к снижению производительности обработки и к увеличению неравномерности процесса резания (фрезерования). Таким образом, при назначении числа зубьев дисковой пилы необходимо учитывать число зубьев, одновременно участвующих в работе и возникающие при этом силы, отталкивающие дисковую пилу от детали. В частности, в рассматриваемом примере примем Z=32.

Подача на оборот фрезы (пилы), имеющей 32 зуба, равна:

(2.143)

В некоторых более совершенных конструкциях отрезных станков минутная подача регулируется непосредственно с помощью механизма подачи. В более простых станках подача и рациональная толщина среза на зуб обеспечивается регулированием вертикальной силы P_v, уровень которой обеспечивается гидросистемой станка. Фактическое усилие, необходимое для обеспечения требуемой толщины срезаемого слоя, меняется в зависимости от ширины фаски износа зубьев и от числа зубьев, фактически одновременно находящихся в контакте с разрезаемым прутком (рис. 2.57).

Рис. 2.57. Зависимость силы подачи P_v от числа зубьев, одновременно находящихся в контакте с разрезаемой заготовкой при острой (h=0,1мм) и затупившейся (h=1мм) дисковой пиле

Таким образом, по мере приближения пилы к середине заготовки, а также по мере износа пилы рабочий должен увеличивать давление в гидросистеме, увеличивая тем самым силу подачи и обеспечивая примерно постоянную оптимальную толщину срезаемого слоя.

Допускаемую скорость резания выберем по наибольшей температуре задней поверхности на изношенном зубе (h_з=1 мм) (рис. 2.58).

Рис. 2.58. Влияние скорости резания на максимальную

температуру задней поверхности режущего лезвия дисковой фрезы диаметром 600 мм, числом зубьев z=32 мм при разрезании прутка стали 45, круг d=250 мм

В первом случае для быстрорежущей пилы q_з =500 °С, во втором – для твердосплавных зубьев q_з =700 °С. Уменьшение температуры резания благоприятно сказывается не только на повышении стойкости, но и на возникающих при резании силах. При температуре 400 °С на передней поверхности зуба имеет место устойчивый нарост, что облегчает процесс резания, снижает уровень вибраций. В этом смысле применение быстрорежущей пилы для разрезания прутка предпочтительнее, чем применение пилы с твердосплавными напаянными режущими пластинами, при резании которыми с более высокими температурами нарост практически отсутствует. Целесообразность применения твердосплавной пилы возникает, если требуется существенное повышение производительности разрезания прутков на заготовки. Зависимость температуры от скорости резания рассчитывается с помощью программы.

В частности, расчеты показали, что при резании стали 45 скорости резания равны 25 и 65 м/мин, а числа оборотов дисковой пилы, соответственно, 11 и 40 об/мин. Минутная подача S_м=S₀n.

Машинное время в первом варианте равно 7,2 мин, во втором – 2 мин.

Таблица 2.11

Технологические параметры разрезания прутка дисковой пилой

Обозначение перехода	Режим резания
t мм	Ө о	а* мм	Sz мм/зуб	z	So мм/об	Ө оС	v м/мин	n об/мин	Sм мм/мин	Тм мин
Оп. 10		49,2	0,05	0,05		1,6				20,8	12,1
	49,2	0,05	0,05		1,6					3,9

Таблица 2.12

Геометрические параметры дисковой пилы

Обозначение перехода	Параметры дисковой пилы
D мм	z	Мате- риал	φ о	φn o	γ o	α о	λ о	hз* мм	b мм
Оп. 10			Р6М5
		Т5К10

Кроме скоростей вращения пилы, усилий подачи, времени разрезания необходимо также знать требуемые мощности электропривода. Расчеты по программе дают для условий отрезания средней части прутка диаметром 250 мм изношенной пилой ( h=1 мм) сумму сил P_zi для Z=418 кН. При этом для скоростей 20 и 80 м/мин мощности разрезания будут около 6 кВт (для быстрорежущей пилы) и около 16 кВт (для твердосплавной пилы), соответственно (рис. 2.59).

Рис. 2.59. Сопоставление мощностей разрезания

для быстрорежущей дисковой пилы D=600мм, Z=32, b=7мм

и для такой же фрезы с твердосплавными зубьями