邵鴻麗,孟凡偉,郭繼富
(唐山冶金鋸片有限公司,河北唐山063020)
隨著科技的進(jìn)步,對(duì)各類工程材料的要求越來越高,其中管坯、鋼管、鋼軌等產(chǎn)品中不銹鋼、高壓鍋爐管、油井管、高溫合金、鈦合金等難加工材質(zhì)的應(yīng)用越來越廣泛,也為石油鉆探、能源發(fā)電、航空航天等領(lǐng)域的發(fā)展提供了基礎(chǔ)支撐。在無縫鋼管行業(yè),一般使用硬質(zhì)合金齒圓鋸片對(duì)軋制后的鋼管進(jìn)行切頭、切尾及定尺鋸切,該類鋸片的生產(chǎn)及應(yīng)用已日趨成熟。難加工金屬材料的共同特性有高硬度、高強(qiáng)度、高塑韌性、低導(dǎo)熱性等,鋸切時(shí)阻力大,產(chǎn)生的鋸切熱量多,硬質(zhì)合金鋸齒常發(fā)生快速磨損和破損,鋸片容易因受熱失去剛性,鋸切難度很大。另外,國內(nèi)鋼管生產(chǎn)企業(yè)大多生產(chǎn)節(jié)奏快,冷床面積有限,高溫軋制的鋼管得不到有效冷卻就進(jìn)行鋸切,同時(shí)鋸片的冷卻措施不到位,給鋸切帶來很大的困難[1]。
唐山冶金鋸片有限公司作為鋸片生產(chǎn)行業(yè)的龍頭企業(yè),已有六十年的制鋸歷史,現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)豐富,具備足夠的人力和物力來開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究,解決客戶的鋸切難題,給客戶降低成本。
硬質(zhì)合金齒圓鋸片在使用時(shí),常見的失效形式有鋸齒磨損(圖1)、鋸齒破損(圖2)、片體瓢曲變形(圖3,示意圖)、片體裂紋(圖4)等,而瓢曲變形是片體受熱失效的最直接表現(xiàn),同時(shí)受熱也會(huì)間接導(dǎo)致片體裂紋、鋸齒破損的情況發(fā)生[2]。
在普通材質(zhì)的鋸切過程中,切削阻力小,合理的齒形設(shè)計(jì)保證切削熱量大部分被切屑帶走。難加工材料的鋸切,由于其切削阻力大,鋸齒和鋼管之間摩擦嚴(yán)重,切削熱量快速生成,而難加工材料本身導(dǎo)熱系數(shù)小,熱量不能得到快速疏散,大部分通過鋸齒向片體傳輸。隨著片體溫度的不斷升高,預(yù)加應(yīng)力難以保證片體具備足夠的剛性,片體開始擺動(dòng),參與切削的鋸齒左右“跳動(dòng)”,鋸齒磨損加劇甚至出現(xiàn)破損,鋸切到最后片體失去剛性“變軟”,出現(xiàn)瓢曲,嚴(yán)重時(shí)可出現(xiàn)裂紋[2]。
由以上來看,熱量是影響鋸切質(zhì)量的關(guān)鍵因素,而溫度是熱量的量化體現(xiàn),想要改善鋸切質(zhì)量,就需要了解片體溫度與應(yīng)力和剛性的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
圖1 鋸齒磨損
圖2 鋸齒破損
圖3 片體瓢曲變形示意
圖4 片體裂紋
鋸片規(guī)格:外徑Ф1760 mm、厚度9 mm、齒數(shù)216;使用數(shù)量,3片;片體材質(zhì),8CrV,其化學(xué)成分及硬度見表1。
表1 實(shí)驗(yàn)鋸片化學(xué)成分及硬度
選用公司自制的端跳應(yīng)力檢測(cè)機(jī)(圖5),鋸片法蘭盤Ф500 mm,檢測(cè)應(yīng)力時(shí)加載位移3 mm。鋸片片體使用兩把手持火焰切割槍加熱(圖6),一把紅外測(cè)溫槍測(cè)量溫度(圖7)。
圖5 自制端跳應(yīng)力機(jī)
圖6 手持火焰切割槍
圖7 紅外測(cè)溫槍
三張鋸片原始預(yù)加應(yīng)力設(shè)置為低、中、高三檔,加載應(yīng)力大小用加載位移來表示。兩把火焰切割槍的片體兩側(cè)同時(shí)加熱,加熱位置為齒尖以內(nèi)400 mm寬的環(huán)帶,該環(huán)帶為鋸切時(shí)片體與鋼管的摩擦區(qū)域,屬升溫帶,且溫度從齒尖向內(nèi)逐漸變低。在片體徑向方向設(shè)置四點(diǎn)測(cè)溫點(diǎn)(圖8),位置1距齒根約100 mm,位置2距齒根約250 mm,位置3距齒根約400 mm,位置4為法蘭盤邊緣。
片體升溫前,先檢測(cè)初始狀態(tài)應(yīng)力情況,隨著片體的升溫,每間隔10℃左右檢測(cè)一次片體的應(yīng)力值并觀察片體剛性變化情況。
圖8 測(cè)溫點(diǎn)位置
高檔原始預(yù)加應(yīng)力的鋸片,初始應(yīng)力范圍+0.60~+0.80 mm,片體溫度20℃,升溫過程檢測(cè)記錄見表2。
表2 高檔應(yīng)力值鋸片升溫過程檢測(cè)記錄
表3 中檔應(yīng)力值鋸片升溫過程檢測(cè)記錄
表4 低檔應(yīng)力值鋸片升溫過程檢測(cè)記錄
中檔原始預(yù)加應(yīng)力的鋸片,初始應(yīng)力范圍+0.30~+0.50 mm,片體溫度20℃,升溫過程檢測(cè)記錄見表3。
低檔原始預(yù)加應(yīng)力的鋸片,初始應(yīng)力范圍+0.10~+0.25 mm,片體溫度20℃,升溫過程檢測(cè)記錄見表4。
(1)在片體厚度、外徑等參數(shù)相同的情況下,初始應(yīng)力越大,片體升溫越慢,抵抗變形的時(shí)間越長,對(duì)鋸切是有利的。
(2)初始應(yīng)力不同,片體出現(xiàn)變形的溫度不同,即初始應(yīng)力范圍為+0.10~+0.25 mm時(shí),當(dāng)片體溫度達(dá)到45℃后就開始變軟瓢曲,而初始應(yīng)力范圍為+0.60~+0.80 mm時(shí),當(dāng)片體溫度達(dá)到60℃后才開始變軟瓢曲。
(3)對(duì)鋸切壽命來說,大的初始應(yīng)力是有利的,但考慮到鋸片加工過程中的難度,不能單單依靠增大應(yīng)力來延長鋸切壽命,還應(yīng)從片體厚度、片體材質(zhì)、齒形、冷卻條件等方面考慮解決難加工材料或高溫工件的鋸切難題。
[1]韓會(huì)杰,郭繼富,張艷龍,郭穎.金屬熱切圓鋸片裂紋產(chǎn)生原因分析及預(yù)防[J].機(jī)電設(shè)備,2008(1):35-36
[2]李黎,習(xí)寶田,楊永福.圓鋸片橫向變形與加工表面鋸痕高度[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007(1):141-145