Индустриални отрезни ленти

Инструменти, материалиВъв ФокусСп. Инженеринг ревю - брой 9/2020 • 06.01.2021

Лентоотрезната машина има обхватно приложение в металообработването. Поради своята гъвкавост, прецизност и достъпност отрезната лента е предпочитано средство за индустриално рязане. Степента, в която тя би била от полза на потребителя, обаче зависи от коректния избор на лента според конкретното приложение. Ако бъде избран неподходящ инструмент, зъбите могат да се притъпят преждевременно, да повредят обработвания материал или да се счупят.

Тъй като една лента не може да служи за универсално рязане на всеки вид материал, практиката в металообработващите цехове е да се поддържа наличност от няколко вида. Ефективността, устойчивостта и цената обаче също са важни фактори, които стесняват избора и карат производителите все пак да търсят решение с широк диапазон на приложение.

Оптималното решение за осигуряване на устойчива производителност и доходност на едно металообработващо предприятие се крие в постигането на най-нисък разход за отрез, като същевременно се поддържа изискваното ниво на качество в процеса. Включването на тези фактори в избора на отрезни ленти е важна стъпка в оптимизацията на едно производство.

 

Работно натоварване на лентата

В процеса на рязане на твърд материал с голяма непрекъсната площ напреженията върху зъбите след първоначалното ударно взаимодействие се запазват постоянни по отношение на интензитета и посоката. Зъбите преминават през целия разрез, като поддържат непрекъснат контакт с метала. Тъй като не възникват допълнителни ударни взаимодействия след първоначалния контакт, няма прекомерно напрежение върху зъбите при срязването през материала. Продължителността на експлоатация и непрекъснатата производителност на режещия инструмент при този тип приложение се определят от износоустойчивостта му, която до голяма степен зависи от твърдостта на материала и геометрията на зъбите или ъгъла на наклона на режещата повърхност.

При рязане на конструкционни стомани или снопове материал върху зъбите на лентата действат множество сили в различни посоки. Например когато се реже парче стоманена тръба, острието трябва да премине през две стени, като по този начин се прилага разрушаващо натоварване, при което зъбът се освобождава при движението напред както от скоростта на движение на лентата, така и от натиска надолу. Подобни ударни натоварвания се получават при рязане на L-образни и I-образни профили например.

В случаите когато се режат снопове или елементи с неправилни форми, броят на ударите при преминаването на лентата се увеличава значително. Тези повтарящи се удари и напреженията, генерирани от рязането на метал с висока твърдост, могат да доведат до напукване на зъбите. Най-честата причина, която налага подмяната на отрезна лента в цеховете, са именно повтарящите се ударни напрежения при преминаване на острието през стена, а не прекомерната употреба.

На практика е невъзможно да се създаде лента, която да служи за универсално рязане на всякакъв вид материал и форма. Необходимо е добре да се оцени какъв тип отрезна лента ще притежава необходимата издръжливост, за да се справи с рязането при наличието на описаните натоварвания, като същевременно осигури плавен разрез, без да са необходими вторични операции като пилене и шлайфане.

 

Причини за бързо износване на отрезни ленти

Неправилно е схващането, че времето за смяна и настройка на лентите трябва да се отчита като престой на машината. Експлоатационният живот на една лента трябва да се измерва в квадратната площ отрязан материал, преди да се наложи смяната й, а не в броя смени или дни, през които тя стои на машината. Постоянното използване на една и съща лента за рязане не според предназначението й бързо ще доведе до разреждане на зъбите й и неминуемо ще наложи преждевременната й подмяна.

Продължителността на експлоатация на една отрезна лента е пряко обвързана с редица условия, като някои от най-значимите са правилната манипулация от страна на оператора, правилният избор на материал на лентата, на геометрията и стъпката на зъбите, качеството на лентоотрезната машина и др. Някои от честите причини за износване, от своя страна, включват прегряване на горния ръб на отрезната лента, прекалено голям или прекалено малък размер на зъбите, износване на задните и странични водачи, напукване на лентата и други.

Когато една нова лента предстои да бъде пусната в експлоатация за пръв път, е необходимо стриктно да се спазват препоръките на експертите. Важно е да бъде избрана скорост на рязане, която е най-подходяща предвид обработвания материал. Скоростта на подаване трябва да бъде намалена с 50%. При така зададените настройки следва лентата да работи минимум 30 минути или да отреже площ от 300 см2. След три часа непрекъсната работа в този режим, лентата може да бъде натоварена на 100% от нейния капацитет.

 

Стомана за отрезни ленти

Трите основни типа стомана, които се използват за производството на металорежещи отрезни ленти са въглеродна стомана, биметална и карбидна сплав. Изборът на тип острие винаги трябва да се основава на вида и количеството материал, който се предвижда да се реже с него. Отрезните ленти от въглеродна стомана са подходящи за рязане на въглеродни стомани и алуминий. Те са много рентабилна първа стъпка в едно стартиращо производство с все още ниска натовареност. Този тип ленти могат да послужат за различни приложения.

Биметалните ленти са изработени със зъбна конструкция от бързорезна стомана, прикрепена към гъвкава основа от легирана стомана. Те са най-често срещаните режещи ленти, използвани в приложенията за рязане на метал, поради свойството им да режат различни материали.

Лентите с карбиден връх отскоро навлизат на пазара на режещи инструменти. Те имат стоманена основа и зъби, изработени от карбидни съединения. Използват се за рязане на много твърди материали. Лентите с карбиден връх стават все по-популярни за рязане на предварително закалени инструментални стомани и редки сплави.

Материали с високо съдържание на никел или кобалт генерират много топлина в процеса на рязане и по тази причина често за този процес се използват именно карбидни ленти.

Инструменталната стомана е въглеродна стомана, която се използва в производството на инструменти. Ключови качества на инструменталните стомани като висока твърдост, износоустойчивост и способност да запазят формата си при повишена температура ги правят подходящ материал за изработка на отрезни ленти.

Инструменталната стомана претърпява предварителна термообработка, което повишава твърдостта на метала, а към някои разновидности се добавят елементи като ванадий, които усилват устойчивостта на материала към ръжда. В някои видове стомана количеството магнезий се свежда до минимални стойности, което предотвратява риска от напукване при водна закалка. При избора на инструментална стомана за изработката на отрезни ленти и други режещи инструменти е важно да се съблюдават следните фактори: изискванията за острота на среза, необходима устойчивост при ударно натоварване, при абразивно износване, вид термична обработка.

Бързорезната стомана (от англ. High Speed Steel – HSS) е подгрупа на инструменталните стомани, която най-често се използва за производство на режещи работни инструменти, в това число и на отрезни ленти. Бързорезните стомани имат по-добри качества от високовъглеродните стомани, тъй като могат да бъдат подлагани на условия на високи температури без да загубят твърдостта си. Тази характеристика позволява на HSS стоманата да реже по-бързо от високовъглеродната стомана.

Стоманата с клас HSS обикновено притежава висока твърдост (над HRC60) и износоустойчивост, тъй като често в състава й се добавя волфрам и ванадий.
Не е необходимо отрезната лента да е изцяло изработена от бързорезна стомана. В промишленото рязане често се използват биметалните ленти. Те се състоят от режеща част от бързорезна стомана и носеща част, произведена от легирана подобрена (пружинна) стомана.

Пружинните стомани допускат промяна на формата на изделието при подлагане на натоварване и възвръщане на първоначалната форма след прекратяване на натоварването. Натоварването може да е под формата на сила на натиск, издърпване или усукване. Като легиращи елементи в производството на пружинна стомана се използват силиций (Si), хром (Cr), манган (Mn) и ванадий (V).

При титаниевите ленти върховете на зъбите са от твърда сплав. Предназначени са за рязане на инструментални стомани, високоякостни стомани, алуминий, материали, които са трудни за рязане, силикатни материали, пенобетон, чугун, закалени сплави и стомани до 62 HRC.

От разгледаните най-често използваните ленти са биметалните. Те демонстрират добра издръжливост при рязане на профили и снопове, но притежават и висока твърдост при продължителна употреба върху твърди и дебелостенни тръби както и при рязане на високолегирани стомани. Зъбите на биметалните ленти, изработени от бързорезна стомана, могат да бъдат закрепени по различни методи към високоякостната основа от въглеродна стомана. Комбинацията от бърза скорост на рязане и издръжливост на натоварване превъзхожда характеристиките на небиметалните ленти при определени приложения.

Последните технологии за производство на биметални ленти прилагат дифузен процес на свързване на двата метала, който измества традиционното електронно-лъчево заваряване. Зъбите на лентите, които се произвеждат чрез тази технология, са по-устойчиви на счупване и също така могат да издържат на работни температури до 593°С. Такива биметални ленти могат да режат материали с твърдост 40/45 HRC.

Някои биметални ленти имат покрития от титанов нитрид, често използван върху компонентите за подобряване на повърхностните свойства, което ги прави по-подходящи за приложения, с които нито конвенционалните биметални, нито карбидните ленти могат да се справят добре. За осигуряване на правилната комбинация от твърдост и здравина биметалните компоненти се подлагат и на термично закаляване.

За рязане на големи обеми стомана с високо съдържание на никел трябва да се използва лента с карбиден връх или волфрамов карбид с твърдост 78 – 80 HRC.

Обработката на толкова твърди материали изисква по-голяма сила на срязване, като в процеса се генерира значително количество топлина по страната на зъба. За бързорезна стомана се препоръчват карбидни зъби, тъй като това ще придаде по-голяма устойчивост на нагряване, а и зъбите с карбидни върхове проявяват изключителна издръжливост при рязане на много твърди материали.

 

Характеристики на лентите

Характеристиките на лентата също трябва да са съобразени с типа рязане и материала, подлежащ на обработка. Широчината на лентата е важен фактор. Тя се измерва от върховете на зъбите до долния ръб на основата на лентата. Препоръките на специалистите са да се използва възможно най-широкият размер лента, която пасва на лентоотрезната машина, освен при контурно рязане.

Предният ъгъл на зъба, т.е. този, който се сключва между плоската страна на зъба и перпендикуляра към основата на лентата, трябва също да бъде избран въз основа на материала и профилите, които се предвижда да се режат. Положителният ъгъл увеличава наклона на зъба. Такъв ъгъл е подходящ за рязане на дебели компоненти с голяма твърдост и дебелостенни тръби. Правите (0°) или по-малки положителни ъгли на зъбите са препоръчителни при рязане на снопове например.

Един от най-често срещаните проблеми при лентоотрезните машини е отчупването на зъбите от лентата. Обикновено това се дължи на въздействието на прекомерно големи сили, натоварващи острието, причинени от многократни удари с материала, особено при рязане на структурни профили и снопове. Коректното определяне на скоростта на рязане, с която ще работи лентата, е от голямо значение както за качествените резултати от рязането на материала, така и за експлоатационния й живот.

Определянето на необходимата скорост на рязане става в зависимост от обработвания материал. Освен това профилът на зъбите, типът стомана, от която е изработена лентата, и концентрацията на охлаждащата течност също имат отношение към скоростта на рязане.

 

Стъпка на зъбите

Стъпката на зъбите на лентите за рязане на метал се изразява в броя на зъбите в 1 инч (ZpZ). На пазара се предлагат ленти с два вида стъпки: постоянни (стандартно назъбване) (2; 3; 4 и т.н. в 1 инч) и променливи (комбинирано назъбване) (2-3; 3-4; 4-6; 5-8;8-12 и т.н. зъби в 1 инч). Комбинираното назъбване се характеризира с различното разстояние между върховете на зъбите в отделни групи. Този профил позволява рязането на по-големи сечения. При стандартното назъбване разстоянието между отделните зъби е едно и също. Използва се главно за рязане на материали с ниско съдържание на примеси и имащи малки и средни сечения, както и тънкостенни тръби и профили. Основното предимство на променливите стъпки спрямо постоянните стъпки е, че лентите с тези стъпки работят при много по-ниски нива на вибрации, имат по-голяма износоустойчивост и по-дълъг живот.

За правилния избор на стъпката на зъбите влияние оказват видът на обработваемия материал и неговият размер. Например за рязане на плътен стоманен профил с размер 15 – 30 mm отрезната лента ще има постоянна стъпка на зъбите 10 зъба на 1 инч, докато за същия материал с размер под 30 mm променливата стъпка ще бъде 10/14 зъба на 1 инч. За рязане на тръби и кухи профили се взема предвид външният диаметър и дебелината на стената.

 

Геометрия на зъба

Формата (геометрията) на зъба зависи от вида и размера на обработвания материал. Основно това има влияние върху избора на предния ъгъл на зъбите. Също така профилът на зъбите има голямо значение и за скоростта на рязане.

Стандартен зъб – предният ъгъл на зъба е 0° за рязане на образуващи къса стружка материали, стомани с високо въглеродно съдържание, инструментална стомана и чугунени отливки, по-малки напречни сечения, тънкостенни профили и тръби. Този вид зъби са пригодени главно за рязане на материали с ниско съдържание на примеси.

Зъб тип кука – тази геометрия на зъба се характеризира с положителен преден ъгъл (10°) за рязане на образуващи дълга стружка материали, цветни метали и стомани с въглеродно съдържание <0,8%, подобрени, неръждаеми и киселиноустойчиви стомани, големи напречни сечения. Използват се най-често за материали от желязо и стомана с ниско съдържание на въглерод, Cr-Ni сплави.

Специално назъбване – този вид зъби се характеризират с ъгъл от 16°, което придава агресивност на режещата лента. Използват се за рязане на неръждаема и киселиноустойчива стомана. 16 градусовият наклон на зъбите създава по-чиста и гладка повърхност на среза.

 

Подредба на зъбите

За да се получи качествен срeз и да се удължи животът на лентата, зъбите на острието се закривяват встрани чрез т.нар. чапразене. То осигурява свободното движение на острието в процеса на рязане и представлява придаване на наклон на отделните зъби вляво или вдясно от равнината на лентата. При рязане благодарение на това отклонение се образува канал, който е по-широк от дебелината на режещата лента, като така лентата се предпазва от засядане в материала.

Съвременните специализирани машини за чапраз са изцяло автоматизирани, притежават висока производителност и напълно елиминират риска от грешка, тъй като разполагат с модул за оптично следене и контрол на геометрията на зъба и отклонението в чапраза, работещ с точност 0,02 mm.

При стандартен профил на назъбване обикновено се използва стандартна подредба на зъбите спрямо равнината на лентата без отклонение встрани. Чапразът с наклон вляво и вдясно е ефективен при рязане на материали, които се режат лесно, като например пластмаса и цветни метали. При вълнообразна подредба на чапраза отклонението на зъбите оформя вълна. Също така моделът на чапразене може да е с подредба в групи от зъби. При тази подредба два последователни зъба са наклонени надясно, следвани от два зъба, наклонени наляво, следвани от един зъб без наклон. Този вид чапраз се използва при рязане без вибрации на материали с тънко сечение, като тръби и профили.

За определени нужди може да се приложи комбинирана подредба. При този модел на подредба зъбите са наклонени вляво и вдясно, а само няколко зъба остават без наклон (например всеки 5-ти, 7-ми или 9-ти зъб). Така се образуват повече режещи ръбове и по-малко зъби, отстраняващи стружките от материала. Комбинираната подредба намалява вибрациите, които се появяват при рязане с неизменяща се подредба на чапраза.

 

Top