RU2112053C1 - Method of heat treatment of blades of saws for hot cutting of rolled products - Google Patents

Abstract

FIELD: treatment of metals with concentrated energy sources. SUBSTANCE: trajectory of movement of laser spot in saw hollow is taken perpendicular to cutting edge of saw tooth and in direction of from rear edge of tooth to cutting one. EFFECT: higher stability of blades of hot saws for cutting rolled products.

Description

Изобретение относится к области обработки металлов концентрированными источниками энергии и может быть использовано для повышения износостойкости дисков пил. The invention relates to the field of metal processing by concentrated energy sources and can be used to increase the wear resistance of saw blades.

Известен способ термической обработки дисков круглых пил [1], включающий закалку, отпуск и создание напряженного состояния с различной степенью отпуска периферийной и центральной зон путем совмещения операций отпуска и создания напряженного состояния, при этом нагрев и выдержку закаленного диска при отпуске выполняют в осесимметричном неравномерном по радиусу температурном поле, периферийная зона которого шириной 0,01 - 0,2 радиуса диска имеет температуру на 10 - 100^oC выше температуры центральной зоны.A known method of heat treatment of circular saw blades [1], including hardening, tempering and creating a stress state with varying degrees of tempering of the peripheral and central zones by combining tempering operations and creating a stress state, while heating and holding the hardened disc during tempering is performed in an axisymmetric uneven radius of the temperature field, the peripheral zone of which a width of 0.01 - 0.2 of the radius of the disk has a temperature of 10 - 100 ^o C above the temperature of the Central zone.

Недостатком такого способа является то, что он не обеспечивает высокой износостойкости дисков пил поскольку используемое температурное поле является осесимметричным и не обеспечивает достаточного градиента температуры для выделенной закалки режущих кромок зубьев пилы. The disadvantage of this method is that it does not provide high wear resistance of the saw blades since the temperature field used is axisymmetric and does not provide a sufficient temperature gradient for the selected hardening of the cutting edges of the saw teeth.

Наиболее близким является способ упрочнения пилообразного режущего инструмента [2], включающий нагрев поверхности зуба пилы под закалку плазменной струей, причем плазменную струю направляют со стороны вершины зуба в направлении, составляющем с передней кромкой зуба угол 25 - 40^oC.The closest is a method of hardening a sawtooth cutting tool [2], including heating the surface of the tooth of the saw for hardening by a plasma jet, and the plasma jet is directed from the top of the tooth in a direction that makes an angle of 25-40 ^° C. with the front edge of the tooth.

Недостаток данного способа заключается в том, что он также не обеспечивает высокой стойкости дисков пил. Это объясняется тем, что в данном способе не обеспечивается высокая глубина закаленного износостойкого слоя, особенно в областях зуба пилы, особенно подверженных граничному трению. The disadvantage of this method is that it also does not provide high durability saw blades. This is due to the fact that this method does not provide a high depth of the hardened wear-resistant layer, especially in the areas of the saw tooth, especially prone to boundary friction.

Задачей настоящего изобретения является повышение стойкости дисков пил горячей резки проката. The objective of the present invention is to increase the durability of the blade saw hot cutting.

Поставленная задача достигается тем, что в способе термической обработки дисков пил горячей резки проката, включающем нагрев поверхности зуба пилы под закалку, согласно изобретению, нагрев осуществляют лучом лазера, при этом луч лазера направляют перпендикулярно режущей кромке зуба и перемещают в направлении от задней кромки зуба к режущей. The problem is achieved in that in the method of heat treatment of saw blades for hot cutting, including heating the surface of the tooth of a saw for hardening, according to the invention, the heating is carried out by a laser beam, while the laser beam is directed perpendicular to the cutting edge of the tooth and is moved in the direction from the rear edge of the tooth to cutting.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что нагрев под закалку осуществляют лучом лазера, при этом луч лазера направляют перпендикулярно режущей кромке зуба и перемещают в направлении от задней кромки зуба к режущей. A comparative analysis of the proposed solutions with the prototype shows that the claimed method differs from the known one in that the hardening is carried out by a laser beam, while the laser beam is directed perpendicular to the cutting edge of the tooth and is moved in the direction from the trailing edge of the tooth to the cutting.

Заявляемое техническое решение на настоящее время не известно в Российской Федерации и за рубежом и отвечает требованиям критерия "Новизна". The claimed technical solution is currently not known in the Russian Federation and abroad and meets the requirements of the criterion of "Novelty."

При анализе на критерий "Изобретательский уровень" не обнаружено источников информации, указывающих на известность решения, использованного по функциональному назначению и поставленной задаче изобретения. When analyzing the criterion of "Inventive step", no sources of information were found indicating the popularity of the solution used for its intended purpose and the task of the invention.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа. The drawing shows a diagram of the implementation of the proposed method.

Предлагаемый способ термической обработки дисков пил 3 горячей резки проката включает нагрев поверхности зуба пилы 1 под закалку движущимся в плоскости пилы относительно зуба лучом 2 технологического лазера. При этом траекторию движения лазерного пятна выбирают перпендикулярно режущей кромке зуба и в направлении от задней кромки к режущей. The proposed method of heat treatment of saw blades 3 for hot cutting of rolled products includes heating the surface of the tooth of the saw 1 for quenching by a laser beam 2 moving in the plane of the saw relative to the tooth. In this case, the trajectory of the laser spot is chosen perpendicular to the cutting edge of the tooth and in the direction from the trailing edge to the cutting.

Предлагаемый способ термической обработки дисков пил горячей резки проката основан на том, что при движении лазерного пятна от одной кромки пилы к противоположной участок локального лазерного нагрева движется с запаздыванием как по времени, так и по положению относительно контура пятна лазерной засветки. В начальный момент цикла обработки зуба участок локального разогрева образуется на кромке зуба, которой коснулось лазерное пятно, при этом положение этого участка совпадает с положением пятна лазера. При движении пятна, по мере удаления его от кромки зуба, участок локального нагрева начинает отставать от контура пятна лазерной засветки, что обусловлено конечной теплопроводностью материала диска пилы. Движение лазерного пятна в области зуба, удаленной от его кромок, сопровождается образованием термических зон глубиной сходной по величине для процесса продвижения лазерного пятна по плоскости полубесконечного тела. По достижении лазерного пятна второй кромки зуба (кромки в направлении которой пятно движется) происходит дополнительный разогрев участков вблизи кромки за счет краевого эффекта. Также из-за наличия края общий эффект отвода тепла от участка нагрева падает и в области зуба, непосредственно примыкающей к его второй кромке, происходит как увеличение степени термического воздействия, так и увеличение его глубины. Увеличение глубины термического воздействия приводит к смещению вглубь области аустенизации стали при нагреве ее под закалку и, следовательно к увеличению толщины закаленного слоя. The proposed method of heat treatment of saw blades for hot cutting rolling is based on the fact that when the laser spot moves from one edge of the saw to the opposite, the local laser heating section moves with delay both in time and position relative to the contour of the laser spot. At the initial moment of the tooth processing cycle, a local heating section is formed on the edge of the tooth touched by the laser spot, while the position of this section coincides with the position of the laser spot. When the spot moves, as it moves away from the tooth edge, the local heating section begins to lag behind the contour of the laser spot, due to the final thermal conductivity of the saw blade material. The motion of the laser spot in the tooth region remote from its edges is accompanied by the formation of thermal zones with a depth similar in magnitude to the process of moving the laser spot along the plane of a semi-infinite body. Upon reaching the laser spot of the second tooth edge (the edge in the direction of which the spot moves), additional heating of the areas near the edge occurs due to the edge effect. Also, due to the presence of an edge, the general effect of heat removal from the heating area decreases and in the area of the tooth immediately adjacent to its second edge, both an increase in the degree of thermal effect and an increase in its depth occur. An increase in the depth of the thermal effect leads to a deeper displacement of the austenitic region of the steel when it is heated under quenching and, consequently, to an increase in the thickness of the hardened layer.

В новом техническом решении движение лазерного пятна выбирают по направлению к режущей кромке зуба, поэтому в области вблизи этой кромки обеспечивается повышенная глубина закаленного слоя. Учитывая, что передняя кромка зуба пилы в большей степени подвергается трению износа, закалка ее на повышенную глубину, в результате предлагаемого способа, приводит к общему повышению износостойкости пил горячей резки проката. In the new technical solution, the movement of the laser spot is selected in the direction of the cutting edge of the tooth, therefore, in the area near this edge an increased depth of the hardened layer is provided. Given that the leading edge of the tooth of the saw is more susceptible to wear friction, quenching it to an increased depth, as a result of the proposed method, leads to a general increase in the wear resistance of hot-rolled saws.

Проведенное на ЭВМ моделирование процессов распространения тепла при движении пятна лазерной засветки по поверхности зуба пилы показало, что глубина проникновения изотермы аустенизации стали на кромке зуба, в направлении к которой движется пятно, в 1,5 - 1,7 раза больше, чем глубина проникновения изотермы аустенизации в области противоположной кромки, и в 1,2... 1,5 раза больше, чем в области между кромками, при типовых, для лазерной закалки, значениях мощности лазерного излучения, размерах лазерного пятна и скорости его движения. Computer simulation of the processes of heat propagation during the motion of a laser spot on the surface of a tooth tooth showed that the penetration depth of the austenitization isotherm of steel at the tooth edge toward which the spot moves is 1.5 - 1.7 times greater than the penetration depth of the isotherm austenization in the region of the opposite edge, and 1.2 ... 1.5 times more than in the region between the edges, with typical, for laser hardening, laser radiation power, laser spot size and speed of its movement.

Указанное распределение глубины закаленного слоя зуба пилы может быть создано следующим образом. На поверхности зуба формируется, движущееся со скоростью 20 мм/с, пятно лазерной засветки диаметром 4 мм от технологического CO₂-лазера мощностью излучения 1 кВт. При обработке пилы направление движения пятна лазерной засветки выбирают таким образом, чтобы после прохождения зазора между зубьями пятно касалось зуба со стороны задней, нерабочей кромки и покидало зуб со стороны передней, режущей кромки.The specified depth distribution of the hardened layer of the tooth of the saw can be created as follows. A laser spot with a diameter of 4 mm from a technological CO ₂ laser with a radiation power of 1 kW is formed on the tooth surface, moving at a speed of 20 mm / s. When processing a saw, the direction of movement of the laser spot is selected so that after passing the gap between the teeth, the spot touches the tooth from the back, non-working edge and leaves the tooth from the front, cutting edge.

Использование предлагаемого способа термической обработки позволяет повысить стойкость дисков пил горячей резки проката, так как повышенная глубина закаленного слоя непосредственно в области режущей кромки зуба пилы увеличивает продолжительность работы ее в условиях трения износа. Using the proposed method of heat treatment can increase the resistance of the saw blades for hot cutting, as the increased depth of the hardened layer directly in the region of the cutting edge of the tooth of the saw increases its duration under friction.

Дополнительным достоинством заявляемого способа термоупрочнения дисков пил является его высокая технологичность и несложность, поскольку для достижения положительного эффекта используется только один технологический параметр - направление движения пятна лазерной засветки. An additional advantage of the proposed method of thermal hardening of saw blades is its high manufacturability and simplicity, since only one technological parameter is used to achieve a positive effect - the direction of movement of the laser spot.

Таким образом, заявляемое техническое решение полностью выполняет поставленную задачу. Thus, the claimed technical solution fully fulfills the task.

Техническое решение может быть реализовано промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических средств, технологий и материалов и отвечает требованиям критерия "Промышленная применимость". The technical solution can be implemented industrially in mass production using well-known technical means, technologies and materials and meets the requirements of the criterion of "Industrial applicability".

Claims (1)

Способ термической обработки дисков пил горячей резки проката, включающий нагрев поверхности зуба пилы под закалку, отличающийся тем, что нагрев осуществляют лучом лазера, при этом луч лазера направляют перпендикулярно режущей кромке зуба и перемешивают в направлении от задней кромки зуба к режущей. A method of heat treatment of saw blades for hot cutting rolled, including heating the surface of the tooth of a saw for hardening, characterized in that the heating is carried out by a laser beam, while the laser beam is directed perpendicular to the cutting edge of the tooth and is mixed in the direction from the trailing edge of the tooth to the cutting.