Агрегаты резки заготовок в металлургическом производстве

 
ȅǸDZȕȓȏȘȘȇȗȞȚȑ,
доктор технических наук 
 
 
 
 
 
 
 
 
ǧǪǷǬǪǧǹȂǷǬǮDZǯǮǧǪǵǹǵǩǵDZ
ǩdzǬǹǧDzDzǺǷǪǯǾǬǸDZǵdzǶǷǵǯǮǩǵǫǸǹǩǬ
 
 
 
ǺȞȌȈȔȕȌȖȕȘȕȈȏȌ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
dzȕȘȑȉȇǩȕȒȕȊȋȇ 
ªǯȔțȗȇ-ǯȔȍȌȔȌȗȏȦ« 
2024 
 

УДК 621.746 
ББК 34.3 
 
К63 
 
 
 
 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы : 
первый заместитель генерального директора АХК ВНИИМЕТМАШ по науке,  
профессор кафедры оборудования и технологии прокатки МГТУ имени Н. Э. Баумана,  
профессор Б. А. Сивак; 
заместитель генерального директора АО «НПО АХТУБА», 
доктор технических наук А. П. Лях 
 
 
 
 
 
 
 
Комиссарчук, Ю. С. 
К63  
Агрегаты резки заготовок в металлургическом производстве : учебное пособие / 
Ю. С. Комиссарчук. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 184 с. : ил., табл. 
 
 
ISBN 978-5-9729-1980-2 
 
Систематизированы разные виды режущих машин на базе опыта проектирования, 
исследований и эксплуатации их в России и за рубежом. Основное внимание в работе 
уделено машинам, использующим механические способы резания, – ножницам и пилам. 
Для бакалавров и магистров технических вузов по дисциплинам 15.03.02 «Металлургия», 15.04.02 «Технологические машины и оборудование», 15.06.01 «Машиностроение», 22.06.01 «Технология материалов». 
 
УДК 621.746 
ББК 34.3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1980-2 
‹ Комиссарчук Ю. С., 2024 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
‹ Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 

 
 
 
ǵǪDzǧǩDzǬǴǯǬ
 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
...................................................................................................... 5 
 
ВВЕДЕНИЕ 
.............................................................................................................. 6 
 
1. НОЖНИЦЫ 
.......................................................................................................... 8 
1.1. Конструктивные схемы ножниц ..................................................................... 8 
1.2. Примеры промышленного использования ножниц .................................... 14 
1.3. Усилия резания на ножницах 
........................................................................ 17 
1.4. Летучие ножницы 
........................................................................................... 20 
1.5. Основные технические требования к летучим ножницам ......................... 33 
1.6. Определение основных параметров летучих ножниц ................................ 35 
1.7. Методы профилирования ножей летучих ножниц ..................................... 39 
1.8. Пример конструктивного исполнения ножниц 
........................................... 42 
 
2. ДИСКОВЫЕ МАШИНЫ 
.................................................................................. 45 
2.1. Усилия резания методом обкатки дисками ................................................. 45 
2.2. Дисковые машины для резки труб методом обкатки ................................. 47 
 
3. ПИЛЫ ................................................................................................................. 51 
3.1. Особенности технологии резания с образованием стружки 
...................... 51 
3.2. Дисковые пилы ............................................................................................... 55 
3.3. Ленточные пилы ............................................................................................. 56 
3.4. Фрикционные пилы – «пилы трения» .......................................................... 56 
 
4. ПИЛЫ С ПОВЫШЕННЫМИ СКОРОСТЯМИ ПОДАЧИ ........................... 59 
4.1. Энергосиловые параметры процесса резания ............................................. 59 
4.2. Роторные пилы ............................................................................................... 65 
4.3. Экономические преимущества роторных пил ............................................ 67 
4.4. Конструкция роторных пил 
........................................................................... 68 
4.5. Методы расчета параметров резания на роторных пилах ......................... 77 
4.6. Исследования энергосиловых параметров процесса резания ................... 86 
4.7. Температурный режим диска при резе ........................................................ 94 
 
5. АГРЕГАТЫ РЕЗКИ ГОРЯЧИХ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ....................... 99 
5.1. Компоновка агрегатов резки заготовок на базе роторных пил ................. 99 
5.2. Заусенцы при резании дисковыми пилами 
................................................ 103 
5.3. Оптимизация положения заготовки в позиции реза 
................................. 105 
5.4. Удаление заусенцев в позиции реза ........................................................... 107 
5.5. Автоматизация роторных пил 
..................................................................... 111 
3 

6. РЕЖУЩИЕ ДИСКИ ПИЛ ГОРЯЧЕЙ РЕЗКИ 
.............................................. 118 
6.1. Конструктивные особенности режущих дисков пил горячей резки 
....... 118 
6.2. Технология изготовления пильных дисков ............................................... 121 
6.3. Характер износа режущих дисков роторных пил ..................................... 129 
 
7. ЛЕТУЧИЕ ПИЛЫ 
............................................................................................ 134 
7.1. Пилы холодной резки труб 
.......................................................................... 134 
7.2. Пилы горячей резки труб 
............................................................................. 136 
 
8. АНАЛИЗ МЕХАНИЧЕСКИХ СПОСОБОВ РЕЗАНИЯ 
.............................. 144 
 
9. МАШИНЫ ГАЗОВОЙ РЕЗКИ ...................................................................... 153 
9.1. Технология газовой резки ........................................................................... 153 
9.2. Области применения машин газовой резки 
............................................... 157 
 
10. МАШИНЫ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ 
........................................................... 163 
 
11. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЛАЗЕРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ................................ 167 
11.1. Особенности промышленного применения лазеров [7] 
......................... 167 
11.2. Особенности применения лазерных технологий в промышленности 
.. 172 
11.3. Примеры конструкций технологических лазерных комплексов .......... 174 
 
12. МАШИНЫ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ ............................................... 177 
 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 
................................................................ 182 
 
 
 
4 

 
 
 
ǶǷǬǫǯǸDzǵǩǯǬ
 
Режущие машины являются одним из важнейших элементов технологического процесса металлургического производства. Характеристики режущих 
машин зачастую определяют производительность и другие технологические 
возможности поточных линий металлургического оборудования. Проблемам 
проектирования и эксплуатации режущих машин всегда уделялось много внимания. Было разработано и эксплуатируется в металлургии большое число различных конструкций и размеров режущих машин, использующих для разделения продуктов производства разные технологические приемы. 
В настоящей работе систематизированы разные виды режущих машин, 
предназначенных для металлургической промышленности. В работе использованы опыт проектирования и исследований режущих машин ВНИИМЕТМАШ имени академика А. И. Целикова. Это предприятие было создано в 
1946 году и в годы бурного развития металлургии в СССР и за рубежом явилось головным предприятием отрасли, определяющим научно-техническую 
политику в металлургическом машиностроении [22]. После 1994 года работы 
в этом направлении были продолжены в АО ИНКОММЕТ, которое выделилось в самостоятельную организацию. 
Приведенные в работе материалы базируются на результатах разработок 
и публикаций ученых ВНИИМЕТМАШ, среди которых следует особо отметить творческий вклад Н. И. Крылова, Б. В. Попова, А. М. Маскилейсона, 
А. З. Слонима, С. Н. Сумского, А. Я. Шагаса, С. Ю. Комиссарчука и др.  
Основное внимание в работе уделено машинам, использующим механические способы резания, – ножницам и пилам. Эти режущие машины обладают высокой производительностью и надежностью и широко используются 
в металлургии, в том числе в составе поточных линий прокатных и литейных 
агрегатов.  
Машины, использующие другие физические методы разделения продукта металлургического производства, требуют специфических условий эксплуатации или используются, как правило, вне поточных линий металлургических агрегатов. В настоящей работе их описание приведено в качестве обзорной информации.  
Материалы работы в значительной мере базируются на изложенных  
в учебном пособии «Режущие машины в металлургии», изданном МГТУ 
им. Г. И. Носова (г. Магнитогорск) и разработанном под руководством и при 
непосредственном творческом участии автора настоящего издания. 
 
 
5 

 
 
 
ǩǩǬǫǬǴǯǬ
 
Технологические металлургические комплексы производят заготовки 
для последующего передела или прямого использования в других отраслях 
промышленности – машиностроении, строительстве и т. д. Естественно стремление металлургов для стабилизации технологического процесса формообразования заготовок с целью повышения качества и производительности увеличивать размеры выпускаемых заготовок по длине и размерам поперечного сечения. Для деления заготовок на мерные длины, потребные потребителям, 
каждый металлургический комплекс должен оснащаться агрегатом резки заготовок. Под термином «резка металла» понимается процесс деления (раскроя) заготовок на отдельные части.  
Агрегаты резки заготовок могут встраиваться непосредственно в поточную линию либо в виде самостоятельного агрегата встраиваться в состав технологического потока. В общем виде агрегаты резки заготовок включают в 
себя следующие механизмы или устройства: 
x транспортные механизмы для подачи заготовок в зону реза, 
x режущую машину или устройство, 
x систему автоматизированного раскроя заготовок на мерные длины, 
x механизмы установки и фиксирования заготовки в позиции реза, 
x систему подачи технологических газов или охлаждающей воды, 
x механизмы выдачи заготовок из зоны реза, 
x механизмы удаления технологических отходов, включая продукты 
реза, 
x транспортные механизмы для передачи заготовок на последующий 
передел, 
x АСУТП для внутренних механизмов агрегата резки и связи с АСУТП 
цеха.  
В режущих машинах металлургического производства используют разные способы резки. Каждый из способов имеет свои достоинства и недостатки 
и применяется там, где его производительность, стоимость и степень воздействия на геометрические и физические параметры разрезаемых изделий имеют 
наиболее выгодное соотношение. Здесь мы рассматриваем вопросы, касающиеся выбора конструкции режущих машин, их основных конструктивных и технологических параметров применительно к используемым способам разделения заготовок. Конструкция режущих машин зависит от вида производимой 
продукции – слитки и непрерывно литые заготовки, сортовой и фасонный прокат, листы и детали прокатного и кузнечнопрессового производства; физических свойств разрезаемых материалов в горячем или холодном состоянии; 
формы поперечного сечения; в стационарном положении заготовки в позиции 
6 

реза или находящейся в движении. В общем виде среди используемых в промышленности способов резки можно выделить следующие основные две 
группы: [7] 
1. Механические – с использованием методов пластического деформирования, когда режущий инструмент контактирует непосредственно 
с изделием. К этой группе относятся машины, реализующие разделение заготовки следующими способами:  
x на ножницах – сдвигом между ножами, форма которых соответствует профилю поперечного сечения проката;  
x на машинах дисковой резки – вдавливанием клина, выполненного 
в форме диска, обкатывающего поверхность изделия;  
x на дисковых и ленточных пилах – отделением стружки многорезцовым инструментом;  
x на фрикционных пилах, называемых иногда «пилами трения» – 
путем нагрева силами трения узкой зоны, из которой стружка выносится вращающимся диском, выполненным из инструментальной стали или абразивного материала;  
x на машинах гидроабразивной резки – отделением стружки путем 
подачи в зону реза под высоким давлением узкой струи воды в 
смеси с песком.  
2. Термические, использующие расплавление узкой зоны заготовки 
концентрированным пучком энергии без непосредственного контакта с заготовкой. К этой группе относятся машины, использующие 
следующие способы разделение заготовки:  
x на машинах газовой резки – подачей в зону реза газовой смеси для 
предварительного нагрева до температуры расплавления и сжигания в струе горючего газа;  
x на машинах плазменной резки – путем создания в плазматроне 
ионизированного газа, струя которого с высокой скоростью подается в зону раздела заготовки, где производит подогрев, расплавление и удаление продуктов реза;  
x на лазерных технологических комплексах – путем подачи сфокусированного лазерного луча в зону реза, где происходит подогрев, расплавление и удаление продуктов реза струей газа; 
x на установках, использующих комбинацию лазерного излучения и 
газовой резки. 
 
 
7 

 
 
 
ǴǵǭǴǯǽȂ
DZȕȔȘșȗȚȑșȏȉȔȢȌȘȜȌȓȢȔȕȍȔȏȝ
 
Ножницы используют для разделения на мерные длины в агрегатах 
резки при стационарно расположенной заготовке или встраиваются непосредственно в технологическую поточную линию с находящейся в движении заготовкой, тогда ножницы называют «летучими» [20], [7]. 
В режущих механизмах ножницах применяют электромеханический 
или гидравлический приводы. В качестве инструмента, обеспечивающего 
разделение на части при непосредственном контакте с обрабатываемом изделием, используют ножи разного вида. По конструкции различают ножницы с 
верхним подвижным ножом (верхним резом) и с нижним подвижным ножом 
(нижним резом). Ножницы с нижним резом применяются более широко. 
Принцип их действия заключается в следующем: суппорт верхнего ножа 
опускается до соприкосновения с металлом, дальнейшее его движение прекращается и начинает двигаться суппорт нижнего ножа, при этом происходит 
резание проката.  
В зависимости от формы режущих кромок ножей различают следующие 
типы ножниц: 
x Режущие кромки имеют линейную форму, по крайней мере одна из 
которых параллельна плоской образующей разрезаемого профиля. 
Схема резания на таких ножницах показана на рис. 1.1. При резе происходит существенная деформация сечения разрезаемых изделий. 
Ножницы с двумя параллельными ножами (а) применяют для поперечной резки горячего проката на блюмингах, заготовочных и сортовых станах, а также для резки холодного проката. У ножниц с наклонными ножами (б) режущие кромки расположены под некоторым углом. Такие ножницы применяют для холодной и горячей резки листов, полос и мелких профилей, в том числе пакетами.  
x Режущие кромки образуют закрытый калибр, соответствующий профилю разрезаемого сортового проката, при этом деформированный 
металл не выхолит за пределы исходного поперечного сечения, что 
важно для последующих технологических операций.  
x Один нож делают профилированным, а второй параллельным одной 
стенки поперечного сечения сортового профильного проката (швеллер, балка и другие). 
x Оба ножа имеют форму круглых дисков. При резке листового проката дисковые ножницы (рис. 1.2) применяют для обрезания кромки, 
а также для продольного роспуска на ленты. 
8 

x В летучих ножницах ножи должна иметь торцевое профилирование, 
обеспечивающее необходимую величину зазоров между боковыми 
стенками для обеспечения перекрытия в условиях сложного пространственного перемещения. 
Ножницы с наклонными ножами (гильотинные ножницы) применяют 
для резания листов, иногда мелкого сорта пачками. Угол наклона ножа выбирают не более 10–12° во избежание выталкивания из ножниц разрезаемого металла. Они бывают со станиной открытого или закрытого типа, с подвижным 
верхним или нижним ножом, с механическим или гидравлическим приводом. 
 
 
ǷȏȘ ǸȜȌȓȇȗȌȎȇȔȏȦȔȇȔȕȍȔȏȝȇȜ 
ȇ – ȘȖȇȗȇȒȒȌȒȣȔȢȓȏȔȕȍȇȓȏȈ – ȘȔȇȑȒȕȔȔȢȓȏȔȕȍȇȓȏ 
 
В дисковых ножницах, схема резания на которых показана на рис. 1.2, 
оба ножа имеют форму круглых дисков. Их применяют для обрезания кромки 
у листов и лент. Применяются также для продольного разрезания листа на 
ленты. 
 
 
ǷȏȘ2 ǸȜȌȓȇȗȌȎȇȔȏȦ 
ȔȇȋȏȘȑȕȉȢȜȔȕȍȔȏȝȇȜ 
 
Станины ножниц могут выполняться закрытого типа, если располагаются по обе стороны от ножей (обычно ножницы более крупного размера), или 
открытого типа, если станина располагается с одной стороны ножей. В ножницах применяют электромеханический или гидравлический приводы. 
При резании полос толщиной до 160 мм применяют ножницы с верхним 
резом. Этот тип ножниц часто называют пресс-ножницами, так как их кинематика схожа с кинематикой штамповочных прессов. Ножницы имеют мощ9 

ную станину, на которой располагается привод. При резании полос толщиной 
более 30–60 мм за ножницами устанавливают опускающийся стол, который не 
позволяет отрезанной заготовке ударять по роликам рольганга в момент окончания реза. Недостатком ножниц с верхним резом является их громоздкость, 
а также наличие направленного вниз после окончания реза заусенца, мешающего передвижению полос по рольгангам. 
Процесс резания ножницами с нижним резом характерен тем, что перед 
резанием верхний нож опускается почти до соприкосновения с полосой и останавливается. После этого полоса разрезается движением нижнего ножа. Полоса при резе поднимается выше уровня рольганга, а при окончании опускается на рольганг движением суппорта нижнего ножа. Поэтому нет надобности 
в установке подъемно-качающегося стола. При разрезании длинных кусков, 
находящаяся со стороны верхнего ножа часть полосы не изгибается. В этих 
ножницах суппорт нижнего ножа перемещается в вертикальных направляющих суппорта верхнего ножа, а последний в направляющих станины ножниц. 
Поэтому станина разгружена от усилия резания.  
Ниже схематично приведены разные варианты исполнения ножниц с нижним резом. Такие ножницы с электроприводом показаны на рис. 1.3. На суппорте верхнего ножа смонтирован двух эксцентриковый вал, который своими 
шейками A соединен шатунами АF с суппортом нижнего ножа, а шейками В – 
с прижимом DE. Для смягчения удара при посадке прижима на металл в шарнире Е предусмотрен пружинный буфер. При запуске двигателя эксцентриковый вал, совершая плоское движение, вращается вокруг точки А. При этом, 
поскольку АВ=ВС и ED=OD верхний нож и прижим будут опускаться с одинаковой скоростью пока прижим не ляжет на металл. После этого верхний нож 
останавливается и металл разрезается движением нижнего ножа при вращении 
эксцентрикового вала вокруг неподвижной точки С. Наличие прижима в ножницах обеспечивает перпендикулярность плоскости реза и исключает удары 
отрезаемой полосы по рольгангу.  
 
 
ǷȏȘ ǴȕȍȔȏȝȢȘȔȏȍȔȏȓȗȌȎȕȓ 
(1 – Ȗȗȏȍȏȓ – ȉȌȗȜȔȏȐȔȕȍ – ȔȏȍȔȏȐȔȕȍ 
10