Способы предотвращения термического коробления при резке УШМ по толстому металлу

При работе с заготовками толщиной более 8 мм под резку угловой шлифмашиной (УШМ) часто возникает неравномерное распределение температуры, что провоцирует деформацию. Тепловая нагрузка при длительном воздействии приводит к изменению геометрии среза, искривлению и напряжениям по телу изделия.

Для снижения риска коробления при разделении цельных металлических элементов нужно учитывать несколько ключевых факторов: теплопроводность сплава, скорость прохождения реза, глубину резания, диаметр отрезного круга и подачу.

Для конструкционной стали с содержанием углерода до 0,25% наилучшую стойкость демонстрируют изделия с толщиной более 10 мм при использовании дисков диаметром 230 мм. В этом случае минимизировать термонагрузку можно за счёт плавного и равномерного прохождения реза, без излишней остановки.

Паузы врезки резко концентрируют тепловую энергию на ограниченном участке, создавая локальное расширение металла.

Поддержание постоянного темпа прохождения по линии – основа стабильности. Углеродистые сплавы плохо переносят точечный нагрев, особенно в зонах рядом с краями или переменными сечениями.

Удержание машины в наклонённом положении относительно поверхности снижает трение, позволяя диску меньше перегреваться. Угол резки в 15–20 градусов даёт снижение нагрузки на круг и уменьшает зону термического воздействия.

Для сплавов с низкой теплопроводностью, таких как нержавеющая сталь или сплавы на никелевой основе, формирование прогрева происходит быстрее. В таких случаях рекомендуется предварительно смочить зону предполагаемой резки водой или применить воздушное охлаждение.

Подобный метод допускается в случае с отрезкой заготовок длиной более 400 мм, где риск деформации увеличивается пропорционально длине линии разреза.

Уровень тепловой деформации напрямую зависит от плотности линии реза. Если толщина круга превышает 2,5 мм, увеличивается контактная площадь, что ускоряет нагрев. При работе с элементами свыше 12 мм предпочтительнее использовать отрезные круги шириной 1,6–2 мм.

Это снижает сопротивление на врезке и уменьшает термическую зону. Нельзя допускать чрезмерного давления на диск – нагрузка выше 3 кг вызывает не только ускоренный износ оснастки, но и перегрев центра среза.

Для стали марки 09Г2С или аналогичных по структуре вариантов термическая стойкость улучшается при применении прерывистой резки. При таком подходе оператор прорезает металл участками по 30–40 мм с интервалами по 5–10 секунд между проходами. Это даёт заготовке возможность частично рассеять тепловую энергию и выровнять температурное поле.

Если обрабатывается лист более 20 мм толщиной, высока вероятность накопления остаточных напряжений. Чтобы предотвратить выгибание краёв, фиксируют материал с двух сторон не менее чем в 150 мм от линии распила.

Для жёсткости применяют прижимные струбцины с прокладками из латуни либо меди, которые не оставляют отпечатков, но передают нагрузку равномерно.

Устойчивость к короблению увеличивается при резке вдоль волокна проката. В случае с поперечной нарезкой температурные и механические искажения усиливаются, особенно у сплавов типа 30ХГСА или стали 45. Поэтому при выборе направления разреза стоит учитывать расположение прокатного направления.

При обработке алюминиевых сплавов категории 5xxx или 6xxx значительное тепловое расширение компенсируется применением водяного спрея в зоне вреза. Подача выполняется с помощью пластикового резервуара с насадкой, выдающей мелкодисперсное облако. Метод эффективен для снижения кратковременного перегрева и сохраняет геометрию кромок.

Немаловажную роль играет оборотистость инструмента. При частоте вращения свыше 6000 об/мин рабочая поверхность круга сильнее подвержена абразивному истиранию. В этом случае увеличивается ширина тепловой зоны и, как следствие, возрастает вероятность изгиба. Использование кругов с маркировкой A46T или A60R на бакелитовой связке уменьшает нагрев и улучшает качество кромки.

Если ведётся резка труб большого диаметра (от 100 мм), начинается процесс термозамыкания – при достижении половины окружности металл начинает сдвигаться к зоне среза. Чтобы избежать перехлёста, сначала делают надпилы по кругу через каждые 90 градусов на глубину до 3 мм, затем соединяют их в непрерывный шов. Это стабилизирует контур и снижает напряжение на отрезной круг.

Наибольшее значение при выборе режимов имеет температура воздуха в рабочей зоне. При внешней температуре свыше 30°C металл прогревается быстрее, а при минусовых значениях медленнее отводится тепло.

Следовательно, летом уместно уменьшать усилие на диск и использовать круги с маркировкой 41ТBF с термостойкой связкой. Зимой наоборот, допустимо повышать давление до 2,5 кг, но с обязательной проверкой жёсткости крепления.

Для снижения разброса тепловых напряжений в зоне реза стальные листы толщиной от 16 до 30 мм следует предварительно подогревать до температуры 50–70°C. Это делается газовой горелкой по всей длине предполагаемого разреза. Такой метод уменьшает перепад температур между центром и краем в момент реза и способствует равномерному термическому расширению.

При работе с легированными сталями – например, 12Х18Н10Т или 40ХН – рекомендовано применять технологию последовательного среза: сначала делают надрез глубиной до 2 мм по всей длине, а затем проходят вторым заходом до полного разреза. Такой подход снижает концентрацию тепловой энергии и позволяет избежать изгиба.

Важно избегать резки без опоры. Если обрабатываемая деталь провисает, металл начинает закрываться на отрезной диск, повышая нагрузку на оснастку и вызывая перегрев. В случае с листом длиной более 1 м следует применять минимум три точки опоры: по краям и в середине.

Иногда уместно чередование отрезки и паузы с направленным охлаждением. На практике это реализуется с помощью направленного потока воздуха из компрессора, подаваемого на область вреза между проходами. Давление 3–5 атм создаёт стабильное охлаждение зоны среза, позволяя сохранять линейные размеры без коробления.

Для сварных конструкций, где стык шва пересекается линией реза, лучше заранее уменьшить ток в месте сварки при выполнении шва. Высокая плотность металла в этом участке создаёт зону внутреннего напряжения. При резке по шву сначала делают разметку в 3–5 мм от линии соединения, а затем обрабатывают в направлении от шва к краю детали.

Снижение скорости подачи при увеличении толщины позволяет уменьшить зону термического влияния. При работе с кругами диаметром 180 мм и листами толщиной 10–15 мм оптимальная скорость подачи – 100–150 мм/мин. Превышение приводит к накоплению тепла и смещению линии реза.

Для окончательной стабилизации после термически нагруженной обработки деталь можно охладить в контролируемой среде – например, положить её в песок или использовать графитовую подложку. Это помогает избежать резких перепадов температур, которые усиливают коробление.