Na czym polega cięcie prętów?

Wyroby stalowe są dostępne w postaci różnego rodzaju półproduktów – zarówno nie przetworzonych, takich jak pręty, rury, blachy czy kęsiska o rozmaitych wymiarach, jak i przygotowanych do bezpośredniego wykorzystania, np. odkuwek lub wszelkiego typu profilów. Większość materiałów przed wykonaniem niezbędnych procesów technologicznych musi być dopasowana do wymagań związanych z ich wielkością. Wymiarowanie poszczególnych elementów odbywa się za pomocą cięcia przy wykorzystaniu rozmaitych metod, w zależności od oczekiwanej dokładności i prędkości, a także charakterystyki poszczególnych wyrobów – długości, grubości czy gatunku stali.

Zupełnie inne sposoby mogą sprawdzić się przy cięciu prętów stalowych, a inne przy wycinaniu określonych kształtów z blachy. Przyjrzyjmy się bliżej temu, na czym polega cięcie i zobaczmy, jakie sposoby będą najwłaściwsze przy cięciu prętów stalowych.

Metody cięcia metalu

Obróbka metali związana z ich cięciem może być wykonywana przy użyciu kilku różnych metod. W przypadku stali w grę wchodzi skorzystanie z metod obróbki cieplnej, ubytkowej lub plastycznej. Każda z nich ma nieco inną specyfikę i pociąga za sobą odmienne konsekwencje dla właściwości metalu, jakości uzyskanych w wyniku cięcia krawędzi, a także szybkości i precyzji.

Rozdzielenie kawałków metalu za pomocą różnych metod obróbki termicznej wymaga rozgrzania metalu w strefie cięcia do temperatury, w której ulega on upłynnieniu. Cięcia tego rodzaju wpływają na fragmenty położone tuż przy linii cięcia, choć zakres tych oddziaływań jest różny w zależności od użytej technologii. Będzie on największy przy użyciu tradycyjnych palników gazowych, a najmniejszy podczas cięcia laserem. W tym ostatnim przypadku najmniejsze będą również straty materiału, a także największa jakość i precyzja uzyskanych krawędzi. Ta metoda daje również bardzo szeroki możliwości stosowania różnych linii cięcia od prostych, przez wszelkiego rodzaju łamane i krzywe.

Obróbka plastyczna wiąże się z wykorzystaniem krawędzi tnących o twardości większej od obrabianego metalu, które wywierają nacisk mechaniczny na jego powierzchnię. Wskutek działania dużych sił metal ulega upłynnieniu, po czym pęka w miejscu nacisku ostrzy. W zależności od typu ciętego metalu można w takim przypadku korzystać z wykrojników lub gilotyn w przypadku blach stalowych albo nożyc przy cięciu cieńszych blach i prętów o mniejszym przekroju. Zaletą obróbki plastycznej tego rodzaju będzie brak oddziaływań termicznych i przekształceń poza strefą cięcia.

Obróbka ubytkowa to w przypadku cięcia różne rodzaje skrawania. Fragmenty materiału są warstwami odspajane od obrabianego przedmiotu w postaci wiórów za sprawą kontaktu jego powierzchni z ostrzem o odpowiednio dobranej geometrii i twardości. Krawędź tnąca narzędzia wywiera na materiał mechaniczny nacisk, poruszając się ruchem posuwistym lub obrotowym. Najczęściej stosowanymi metodami cięcia skrawającego będzie frezowanie, jeśli powierzchni ciętego metalu ma być nadany bardziej skomplikowany kształt albo za pomocą piły, jeżeli cięcie ma być prostolinijne.

Rodzajem cięcia skrawającego będzie również cięcie strumieniem wody pod dużym ciśnieniem. W takim przypadku elementem tnącym jest podawane pod dużym ciśnieniem ścierniwo o odpowiednio małej granulacji. Ten rodzaj cięcia sprawdza się w bardzo podobnych zastosowaniach jak cięcie laserem, jego zaletą jest jednak brak zmian powodowanych przez wysoką temperaturę.

Wybór odpowiedniej dla danego wyrobu metody cięcia powinien zawsze uwzględniać jego najważniejsze cechy. Ze względu na techniczną możliwość przeprowadzenia obróbki ważna będzie grubość i rodzaj ciętego wyrobu, a także poziom wykończenia powierzchni, w tym tolerancja wymiarowa, przebieg linii cięcia oraz uzyskana gładkość. Ze względu na ekonomikę wykonywanej operacji istotna będzie też szybkość cięcia oraz koszt jego wykonania.

Pręty stalowe i ich cięcie

Pręty stalowe to specyficzny rodzaj wyrobu hutniczego. Charakteryzują się one dość szerokim zakresem średnic od kilku do kilkuset milimetrów, jednak ich długość jest o wiele większa i wynosi najczęściej, w zależności od rodzaju, 6 albo 12 metrów, choć dostępne są również dłuższe pręty. Pręty są najczęściej produkowane w procesie walcowania, ciągnięcia albo kucia. W przypadku walcowania materiał do ich produkcji jest przepuszczany między specjalnie wyprofilowanymi walcami, co powoduje wydłużenie metalu oraz nadanie mu pożądanego kształtu. Przy ciągnięciu pręty, które wcześniej wyprodukowano przez walcowanie, są przeciągane przez specjalny przyrząd zwany ciągadłem. Metal ulega wówczas wydłużeniu, a jego profil zyskuje kształt otworu zastosowanego w ciągadle. Podczas kucia materiał jest rozgrzewany, po czym formowany za pomocą kolejnych uderzeń opadającej masy.

Pręty stalowe mogą być wytwarzane ze stopów o bardzo różnej charakterystyce w zależności od ich planowanego przeznaczenia. Przy ich produkcji wykorzystuje się rozmaite metody ulepszania materiału, mające na celu poprawę właściwości użytkowych wyrobu. Pręty mogą być poddawane hartowaniu i odpuszczaniu, normalizowaniu czy zmiękczaniu, a także rozmaitym formom obróbki cieplno-chemicznej. Najczęściej ich powierzchnia bywa nawęglana, azotowana albo węgloazotowana. Dodatkowe zabiegi tego typu mają na celu zwiększenie twardości i wytrzymałości stali, jednak oferowane są także pręty surowe.

Ze względu na to, że stosunek średnicy do długości prętów jest niezwykle mały, a potrzebne cięcie ogranicza się do formatowania elementów ciętych wzdłuż ich przekroju, niekiedy pod określonym kątem jednym z najlepszych rozwiązań jest używanie pił taśmowych do metalu.

Sposób działania piły taśmowej

Piła taśmowa to urządzenie, w którym za uzyskanie odpowiednich parametrów cięcia odpowiada rozpięta na dwóch kołach uzębiona taśma połączona bezkońcowo. Taśma porusza się w jednej płaszczyźnie dzięki obrotom kół, z których jedno jest napędzane silnikiem elektrycznym, a drugie obraca się swobodnie. Taśma jest na nie naciągnięta tak, by tworzyło się odpowiednie sprzężenie cierne między jej boczną powierzchnią a obwodem koła. Ze względu na to, że koła znajdują się w pewnej odległości od siebie, w części roboczej piły taśma tnąca porusza się po linii prostej.

Pilarki taśmowe są produkowane w różnych konfiguracjach od urządzeń ręcznych po stacjonarne, wykorzystywane w zastosowaniach warsztatowych i przemysłowych. Prostsze modele dysponują nieruchomym elementem tnącym, a taśma jest w nich ustawiona pionowo. Bardziej zaawansowane urządzenia są wyposażane nie tylko w specjalne stoły podające, zapewniające przemieszczanie ciętych elementów, ale również ruchome głowice, które są mocowane na opuszczanych ramionach. Sprzęt tego rodzaju niejednokrotnie zapewnia możliwość cięcia pod różnymi kątami. Oferowane są również piły taśmowe, w których głowica robocza porusza się z góry na dół dzięki dwóm umieszczonym na jej krańcach prowadnicom.

Sprawne cięcie za pomocą piły taśmowej jest możliwe dzięki optymalnemu połączeniu prędkości, z jaką przesuwa się taśma oraz tempa, z jakim element tnący zagłębia się w materiale, czyli tzw. posuwu. Sam mechanizm cięcia jest stosunkowo prosty – powstające podczas kontaktu zębów taśmy z materiałem wióry wypełniają przestrzeń między zębami, czyli tzw. wrąb. Powstające podczas pracy piły ciepło jest zwykle odprowadzane za pośrednictwem stosowanego chłodziwa.

Prędkość cięcia piłą taśmową może być znaczna, zależy jednak od skrawalności ciętego materiału. Stal ze względu na bardzo różne rodzaje stopów ma szeroki zakres dopuszczalnych prędkości maksymalnych, które wahają się od około 20 m/min. do aż ponad 120 m/min. Szybkość jest także ograniczona przez ilość powstającego przy pracy ciepła.

Wielką zaletą cięcia metalu na pile taśmowej jest możliwość precyzyjnego cięcia prostoliniowego, cięcia pod kątem, a także jednoczesnego przecinania całych pakietów. Plusem są również bardzo niewielkie straty materiału, wynikające z niedużej szerokości taśmy tnącej.

Ważnym czynnikiem wpływającym na jakość i efektywność cięcia będzie w przypadku pił taśmowych dobór taśm tnących o odpowiednich parametrach. Najlepsze efekty można uzyskać, dobierając geometrię uzębienia (kształt zębów, ich rozwiedzenie, rozmiar wrębu) oraz ilość zębów na cal w zależności od planowanej długości cięcia, a także kształtu i rodzaju metalu. Pozwoli to na uzyskanie optymalnego kąta ścinania i prędkości pracy.

Cięcie prętów stalowych metodami alternatywnymi

Oprócz pił taśmowych, istnieje wiele innych metod cięcia prętów stalowych, które mogą być stosowane w zależności od potrzeb i wymagań konkretnego zastosowania. Warto zwrócić uwagę na niektóre z nich, aby lepiej zrozumieć ich zalety i ograniczenia. Cięcie prętów za pomocą nożyc mechanicznych to jedna z popularnych metod stosowanych w warsztatach i przemyśle. Nożyce mechaniczne działają na zasadzie przecinania prętów za pomocą ostrzy o większej twardości niż cięty materiał. Zaletą tej metody jest szybkość i łatwość cięcia, jednak może ona wprowadzać naprężenia w strefie cięcia oraz pozostawiać nierówności na powierzchni cięcia.

Cięcie prętów za pomocą pił tarczowych to kolejna metoda, która może być stosowana zarówno w warsztatach, jak i w przemyśle. Piły tarczowe są wyposażone w tarcze tnące o różnych średnicach i rodzajach zębów, co pozwala na precyzyjne dopasowanie do ciętego materiału. Ta metoda pozwala na szybkie cięcie prętów, jednak może generować więcej odpadów niż piły taśmowe.

Cięcie plazmowe prętów stalowych to metoda stosowana głównie w przemyśle, ze względu na wysoką prędkość cięcia i możliwość cięcia grubych prętów. Proces cięcia plazmowego polega na wykorzystaniu strumienia plazmy do rozpuszczenia i wypychania materiału wzdłuż linii cięcia. Wadą tej metody jest jednak wprowadzanie dużych ilości ciepła do materiału, co może prowadzić do zmian właściwości stali w strefie cięcia.

Cięcie prętów za pomocą wodnych strumieni ściernych to metoda stosowana głównie w przypadku precyzyjnego cięcia prętów o dużych przekrojach. Strumień wody pod wysokim ciśnieniem miesza się z ścierniwem, które przecina materiał. Zaletą tej metody jest brak wpływu wysokiej temperatury na materiał oraz możliwość cięcia prętów o różnych kształtach i wymiarach.

Wybór odpowiedniej metody cięcia prętów stalowych zależy od wielu czynników, takich jak wymagana precyzja, prędkość cięcia, grubość prętów oraz dostępność odpowiednich narzędzi i maszyn. Warto dokładnie przeanalizować potrzeby danego zastosowania, aby wybrać najbardziej efektywną i ekonomiczną metodę cięcia.