CC BY
14
ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗНАШИВАНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ
ДРЕВЕСИНЫ
Шуленина Т.И. (БГИТА, г.Брянск, РФ)
Researches of wear process of the tool from firm alloys for processing materials on the basis of wood.
Закономерности изнашивания режущих кромок и прилегающих к ним поверхностей твердосплавного инструмента различного назначения изучались многими исследователями. Наибольший вклад внесли в решение этой проблемы внесли такие известные ученые как Бетанели А.И., Воскресенский С.А., Грубе Э.В. Моисеев А.В. и многие другие. Анализ этих работ показывает, что износостойкость инструментов определяется достаточно сложной совокупностью характеристик качества поверхностных слоев.
Изнашивание режущего инструмента условно можно разделить на два периода: период аварийного износа (в начальной стадии работы инструмента) и период постепенного (усталостного) износа. Причем первый период изнашивания инструмента реализуется в основном за счет микровыкрашивания режущих кромок, второй период - монотонного износа - реализуется за счет истирания рабочих поверхностей режущего клина. Микровыкрашивание лезвия и постепенное изнашивание поверхностей его образующих, имеют различную природу и протекают по различным механизмам. В связи с этим выявлялись и уточнялись особенности проявления влияния различных факторов на сопротивляемость изнашиванию рассматриваемых инструментов.
Нагружение инструмента носит ударно-циклический характер, причем особенностью этого нагружения является то, что соударение инструмента и обрабатываемого материала происходит в условиях большего или меньшего абразивного воздействия. Учитывая, что связующие материалов на основе древесины (ДСтП, ДВП, ЦСП и пр.) обладают абразивным действием, можно утверждать, что при их обработке имеет место износ за счет абразивного изнашивания рабочих элементов инструмента.
Учитывая, что при обработке композиционных древесных материалов износ преимущественно развивается по задней поверхности режущей части инструмента, исследовалась микрогеометрия поверхности резания. Параметры шероховатости поверхности резания (в частности, дна пропила) в зависимости от пути резания и соответствующие им показатели затупления инструмента, представлены таблицей 1.
Таблица 1 - Изменение параметров шероховатости поверхности резания и затупление резца в зависимости от пути резания_
Путь резания, м
Параметры шероховатости поверхности резания, мкм
Rmn
Rm
Rz
Sz
Укорочение лезвия, мкм
10 102
44,7 51,3
72,5 81,0
43,8 47,0
546,0 579,5
15,7 35,4
103 58,7 87,9 49,5 611,7 60,3
104 61,2 92,5 57,1 639,8 80,9
105 65,8 97,4 64,8 960,1 195,5
Анализируя полученные данные, можно заключить, что по мере затупления инструмента отмечается увеличение высотных и шаговых параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей. Это свидетельствует о том, что в процессе работы инструмента его геометрические параметры изменяются под воздействием абразива, находящегося в зоне режущей кромки и задней поверхности и при увеличении пути резания по мере затупления резца, возрастают контактные давления, температуры в зоне резания, вызывая увеличение на поверхности контакта количество абразивных частиц.
В подтверждение теоретическим предпосылкам особенностей изнашивания твердосплавного инструмента, проводились экспериментальные исследования твердосплавных образцов при приложении постоянных нагрузок и при ударе с последующим проскальзыванием.
При испытаниях в условиях приложения постоянных нагрузок при трении о поверхность контробразцов, изготовленных из ДСтП, устанавливались зависимости износа твердосплавных поверхностей от продолжительности испытаний. Как показали результаты исследований, изнашивание всех поверхностей образцов наиболее интенсивно протекает в начальный период испытаний. Это объясняется более сильным влиянием в процессе приработки поверхностных дефектов, возникающих в результате спекания и механической обработки твердых сплавов. Эти дефекты, имеющие характер микротрещин, пор, следов обработки, ввиду повышенной хрупкости сплавов, обусловливают снижение циклов до разрушения материала и, как следствие, их более интенсивное изнашивание.
После завершения периода приработки твердых сплавов, интенсивность изнашивания стабилизируется и зависимости величины износа от времени испытаний приобретают примерно линейный характер. Поэтому интенсивность изнашивания твердых сплавов в условиях приложения постоянных нагрузок оценивалась в промежутке пути трения от 1,05.104 - 3,15.104, характерном для периода установившегося изнашивания.
В результате проведенных исследований было установлено, что интенсивность изнашивания исследуемых марок твердых сплавов (ВК6, ВК10, ВК 15), во многом определяется содержанием кобальта в сплаве. С увеличением содержания кобальта в сплаве микротвердость и прочность материала снижаются, вызывая тем самым увеличение износа.
Анализ вышеизложенного позволил сделать вывод о том, что при испытаниях в условиях приложения постоянных нагрузок наибольшей износостойкостью при обработке древесностружечных плит обладают сплавы с содержанием кобальта 6 % (т.е. твердый сплав ВК6).
Однако сделать вывод о целесообразности использования сплавов с содержанием кобальта до 6 % для оснащения ими инструмента для обработки материалов на основе древесины весьма сложно, т.к. характер взаимодействия контактирующих поверхностей при эксплуатации деревообрабатывающих инструментов более сложен, чем в принятых для настоящей серии испытаний условиях проведения опытов, в первую очередь вследствие приложения в процессе работы инструмента
циклических и ударных нагрузок. Поэтому, вторым этапом исследований было изнашивание твердых сплавов в условиях удара с последующим проскальзыванием, являющегося более приближенным к условиям эксплуатации инструмента.
При исследовании изнашивания твердых сплавов в условиях удара с последующим проскальзыванием по поверхности образцов из ДСтП, как и в предыдущей серии опытов, вначале определялись зависимости износа образцов от количества циклов нагружения. Данные полученных результатов исследований, позволили установить, что изнашивание исследуемых твердых сплавов наиболее интенсивно протекает в периоде приработки, причем интенсивность изнашивания в указанном периоде на 40 % выше, чем при приложении постоянных нагрузок.
После завершения периода приработки (2100-2500 циклов нагружения), интенсивность изнашивания стабилизировалась и зависимость величины износа от количества циклов нагружения приобрела характер, близкий к монотонному. Поэтому сравнение исследуемых образцов по интенсивности изнашивания проводилось в промежутке 2700-8400 циклов нагружения, характерном для процесса установившегося изнашивания.
В результате исследований были установлены зависимости интенсивности изнашивания твердых сплавов из исследуемых марок твердых сплавов от содержания кобальта от количества циклов нагружения. Анализируя полученные зависимости, можно заключить, что при данной схеме нагружения на интенсивность изнашивания также большое влияние оказывает содержание кобальта в твердых сплавах.
Так, было установлено, что как и при испытаниях истиранием о поверхность образцов из ДСтП, так и при испытаниях в условиях удара с последующим проскальзыванием, общая закономерность влияния содержания кобальта в исследуемых сплавах не изменилась: сплав ВК15 изнашивается в несколько большей степени, чем сплавы с содержанием кобальта от 6 до 10 %. Однако, в данном случае, наблюдается меньшее различие исследуемых материалов в величине износа. Если при испытаниях в условиях приложения постоянных нагрузок износ сплава ВК6 составлял около 50 % от величины износа сплава ВК15, то при испытаниях в условиях удара с последующим проскальзыванием разница в величине износа составила только 30 %.
Так как сплавы с пониженным содержанием кобальта обладают более высокой микротвердостью и более склонны к микровыкрашиванию, то доля его в общем объеме износа возрастает, а, следовательно, интенсивность изнашивания также возрастает по сравнению с изнашиванием в условиях приложения постоянных нагрузок, уменьшая тем самым различие в степени изнашивания сплавов с повышенным содержанием кобальта.
Таким образом, можно заключить, что хотя износостойкость сплавов с содержанием в них кобальта 6 % и остается выше по сравнению с износостойкостью сплавов с 15-ю процентами содержания кобальта, увеличение содержания кобальта ведет к снижению разницы в интенсивности изнашивания образцов в среднем на 40 % по сравнению с результатами, полученными при испытаниях в условиях приложения постоянных нагрузок.
В общем можно заключить, что в рассматриваемых условиях изнашивания (при приложении постоянных нагрузок и при ударе с последующим проскальзы-
ванием), большей износостойкостью обладают сплавы с пониженным содержанием в них кобальта.
