CC BY
80
О КРИТЕРИЯХ КАЧЕСТВА ИНСТРУМЕНТА
Л.Т. СВИРИДОВ, проф., проректор по научной работе ВГЛТА, д-р техн. наук, В.П. ИВАНОВСКИЙ, доц. каф. древесиноведения ВГЛТА, канд. техн. наук
Комплексность понятия «качества» инструмента определяется условиями работы конкретного станка по критериям безопасности, производительности, стойкости, качества обработки и экономичности. В процессе подбора инструмента обычно ориентируются на паспортные показатели. Фактическое соответствие техническим требованиям выявляется на этапах эксплуатации и обслуживания. Затупление и поломки в рабочем процессе приводят инструмент к новому качественному состоянию с обязательным изменением периода стойкости. Недостатки инструментального хозяйства обычно проявляются на стадиях доводки и контроля параметров. Каждому из критериев качества инструментов соответствует ряд факторов (рис. 1).
Инструмент со 100-процентным качеством должен в полной мере удовлетворять названным критериям, т.е. на каждый из критериев качества должно также приходиться максимальное число процентов. Количественная оценка каждого из критериев позволит более точно оценивать сравниваемые инструменты, т.к. современная модернизация дереворежущих инструментов, как правило, касается одного или нескольких критериев качества. Пользование инструментом низкого качества может привести к сбоям работы любого деревообрабатывающего предприятия. Техническое совершенствование станков обеспечивается качеством режущего инструмента, оказывающим важное влияние и на экономические показатели деятельности деревообрабатывающего производства.
Критерии безопасности
В процессе эксплуатации режущих инструментов реальную опасность вызывают следующие факторы: прочность на разрыв, надежность, сбалансированность частей, размеры и масса, виброустойчивость и шум.
Низкое качество безопасности инструмента может привести к механическим травмам и профессиональным заболеваниям человека. На многих операциях механической обработки уровень шума и вибрации превышает установленные стандартные нормы в 10 и более раз [1]. Если центробежные силы в несколько раз больше силы резания, то при плохой балансировке инструмента они многократно увеличиваются. Это может привести к аварийному разрыву инструмента. В этих условиях самое важное значение имеет правильная организация рабочей зоны инструмента (например, уменьшение вылета режущего элемента из корпуса и увеличение посадочной поверхности), использование в конструкции инструментов шумо- и виброгасящих элементов. В совершенных конструкциях некоторых иностранных фирм в температурные компенсаторы запрессовывают медные заглушки, хотя конструкции прорезей различного назначения в пильных инструментах необоснованны и малоисследованны. В целом конструкции современных станков обязательно должны проходить тестирование на виброустойчивость. Необходимо дальнейшее изучение критических и резонансных частот при резании инструментом различных пород древесины. Вопросом безопасности работы и обслуживания инструментов в последнее время уделяется достаточно внимания. Поэтому критерий безопасности инструментов выступает главным при оценке качества инструмента по нижеследующим параметрам:
1. Отсутствие механических травм при эксплуатации - 10 %.
2. Наличие шумогасящих элементов в конструкции - 10 %.
3. Наличие вибропоглощающих приспособлений -10%.
4. Отсутствие токсического воздействия при обслуживании - 10 %.
Безопасность Производительность Стойкость Качество обработки Экономичность
/\
£ X га о
В.
2 £ а
я
О
Оц
0 5 Р « & 2
1 I
£ I
с
Ч К С и
£
о §
о
о *
£
о §
¡я р
с" О О
3 £
о о я
>ВЙ 3 аз
с. «
2 м о
о-р
1 ¡5
е {3
& о. и о а я ¡г
ю
я
ад
55 С
I
ж
X
ёЗ
о о
к
о «
«3
о О
>>
О
9
5 К
=Г
X «
я £3 л р
е §
2 У £ Я Ь и №
£ I
Рис. 1. Комплексный критерий качества дереворежущих инструментов
5. Сравнительно малый вес и геометрические размеры - 10 %.
6. Рациональная организация рабочей части -10 %.
7. Надежность в эксплуатации -10 % [2].
8. Прочность рабочей части на разрыв
-10%.
9. Сравнительное меньшее число активных поверхностей резания - 10 %.
10. Жесткость и сбалансированность
-10 %.
Критерии производительности
Штучную производительность любого режущего инструмента П, шт/см можно определить по формуле [3]
(1)
где Г - сменный фонд станка, мин;
ки - коэффициент использования станка; - время обработки учетной единицы продукции, мин.
Время цикла обработки
А так как
то
Ь
*У и-к„
(2)
(3)
(4)
где - время чистого резания, мин;
кп - коэффициент производительности; Ь - путь обработки, м; и - скорость подачи, м/мин.
Тогда производительность инструмента И-(и/Ь)*ккп (шт./см), (5) Таким образом, производительность определяется коэффициентами рабочего дня, машинного времени, использования станка и скоростью подачи. Если величина коэффициентов зависит от условий проведения производства, то скорость подачи определяется конструкцией инструмента и величиной подачи на один резец £/ (для всех технологических процессов резания). Скоростные режимы эксплуатации определяют производительность инструмента, а допускаемая подача на резец С/, прямо пропорционально связана с качеством обработки и технической работоспособностью инструмента (ограниченной мощностью привода и работоспособностью режущих элементов, например, по выносу опилок и стружки или преодолению сил трения при бесстружечном деформировании). Кроме того, работоспособность инструмента зависит от степени остроты режущих кромок и его жесткости [4]. Четкие зависимости по нарастанию сил резания и подачи по мере затупления инструментов до конца не выявлены. Температурный прогрев при затуплении инструментов ведет к полной потере ими своей работоспособности. Скоростные возможности некоторых инструментов также не установлены, т.к. погрешности изготовления ведут к увеличенному остаточному дисбалансу, а балансировка инструментов (не только динамическая, но и статическая) практически не проводится, в то время как точность ста-
тической балансировки по величине остаточного момента неуравновешенности соответствует моменту трения качения:
Т = св, (6)
где с - коэффициент трения качения балансировочной оправки, см;
С - вес инструмента, кг.
Производственный эксцентриситет центра тяжести инструмента часто превышает величину 0,1 мм, т.е., ограничивает частоту вращения шпинделя станка до 3000 мин1. Нормы безопасности промышленно выпускаемых инструментов (по допускаемой неуравновешенности) научно не обоснованы. Чем больше масса и сложнее форма инструмента, тем выше его остаточный дисбаланс. Такой инструмент требует обязательной трудоемкой динамической балансировки.
Трудоемкость подготовки, настройки, установки зависят от конструкции инструмента и оснастки для его установки в станок. Безотказность в работе [2] инструмента легко определить по формуле
Т.
N = 1 —
аЬ
(7)
т-К
где ТаЬ - время аварийных потерь по вине
инструмента.
Число установок и смены инструментов определяется периодом стойкости. Для снижения затрат времени на подготовку, правку, регулировку и настройку инструмента необходимо совершенствовать оснастку по установке на станок и унифицировать ее. К сожалению, каждый производитель оборудования стремится усложнить подготовительные процессы по настройке инструмента и создать индивидуальную номенклатуру оснастки. По критерию производительности можно выделить следующие параметры:
1. Сравнительно большая допускаемая скорость подачи - 10 %.
2. Сравнительная большая скорость резания -10 %.
3. Сбалансированность частей и виброустойчивость -10 %.
4. Простые внешние формы - 10 %.
5. Высокая безотказность - 10 %.
3
о
Г] (шт)
Рис. 2. Гистограмма рассеяния количества сколов на изделиях: качественные показатели резко снижаются, энергетические возрастают, но стойкость инструментов при этом увеличивается в 2 раза.
6. Повышенная термоустойчивость
-10 %.
7. Минимальные затраты времени на смену и установку - 10 %.
8. Минимальные затраты времени на регулировку и настройку - 10 %.
9. Минимальный шум при работе -
10%.
10. Возможность использования для разных технологических операции - 10 %.
Критерии стойкости
Стойкость инструментов определяется в первую очередь материалом, а также регламентированными оптимальными геометрическими и микрогеометрическими параметрами. Частота смены инструмента тесно связана с периодом стойкости
к = а
р I
(8)
где а - коэффициент, учитывающий организацию смены инструмента; Т - учетное время работы инструмента, г.; - период стойкости, ч.
Сведения по периоду стойкости инструментов [4 и др.] весьма противоречивы, и представленные данные имеют расхождение до десятков часов по отдельным инструментам, особенно оснащенных твердым сплавом. Это указывает на необходимость уточнения и конкретизации исследования в этом направлении, т.к. стойкость и долговечность инструментов тесно связаны с экономическим критерием качества. Период стойкости прямо пропорционально зависит и от качества подготовки инструментов к работе. Качество заточки имеет первостепенное значение для стойкости резцов, т.к. нарушение технологических режимов заточки ведет к реструктуризации материала режущих инструментов. Геометрические параметры инструментов также до конца не исследованы применительно для различных материалов и операций механической обработки. В фирме «Ясень» ВГЛТА проведены прикладные исследования по оптимизации некоторых параметров круглых пил, оказывающих влияние на качество пропила ламинированных плит. На рис. 2
представлена гистограмма рассеяния среднеарифметического размера от числа сколов для исследуемых пяти вариантов пил.
Известно, что увеличение угла ф (угла косой заточки по задней грани) приводит в снижению усилий и мощности резания. Из диаграммы видно, что наилучшим качеством пропила (меньшим числом сколов) обладает пила с угловыми параметрами: а = 20 - 30°, ф=15° (стандартный). Средние показатели качества у пил: а = 10-15°, ф=15°. С уменьшение угла косой заточки ф до 10°.
Производственные исследования стойкости круглых пил (различных форм), оснащенных твердосплавными пластинками, показали особую важность выходного контроля параметров после заточки. Доводка инструментов и предварительная их очистка повышают период стойкости до 50 %.
Таким образом, по критериям стойкости можно выделить следующие оценочные категории инструментов:
1. Выбор более прочного и износостойкого материала - 10 % (так, пилы оснащенные пластинками твердого сплава из ВК-6, показали стойкость в три и более раз выше по сравнению с ВК-15 на раскрое ламинированных древесных материалов).
2. Оптимальные параметры на данной технологической операции - 10 %.
3. Строгое соответствие геометрических параметров паспортным данным - 10 %.
4. Известный завод-изготовитель инструмента- 10 %.
5. Использование в конструкции принципов «самозаточки» резцов - 10 % (важнейшие направления поиска на современном этапе развития науки о резании древесины).
6. Качественная шлифовка инструмента, армирование режущей части силиконовым покрытием, хромирование - 10 %.
7. Эстетический внешний вид - 10 % (оказывает субъективное воздействие на работающего и таким образом часто повышает стойкость инструмента).
8. Использование современных методов повышения стойкости - 10 % [5, 6].
9. Контроль параметров после заточки и доводки - 10 %.
10. Качественная настройка в станке и наличие навыков у работающих - 10 % (установлено на основе производственного опыта).
Критерии качества обработки
Качество обработанной поверхности определяется двумя показателями: чистотой поверхности (шероховатость) и точностью форм и размеров изделия. Основным фактором ухудшения названных показателей является износ режущих элементов. Влияние затупления инструмента на точность обработки по экспериментальным данным поперечного деления заготовок тополя сечением 80 х 15 мм режущим диском на станке ЦПА-40 показано на рис. 3. В соответствии с уравнением износа [4]
(9)
где г - линейный износ инструмента, мм; а ,р- параметры, зависящие от режимов
резания и материала резцов; 5 - путь резания, м.
Износ инструмента характеризуется кривой с постепенно снижающейся интенсивностью. Разбивая весь период износа на интервалы, были построены кривые распределения для каждой партии деталей. Путем сложения ординат построена общая кривая распределения для всей партии изделий.
Поле рассеяния результатов составит 25 = 3 ■(a+aт) + i, (10) где с и от- среднее квадратичное отклонение размеров деталей для острого и притуплённого диска соответственно; г - линейный износ инструмента.
Из диаграммы видно, что максимальный износ инструмента происходит на срединном этапе приработки, а затем процесс износа несколько стабилизируется, но при этом резко возрастают силы трения и происходит интенсивный нагрев инструмента. Это может привести к потере его устойчивости, т.к. неравномерный нагрев повышает тепловые деформации инструмента, изменяя его форму, и приводит к геометрическим погрешностям обработки.
Х-ш1
12 3 4
Рис. 3. Распределение погрешностей при резании диском по мере его износа
Для устранения этих деформаций необходим тщательный выбор параметров инструмента и оптимальный режим резания.
Суммарная ошибка механической обработки включает два основных вида погрешностей: геометрические погрешности инструмента (возникающие при изготовлении или заточке) и погрешностей деформаций (температурные)
ЕЛ = ^А2г + А2 , (И)
где А, - геометрические погрешности инструмента;
А - «биение» инструмента при затуплении (рис. 3).
Наиболее полно изучены закономерности возникновения неровностей разрушения и кинематические, в недостаточной степени - неровности прожигания, неоднородного сжатия и вибрационные. Оптимизация режимов резания для различных инструментов и условий до конца не проведена и не систематизирована. Век высоких технологий настоятельно требует подключения к этому важному вопросу компьютерной базы. Качество обработанной поверхности является функцией от качества заточки и доводки инструмента. В современных условиях интенсификации производства следует повышать эффективность технологического процесса заточки [5].
Критерий качества обработки, по-видимому, должен включать следующие факторы:
1) обоснованный оптимальный режим резания -10 %;
2) достаточная простота в заточке -10 %;
3) повышенная износостойкость материала- 10 %;
4) способность к компенсации тепловых деформаций - 10 %;
5) достаточная жесткость, особенно у тонких инструментов - 10 %;
6) простота настройки и регулировки в станке - 10 %;
7) оптимизированные геометрические параметры -10 %;
8) наличие жесткости в системе -
10%;
9) усовершенствованный метод базирования (с применением специальной оснастки)-10%;
10) меньшая теплопроводность и наличие элементов охлаждения - 10 %.
В последнее время заметен явный переход от количественных показателей (критерия производительности и стойкости) к качественным, но фактор экономичности никогда не станет последним.
Критерий экономичности
Экономичность объективно характеризуется величиной затрат на единицу продукции: на приобретение, эксплуатацию, обслуживание - и дополнительных затрат. Однако ведущим фактором экономичности инструмента является его малоотходность [5].
Отсутствие рациональных режимов проведения, теоретических основ и надежных технических средств на операциях деления и формообразования древесины давлением препятствует использованию данных безотходных операций на практике. При традиционной обработке резанием мягколист-венной древесины, по данным различных исследований, теряется до 30 % древесного сырья. Основная доля потерь приходится на технологические операции деления и формообразования. Поэтому исследуемые технологические процессы деления и формообразования древесины давлением были выделены из всего многообразия процессов бесстружечного резания на основе разработанной классификации, позволяющей на стадии проектирования выбирать наиболее эффективные конструкции устройств.
Изучение процессов на базе созданной модели позволило выявить особенности их протекания и обосновать компоновку совершенной технологической оснастки. Выбрана реологическая модель для древесины мягких пород при сжатии вдоль волокон: объемная механическая модель Максвелла-Кельвина-Фойгхта. На характер процессов резания влияет три группы факторов: резец, объект и режим обработки. Поэтому на начальном этапе наших прикладных изысканий были изучены закономерности и последовательность развития деформаций для древесины мягких лиственных пород в осевом направлении, роль упругих и пластических деформаций при проведении процессов деления и формообразования.
Вследствие того, что сведения по реологическим свойствам древесины мягких лиственных пород весьма противоречивы, то проводилось экспериментальное уточнение
важнейших деформативных свойств такой древесины и выявлены внешние факторы, существенно увеличивающие эти свойства: температура проведения процессов деления и формообразования, скорость и режимы на-гружения. Зона ползучести для исследуемой древесины соответствует напряжению сжатия в пределах 4—10 МПа. В процессе деформирования древесины при сжатии происходит ее местное уплотнение и перераспределение связей между древесными волокнами, что может привести к образованию трещин и других дефектов. Было установлено, что для мягколист-венной древесины при напряжении сжатия от 5 МПа и более предел прочности на растяжение практически не меняется. Поэтому рациональным напряжением сжатия следует считать диапазон в пределах 5-6 МПа, что полностью соответствует выявленной зоне текучести мяг-колиственной древесины.
Деформативные свойства такой древесины в значительной степени могут быть увеличены под действием внешних факторов: режима и скорости нагружения, температуры проведения процессов и величины внешнего усилия, длительности воздействия нагрузки. Общая эластичная деформация при ступенчатом режиме нагружения больше деформации при непрерывно возрастающей нагрузке на величину эластичных деформаций, составляющих у древесины мягких пород до 25 % от общей деформации, поэтому такой режим нагружения является более предпочтительным в сравнении со всеми другими. Еще в большей степени, чем для древесины твердых пород, деформативнопрочностные свойства мягко-лиственной древесины меняются под действием температуры. При температуре процессов около 20°С прирост деформации на образцах увеличивается более, чем в 2 раза.
В соответствии с построенной экспериментальным путем термомеханической кривой, рациональной температурой прогрева древесины или оснастки следует считать 80-100 °С, что согласуется с данными по оптимальной температуре прогрева средних слоев древесины перед гнутьем в пределах 95-105 °С.
Важнейшую роль в процессах силового деления и формообразования играет величина внешней нагрузки. Предложена методика расчетов и разработаны программы ЭВМ по определению этого основного разрушающего фактора с учетом специфики безопасного деления и контурного формообразования. Подробный анализ силовых и энергетических параметров процессов деформирования путем определения температурных перемещений методом конечных элементов с последовательным решением задач теплопроводности и упругости на основе созданной модели контактного взаимодействия инструмента с древесиной позволил наметить пути к разработке конкретных конструкций дереворежущих инструментов для деления и формообразования древесины мягких пород давлением, а также режимов станочного резания.
Проверка в производственных условиях показала, что бесстружечное деление дисками и ножами является перспективным способом прямолинейной обработки древесины мягких пород. Наилучшие показатели по качеству реза (шероховатость в пределах 100 мкм) и энергоемкости отмечены для толщины заготовки менее 20 мм, влажностью не менее 10-15 %. Для деления заготовок большей толщины целесообразно использовать многокаскадные ножницы или специально разработанные устройства, когда ножи каждого последующего каскада внедряются глубже предыдущего.
Проведенные численные расчеты протекания технологических процессов деления и формообразования, дальнейшие лабораторные исследования и производственные испытания оснастки показали правильность выдвинутых теоретических положений. Реализация на практике процессов деления и формообразования древесины давлением должна сопровождаться оптимальными режимом нагружения, температурой и скоростными показателями. Назначены и обоснованы конструктивные параметры инструментов: диаметры окружностей резания, углы радиального и тангентального поднутрений,
длина задней поверхности режущего элемента, высота контрпрофиля с учетом температурных коэффициентов деформативности. Намечены направления по проектированию самозатачивающихся инструментов и устройств со вставными резцами повышенной износостойкости. Конструкции инструментов защищены авторскими свидетельствами и патентами РФ. Результаты НИР внедрены на 13 деревообрабатывающих предприятиях Москвы, Воронежа, Волгодонска.
Реальный экономический эффект на среднем деревообрабатывающем предприятии составляет от 50 до 200 тыс. р. за счет использования малоценной тонкомерной древесины и вовлечения в производство отходов, снижения затрат, повышения стойкости инструмента, сокращения количества операций, энергетических затрат, расхода инструментов и сокращения расхода сырья и в целом за счет повышения полезного выхода изделий из заготовок до 30 %. Наладка дереворежущего оборудования и рабочий режим эксплуатации должны выбираться с учетом особенностей используемого инструмента. Режущие диски для деления древесины: частота вращения 0:-1800 мин"1; скорость подачи 4,5-10 м/мин; средняя скорость резания до 45 м/с. Штампы для формообразования: ступенчатый режим нагружения при напряжении сжатия до 10 МПа; оптимальная температура процесса при наивысшей деформативности - 50°С; рациональная плотность декоративных элементов из мягколиственной древесины (ольхи) в пределах 500-700 кг/м3[5].
Основной экономический показатель
- себестоимость технологической операции
- зависит от скорости резания и выбранного инструмента (рис. 4).
Графики построены по результатам производственных испытаний на ООО «Астон» г. Тамбов: на продольном делении заготовок ольхи толщиной 20 мм универсальным станком, оснащенным режущим диском. Суммарная кривая себестоимости имеет минимум Уош - экономичная скорость резания.
О, р.
0,8
0,4
0,2
0,1
/
/
Г
/ \ V. 1 \ > * V ^ * V 1 ^ о
.................. - \....... 1 \ \ и / I / 1 / 3 /
1 \ 1 / /
1 ... I \ I /
1 1 / N
г I | Фонт г \
10 20 30 Дм/с
Рис. 4. Зависимость составляющих себестоимости операции по продольному делению заготовок от скорости резания: 1 - стоимость машинного времени оборудования; 2 - затраты на инструмент, его смену и наладку; 3 - непроизводственные затраты (простой оборудования и др.); 4 - суммарная зависимость себестоимости от скорости резания
Таким образом, для снижения себестоимости данной операции инструмент должен обеспечить повышение экономичной скорости резания при снижении удельного веса затрат, связанных с работой и эксплуатацией инструмента. Это достигается сокращением времени потерь на установку и смену инструмента за счет упрощения элементов крепления инструмента, создания быстросменного инструмента и др. [3]. Экономичность инструмента (наряду с критерием стойкости) может быть обеспечена созданием специализированных инструментов с подвижными (вставными) режущими кромками, подлежащими постепенному обновлению по мере износа. В этом направлении актуальна проблема по совершенствованию инструментов нового поколения, оснащенных сменными режущими
элементами из синтетических сверхтвердых материалов, а также внедрение последних упрочняющих и высоких технологий [6, 7]. Обеспечение снижения внеплановых простоев оборудования может достигаться с применением устройств, сигнализирующих о предельном износе и поломках инструментов.
Стоимость самого инструмента пропорциональна его стоимости и технологичности изготовления, точности, качеству и стоимости инструментального материала, регламентированным периодам стойкости и долговечности, многофункциональности, ремонтопригодности и, что бывает часто, предполагаемым эксплуатационным затратам на заточку, правку, ремонт, контроль, уход и другие фазы подготовки к работе. Некоторые инструменты поставляются на рынок в
виде «полуфабрикатов», например, дисковые стальные пилы после пилоштампа и вальцевания (а часто и без последнего). Это обстоятельство сильно сказывается на величине дополнительных производственных затрат (потери по вине некачественного изготовления и подготовки режущего инструмента), связанных сложными зависимостями с качественными техническими показателями режущего инструмента. Долговечность инструмента можно рассчитать по формуле
2) = (12) где tc - время работы до переточки, ч;
"шах ~~ возможное число переточек (определяется эксплуатационными характеристиками, уменьшением рабочего размера при переточке, надежностью инструмента и др. факторами). К сожалению, предлагаемые методики по расчету теоретической долговечности далеки от совершенства и погрешность расчетов составляет более 50 %. Методы расчета долговечности и ремонтопригодности [2] нуждаются в уточнении и взаимном согласовании, особенно в связи с внедрением новейших материалов и инструментов нового поколения в производство.
Итак, согласно критерию экономичности выделяем следующие оценочные показатели качества инструмента:
1) минимальная заводская себестоимость- 10 %;
2) относительно низкие эксплуатационные затраты при сравнительно высокой экономичной скорости резания - 10 %;
3) сравнительно низкие дополнительные производственные затраты (на дальнейшую заточку и др.) - 10 %;
4) возможность совмещения функций (или многофункциональность) - 10 %;
5) ремонтопригодность - 10 %;
6) наличие устройств, сигнализирующих о степени износа - 10 %;
7) возможность обновления режущих элементов по мере износа или поломки -10 %
8) сравнительно малые отходы (или без-отходность) при обработке резанием - 10 %;
9) предельно высокая долговечность
-10 %
10) способность противостоять коррозии и др. внешним воздействиям - 10 %.
Комплексный критерий качества
Техническое совершенство работы дереворежущих станков поддерживается качеством режущего инструмента, а экономичная целесообразность технологической операции предопределяется уровнем организации инструментального хозяйства.
Комплексный критерий качества инструмента совмещает в себе функции других 5 критериев и является среднеарифметическим от них. Создание инструмента со 100-процентным качеством теоретически возможно на современном уровне развития техники, поэтому при проектировании новых деревообрабатывающих инструментов следует отдавать предпочтение инструментам, имеющим максимальный комплексный критерий или близкий к 100 %. Сравнительный анализ качества инструментов до сих пор проводится по отдельным показателям, без конкретной количественной оценки.
В связи с этим на базе лаборатории станков и инструментов ВГЛТА в последние годы проводилась негосударственная сертификация некоторых широко используемых в регионе инструментов: круглых и ленточных пил, насадных и концевых фрез, стро-гально-фрезерных ножей и др. Установлено, что в результате мероприятий по уходу (заточка, балансировка, сборка, настройка, установка и др.) из-за недостаточной точности применяемого оборудования и низкой квалификации работающих, при отсутствии подготовительных операций по контролю параметров и доводки почти все инструменты на различных стадиях использования теряют более половины своего качества по комплексному критерию. При последующей установке, наладке и проверке на станке инструмент может быть полностью непригоден к работе. Практически был установлен критический предел по комплексному критерию, равный 30 %, когда инструмент подле-
жит выбраковке. Следует отметить, что оценка качества любого инструмента требует не только достаточно высокой квалификации эксперта, но и наличие необходимого, точного измерительного оборудования и приборов: инструментальный микроскоп, твердомер, профилометр.
Критерии качества инструментов проверялись на промышленно выпускаемых позиционных станках лаборатории и в производственных условиях деревообрабатывающих и мебельных предприятиях города: «Ясень» ВГЛТА, ООО «Ниса» и др. В результате оценки, например, установлено, что круглая пила с пластинками твердого сплава немецкого производства имеет комплексный критерий качества 72 %, а аналогичная пила, но бывшая в употреблении, уже 50 %. Строгально-фрезер-ный нож - всего 34 %. Фреза насадная цилиндрическая по ГОСТ 14958-79 - 50 %. Круглая строгальная пила по ГОСТ 18479-73, но бывшая в употреблении - 56 %. Штамп для мозаичного паркета ВГЛТА - 82 %, а режущий
« О-
диск по патенту РФ № 2041300 с 4-мя ступенями резания обладает наилучшим комплексным критерием, величина достигает 80 %.
По полученным данным попытаемся сделать анализ качества инструментов от их предлагаемой стоимости (рис. 5). Согласно полученной зависимости разработанный комплексный критерий качества инструментов почти прямо пропорционально зависит от их рыночной стоимости. Таким образом, по рыночной цене инструмента можно ориентировать его качество. Однако во многих случаях (особенно на инструменте, бывшем в пользовании) представление зависимости не функционирует: концевые фрезы китайского производства, насадные фрезы с ТСП производства Украины, круглые пилы с ТСП производства Чехии и др. испытуемые дереворежущие инструменты. Перестройка последнего десятилетия, кризис инструментальной промышленности привели к засилью на рынке инструментов иностранного производства, качество которого весьма сомнительно.
40
100 1000 2000 Рыночная
стоимость, р.
Рис. 5. Изменение качества инструментов в зависимости от их стоимости
Однако первенство России в теоретическом обосновании конструкций инструментов остается, несомненно, и сейчас. Уникальны отечественные разработки в области материаловедения, повышения стойкости инструментов, проектирования. Иностранные же конкуренты совершенствуют конструкции инструментов на основе статистических данных, используя развитую промышленную базу и налаженные коммерческие связи.
Создание единого российского центра сертификации инструментов позволило бы сконцентрировать внимание отечественных производителей на качестве выпускаемых инструментов, обосновать их фактическую стоимость и наладить массовое промышленное изготовление инструментов нового поколения, превосходящих своим качеством иностранные устройства. В процессе разработки комплексного критерия качества для дереворежущих инструментов были вскрыты задачи, стоящие перед инструментальщиками на современном этапе развития лесного комплекса.
1. Проектирование новых инструментов с комплексным критерием менее 50 % нецелесообразно, т.к. критический порог качества составляет 30 %. Качество инструмента за время эксплуатации в силу различных причин неизменно снижается [8].
2. Конструкции деревообрабатывающих машин в целом и инструмент обязательно должны проходить тестирование на виброустойчивость [9]. Необходимо дальнейшее исследование критических и резонансных частот при резании инструментом различных пород древесины.
3.Скоростные режимы эксплуатации определяет производительность инструмента. В целом работоспособность режущего инструмента неразрывно связана со степенью остроты режущих кромок. Скоростные возможности инструментов до конца не выяснены и при подготовке к работе обязательны операции статической и динамической балансировки инструментов.
4. Существует острая необходимость в уточнении и конкретизации исследований пе-
риода стойкости широкой номенклатуры инструментов. Стойкость инструментов зависит от качества их подготовки, заточки, настройки и установки. Предварительная очистка, доводка и выходной контроль параметров после заточки повышает стойкость до 50 %.
5. Оптимизация параметров инструментов применительно к условиям обработки древесины приводит к снижению погрешностей, однако недостаточно исследованы процессы возникновения неровностей «прижигания», неоднородного сжатия и вибрационных. Качество обработанной поверхности является функцией качества заточки и доводки.
6. Научное обоснование и освоение промышленностью перспективных технологических процессов по обработке древесины давлением позволяет повысить экономичность различных операций и полностью перерабатывать древесное сырье. Совершенствование этих процессов деформирования в XXI веке носит объективный характер. Безотходные технологические операции обработки мягко-лиственной древесины позволяют существенно заменить твердолиственные ценные породы древесины в промышленном изготовлении декоративных элементов мебели, столярно-строительных и др. изделий, а также повысить производительность труда, улучшить качество срезков и формованных элементов.
7. Проектируемые и создаваемые инструменты должны обладать повышенными экономичными скоростями резания. Актуальна проблема по разработке экономичных инструментов с подвижными (вставными) режущими кромками, обновляемыми по мере изнашивания и выполненными из сверхтвердых материалов.
8. Методики современных расчетов долговечности и ремонтопригодности далеки от совершенства и предполагают значительные погрешности. Величина эксплуатационных затрат редко учитывается в стоимости инструмента и приводит к снижению их экономических показателей.
9. Проведенные исследования по оценке качества различных инструментов точно указывают критический предел по комплекс -
ному критерию, а численная величина разработанного критерия пропорциональна рыночной цене дереворежущих инструментов. Режущие диски обладают высоким качеством в сравнении с другими инструментами и перспективны для промышленного освоения.
Библиографический список
1. Симеон, И.И. Обеспечение безопасности в сто-лярно-строительном производстве / И.И. Симеон. -Л.: Стойиздат, 1988 - 152с.
2. Маковский, Н.В. Теория и конструкция деревообрабатывающих машин / Н.В. Маковский. - М.: Лесная пром-сть, 1990. -608 с.
3. Кирсанов, Г.Н. Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструментов / Г.Н. Кирсанов. -М.: Машиностроение, 1986.-288 с.
4. Зотов, Г.А. Подготовка и эксплуатация дереворе-
жущего инструмента / Г.А. Зотов, Ф.А. Швырев. - М.: Лесная пром-сть», 1986. - 302 с.
5. Ивановский, В.П. Бесстружечное резание древесины мягких пород / В.П. Ивановский. - Воронеж.: ВГУ, 2003,- 170 с.
6. Зотов, Г.А. Повышение стойкости дереворежущего инструмента / Г.А. Зотов, Е.А. Памфилов. - М.: Экология, 1991.-301 с.
7. Когаев, В.П. Прочность и износостойкость деталей машин / В.П. Когаев, Ю.Н. Дроздов. - М.: Высш. шк., 1994.-319 с.
8. Манжос, Ф.М. Качество дереворежущих инструментов / Ф.М. Манжос // Новое в технике и технологии дерезообработки.: науч. тр. Украин. НИИ механ. обработки древесины. - М.: Лесная пром-сть, 1972.-С. 6-23.
9. Маковский, Н.В. Проектирование деревообрабатывающих машин / Н.В. Маковский. - М.: Лесная пром-сть, 1982.-304 с.
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ВЫХОДА ПИЛОПРОДУКЦИИ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ДРЕВЕСИНЫ ОТ РУБОК УХОДА
Ф.В. ПОШАРНИКОВ, проф., зав. каф. технологии и оборудования лесопромышленного производства ВГЛТА, действ, член Академии естествознания РФ, д-р техн. наук, A.C. ЧЕРНЫХ, доц. каф. технологии и оборудования лесопромышленного производства ВГЛТА, канд. техн. наук
Полное использование в лесопильных цехах сырья от рубок промежуточного пользования с широким диапазоном раз-мерно-качественных параметров должно осуществляться на основе рационального раскроя бревен на пилопродукцию целевого назначения. Учитывая специфику и качество, многосортность и неоднородность пиловочника, заготавливаемого от рубок промежуточного пользования, особое внимание должно уделяться индивидуальному подходу к раскрою каждого бревна.
При этом в современном лесопилении требуется разработка вопросов по оптимизации и моделированию индивидуального раскроя лесоматериалов. В ВГЛТА проведены исследования по моделированию раскроя лесоматериалов с учетом их индивидуальных особенностей [1,2].
Модель заготовки (пиловочника) в структурной форме может быть представлена как
где - число заготовок;
- поверхности заготовок; Яр® - параметры поверхностей заготовок (Яр 10 - диаметр бревен пиловочных, м; Яр!0 - сбег бревен пиловочных, см/м; Яр]0 - длина бревен пиловочных, м; Яр10 - кривизна бревен пиловочных, %; Яр10 - порода древесины; Яр10 - влажность древесины, %; Л' - температура древесины, °С; Лр10 - размер сердцевинной гнили, доли диаметра;
Яр]0 - зона хлыста, из которой выпилен пиловочник;
Яз°)0 - число сучьев на поверхности бревна;
Пр\0 - эллиптичность вершинного торца);
Я^ пЕ - значения параметров поверхностей заготовок.
