CC BY
7
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
УДК 674.053:
621.93.024.74 Article info Received 07.02.2017
П1ДВИЩЕННЯ СТ1ИКОСТ1 ПРОТИ СПРАЦЮВАННЯ ПИЛОК ШЛЯХОМ ЗАГОСТРЕННЯ ПЕРЕРВНИМИ АБРАЗИВНИМИ КРУГАМИ
М. I. Пилипчук, Р. В. Павлюк
НЛТУ Украши, м. Львiв, Украша
Описано методику i результати проведеного дослвдження. Запропоновано математичну модель спрацювання зубщв сталевих пилок у виглявд полiнома третього степеня. Отримано рiвняння регре-сп, яке характеризуе залежнiсть площi спрацювання леза зубщв сталевих пилок вiд шляху рiзання i кiлькостi перерв абразивного круга. Доведено вплив кшькосп перерв круга на величину площi спрацювання зубщв пилки. Визначено рацюнальну кiлькiсть перерв круга. Встановлено граничний шлях рiзання до втрати працездатносл пилки загостреноТ перервним абразивним кругом.
Ключоег слова: сталева пилка, перервний абразивний круг, модель спрацювання, рiвняння регре-сiТ, шлях рiзання, стiйкiсть проти спрацювання.
Постановка проблеми. Рамш i дисковi сталевi пилки широко використовують для поздовжнього роз-пилювання деревини рiзних порiд. Наявний спосiб за-гострювання цих пилок суцшьними абразивними кругами малопродуктивний i не забезпечуе надежно! стшкосп зубцiв проти спрацювання. Збiдьшення пода-вання на врiзання круга веде до значного нагревания леза зубщв пилки, пiдпалювания i в подальшому ш-тенсивно! втрати гостроти. Усунути цей недодiк мож-ливо використанням перервних абразивних круг1в (Kiryk, & Pavljuk, 2000), що дасть змогу зменшити температуру поверхнi зубця, уникнути структур них перетворень металу, збiдьшити подавання на врiзания, пiдвищити стiйкiсть леза зубця проти спрацювання.
Аналiз останнгх дослщжень i публiкацiй. Процес шлiфування сталей досдiджено у багатьох роботах, зокрема А. В. Яюмова, О. О. Яюмова, Д.Г. Евсеева (Yakymov, 1975; 2014; Evseev, & Salnikov, 1978). За результатами цих дослвджень встановлено, що коли процес шлiфування виконувати з певними перервами i тривалiстю шдiфувания мiж цими перервами меншою вiд часу теплового насичення металу, то за час розри-ву процесу шдiфувания знижуеться температура на поверхш оброблювано! детадi. Завдяки цьому вдаеться уникнути дефекпв шлiфування. На основi попереднiх досдiджень (Kiryk, & Pavljuk, 2000) встановлено, що споиб перервного шлiфування е ефек-тивним для загострювання сталевого дереворiзадьно-го iнструмента. Розроблено конструкцию перервного абразивного круга (Pavljuk, 2015; Deklaracijnyj patent Ukrainy № 22538, 2007), проведено дослвдження тем-ператури, шорсткосп i твердостi поверхнi зубця за-гостреного суцiдьними i перервними кругами (Pavljuk, 2002). Встановлено, що використання перервних абразивних крупв не спричиняе припалювання рiзальних крайок вершин зубщв i забезпечуе постшну !хню твердiсть.
Мета дослiдження. Встановити залежшсть вели-чини спрацювання зубщв сталевих пилок ввд шляху рiзання i кiдькостi перерв круга. Вибрати рацюнальну юльюсть перерв круга. Визначити стшкють проти спрацювання зубцiв пилок, загострених перервними абразивними кругами.
Виклад основного матерiалу. Для досдiджения
кшьюстю зубщв г = 60, кут загострювання в = 40°, пе-реднш кут у = 35°, заднш кут а = 15°, зубщ з ламаною задньою поверхнею з1 сташ 9ХФ.
Для загострювання пилок використовували сущль-ш 1 перервш абразивш круги на керам1чнш зв'язщ, зернистктю - 40 нормальна, матер1ал зерна - електро-корунд 25А, середньо! структури № 6, 7, твердкть СМ2. Дослвди проводили на круглопилковому прир1з-ному верстай для поздовжнього розпилювання модел1 ЦДК4-2. Розпилювали сух1 буков1 дошки волопстю 8...10 %. Ус дослвди виконували з постшною швид-юстю подавання и = 24 м/хв. Проведено п'ять серш дослiдiв. Порiвнювали першу серто для пилки, загос-трено! суцiльним абразивним кругом, iншi чотири сери - кругами з юлыастю перерв и = 3. 6. 9. 12 (рис. 1).
Рис. 1. Абразивш круги з перервною робочою поверхнею
Для кшьюсного ощнювання спрацювання леза зубця пилки використовують лшшне або масове спрацювання. Замiряти лшшш параметри або масу спрацювання важко i вони не вщображають характер самого процесу. Найпростшим та ефективним способом е вимiрювання площi спрацювання леза зубця (рис. 2), який застосовано шд час дослвджування, а площа е показником ощнювання величини спрацю-вання леза зубця.
Шлях рiзання визначали за формулою Ln ■ lp
Lp = -
(1)
де: Ln
1000■Sz
сумарна довжина пропилу, м; lp - довжина
дуги рiзання, мм; Sz - подавання на зубець, мм.
Довжина дуги рiзання залежить ввд параметр1в iнструмента, умов рiзання i товщини дошки: ф = arccos фвш — arccos фга;
lp = R ■
cosfgj =
R — a; R '
cos фвх =
R — h — a R
(2)
використовували круга пилки дiаметром 400 мм, з
Citation APA: Pylypchuk, M., & Pavlyuk, R. (2017). Increasing Saw Resistance to Wear by Sharpening Interruption Abrasive Circles. Scientific Bulletin of UNFU, 27(1), 160-163. Retrieved from http://nv.nltu.edu.ua/index.php/journal/article/view/189 160 Scientific Bulletin of UNFU, 2017, vol. 27, no 1
Науковий вкник НЛТУ де: Я - радiус пилки; фк - кут контакту зубця пилки з деревиною; фвх - кут входження зубця в деревину; фвих - кут виходу зубця з деревини; а - виступ пилки за матерiал; Н - товщина загопвки.
Рис. 2. Схема вимiрювання площi спрацювання леза зубця: Б] - площа спрацювання леза загостреного зубця; Б2 - для спрацьованого зубця
У кожному дослщ пiсля проходження фшсованого шляху рiзання, пилку знiмали i фотографували лезо зубцiв пiд мшроскопом зi збiльшенням у 37 разiв. Од-ночасно фотографували мiкроштрих з цшою подiлки 0,01 мм. Площу спрацювання Р1 вимiрювали обведен-ням контуру О, а, Ь (див. рис. 2) - для гострого зубця i площу Р2 обведенням контуру О, с, ё - для затуплено-го зубця. У першому дослщ площу спрацювання виз-начили для всiх зубцiв пилки (г = 60 шт.). Шсля ста-тистичного оброблення результатiв визначили коефь цieнт варiаци площi спрацювання, який дорiвнював 5,36 %. За цим показником визначили мшмально пот-рiбну кiлькiсть замiрiв для подальших дослiджень
t2 • V2
Пд (3)
Р2
де: t - критерiй Ст'дента; и - коефiцieнт варiацií; Р -необхщна точнiсть дослiдiв (Р=5 %).
Для 60 замiрiв критерiй Ст'дента дорiвнюe 2. Тодi пд > 4,596. Для всх наступних дослщв було прийня-то пд = 6 замiрiв (для кожного десятого зубця пилки).
Результати вимiрювань площi спрацювання зубцiв пилки залежно вщ шляху рiзання i кiлькостi перерв круга наведено у таблищ.
Табл. Результати вимпрювань площ1
Шлях рiзання, тис. м Площа спрацювання леза зубщв у тис. мкм2 пилок, загострених абразивними кругами
суцшь-ним перервним iз кшьюстю перерв круга, п шт.
3 6 9 12
0 1,0993 1,09936 0,9957 1,0254 1,0963
11,8967 4,3742 1,8586 1,7574 1,7824 2,8384
23,7933 7,2289 3,9276 2,7524 2,9876 4,6782
45,1936 10,6843 6,4429 4,2533 4,7566 7,1125
68,5907 13,1077 8,2541 5,7421 6,2487 9,1754
97,1244 14,0054 9,6271 6,9821 7,4209 10,4358
122,777 14,5317 10,3425 7,3579 8,0126 11,1524
148,766 15,0945 10,9711 7,9941 8,4231 11,8258
175,005 16,0675 11,9928 8,5427 9,0427 12,7961
200,003 19,5958 13,3824 9,7236 10,2508 14,3435
220,313 23,4296 15,1725 10,9431 11,5842 16,2984
239,061 29,4791 17,3548 12,2872 13,2509 18,9115
Залежно вщ довжини шляху рiзання змiнюeться не тiльки площа спрацювання, але i характер спрацювання леза зубця (рис. 3). До початку рiзання, коли Ьр = 0 загострений i доведений зубець мае радiус загос-трення р = 10.. .15 мкм, гранi зубця рiвнi i гладенькi (рис. 3, а). З часом, коли шлях рiзання досягне Ьр =
150 тис. м, радiус заокруглення леза зростае до р= 30.40 мкм i на переднiй i заднiй поверхнях зубця по-мiтнi слiди спрацювання i викришування (див. рис. 3, б). Для затуплених зубщв, коли шлях рiзання сягае 230 тис. м, лезо зубця зношене по переднш i заднiй поверхнях, на яких видно задирки, хоча радiус загос-трення немае iстотного зростання i становить 50.60 мкм (див. рис. 3, в). У подальшому спостертаеться виламування леза зубця (див. рис. 3, г) або вщгинання його у бпс передньоТ поверхш (див. рис. 3, д).
Рис. 3. Стад11 спрацювання зубцiв пилки пщ час розпилюван-ня деревини твердо! породи (бук)
Залежшсть площi спрацювання леза зубщв пилки у тис. мкм2 описуеться полшомом третього степеня (рис. 4) у виглядi рiвняння регреси
Реп = «3 • + а2 • 1?р + а • Ьр + а0, (4)
де а3, а2, й1, а0 - коефiцiенти рiвняння регреси, що за-лежать вщ кiлькостi перерв круга.
Залежнiсть коефщенлв рiвняння регреси вiд кшь-косл перерв круга можна описати полшомом другого степеня (рис. 4-6).
Кшыасть перерв круга: Рис. 4. Залежшсть коефщента а в1д кшькосп перерв круга
Scientific ВиИейп of UNFU, 2017, vol. 27, по 1
161
Рис. 5. Залежнють коефщента а2 вiд кшькосп перерв круга
Кшыасть перерв круга п Рис. 6. Залежн1сть коефщента а3 в1д к1лькост1 перерв круга
Тодi рiвняння регреси (4) запишемо у виглядi за-лежностi
Рсп = (2 • 10-7 • п2 - 2 • 10-6 • п + 7 • 10-6) • и + +(-6 • 10-5 • п2 + 8 •Ю-4 • п - 0,0026) х Хр + (5) +(0,0053 • п2 - 0,0737 • п + 0,3209) • Х +1,0632.
Адекватнiсть рiвняння регреси перевiряли за кри-терiем Фiшера Рт =3 для /ад =8 i /у =60; Рр =1,76. З рис. 4-6 добре спостери^аеться наявнiсть екстремуму у коефщеипв а1, а2, а3 для кшькосп перерв круга в межах вщ 6 до 9, отримано графж залежност спрацю-вання леза вщ шляху рiзання (рис. 7). Виходячи з конструктивних мiркувань i можливостей балансуван-ня круга прийнято за рацiональну парну кiлькiсть перерв - вклм.
50 100 150 200 250 Шлях ргзання Lp, тис. м Рис. 7. Залежнють площi спрацювання леза зубщв пилки вiд шляху рiзання i кшькосп перерв круга
Дослiдження показало, що критичним е спрацювання зубця пилки Fen =15 тис. мкм2. Шсля досягнен-ня ще! межi спостережень pÍ3Ke зростання сил рiзан-ня, вiбрацiя заготiвки та почорншня поверхонь пропилу внаслщок горiння. Подальша експлуатацiя пилки стае неможливою. Виходячи з цього визначили гранично можливий шлях рiзання (рис. 8).
Встановлено, що для пилки, загострено! суцшьним абразивним кругом, межею шляху рiзання е 150 тис.
м, а для пилки, загострено1 кругом з в1сьмома перервами, шлях р1зання становить 250 тис. м, тобто в 1,67 раза бшьше.
В 40-ь 35-
0 50 100 150 200 250 300 Шлях рпаиия Lp, тис. м Рис. 8. Визначення граничного шляху рiзання для розпилю-вання деревини бука пилкою, загостреною суцiльним i пе-рервним абразивним кругом з п = 8
Висновки. Вперше проведено порiвняльнi досль дження спрацювання лез зубщв сталевих пилок, за-гострених суцшьним i перервними абразивними кругами. Для кшькюного оцiнювання спрацювання зубщв пилок доцшьно прийняти площу спрацювання його леза, як функцш вiд шляху рiзання i кшькосп перерв круга. Залежнють плошд спрацювання леза зубщв пилки адекватно описуеться полшомом третьо-го степеня. Ращональною кiлькiстю перерв круга е вь сiм. Використання перервних абразивних крупв для загострення сталевих пилок забезпечуе шдвищення стiйкостi в 1,67 раза.
Шдвищення стшкосп пилок проти спрацювання дае змогу зменшити !х рiчну витрату та просто! вер-стапв на замiну iнструменту i цим самим пщвищити продуктивнiсть процесу пиляння.
Перелж використаних джерел
Deklaracijnyj patent Ukrainy № 22538. (2007). Perervnyj zbirnyj abrazyvnyj krug. R. V. Pavljuk: Zajavnyk. Nacionalnyj lisoteh-nichnyj universytet Ukrainy. Zajavleno17.11.2006, Opubl. 25.04.2007, Bjul. № 3, p. 2. [In Ukrainian]. Evseev, D. G., & Salnikov, A. N. (1978). Fizicheskie osnovy shlifo-
vanija. Saratov: Izd. Sarat. un-ta, p. 128. [In Russian]. Yakimov, O. O. (2014). Tehnologichne zabezpechennja jakosti po-verhnevogo sharu zubiv vysokotochnyh zubchastyh kolis pry shlifuvanni: Dissertation of doctor of technical Sciences (05.02.08). Odesk. polit. un-et. Odesa, p. 450. [In Ukrainian]. Yakymov, A. V. (1975). Optymizacija procesa shlifUvannja. Moscow: Mashynostroenye, p. 176. [In Ukrainian]. Kiryk, M. D., & Pavljuk, R. V. (2000). Specificity of sharpening woodcutting tooth of saws. Scientific Bulletin of UNFU, 10(1), pp. 262-266. Retrived from: http://nltu.edu.ua/nv/Archi-ve/2000/10_1/51 .pdf. [In Ukrainian]. Pavljuk, R. V. (2002). Influencing of modes of sharpening on a roughness and microhardness of a working surface of teethes of steel saws. Scientific Bulletin of UNFU, 12(5), pp. 50-54. Retrived from: http://nltu.edu.ua/nv/Archive/2002/12_5/20.pdf. [In Ukrainian].
Pavljuk, R. V. (2015). The improvement of the frame saws sharpening technology using faltering abrasive circles. Scientific Bulletin of UNFU, 25(1), pp. 179-183. Retrived from: http://nltu.edu.ua/nv/Archive/2015/25_1/31.pdf. [In Ukrainian].
162
Scientific Bulletin of UNFU, 2017, vol. 27, no 1
М. И. Пилипчук, Р. В. Павлюк
ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПИЛ ПУТЕМ ЗАТОЧКИ ПРЕРЫВИСТЫМИ АБРАЗИВНЫМИ КРУГАМИ
Описаны методика и результаты проведенного исследования. Предложена математическая модель износа зубьев стальных пил в виде полинома третей степени. Получено уравнение регрессии, характеризующее зависимость площади износа зубьев пил от пути резания и количества перерывов абразивного круга. Показано влияние количества прерываний круга на величину площади износа зубьев пил. Определено рациональное количество прерываний круга. Установлена рациональная износостойкость пил, заточенных прерывистым абразивным кругом.
Ключевые слова: заточка, стальная пила, прерывистый абразивный круг, модель износа, уравнение регрессии, путь резания, износостойкость.
M. I. Pylypchuk, R. V. Pavlyuk
INCREASING SAW RESISTANCE TO WEAR BY SHARPENING INTERRUPTION ABRASIVE CIRCLES
The existing method of sharpening steel saws with solid abrasive wheels is of low productivity and doesn't provide high level of wear resistance. Abrasive wheels with intermittent sharpening surface may be used to avoid this drawback. The purpose of the study is to identify the relationship between the teeth wear area, cutting path and the number of abrasive wheel interruptions, and to define the rational number of interruptions and circular saw replacement frequency during sawing wood. We used a circular saw blade with the diameter of 400 mm and 60 square top teeth on the blade. Experiments were conducted on circular sawing woodworking machines with crawler conveyor. Dried beech boards were sawn. Speed of conveying workpieces was constant - 24 m/min. Five series of experiments were carried out. The first series was with saw sharped by continuous abrasive wheels. The next series was with saw sharped by intermittent abrasive wheels with the number of interruptions - 3, 6, 9, 12. We used circles ceramic bond. For quantitative evaluation of saw blade teeth' wear we used the area of blade teeth' wear. Cutting path is determined as a function from the length of the cut, cutting arc length and filing for tooth. The wear area was measured using the integrated methodology and 'Compass' software. During the cutting process the blade teeth wear on the front and back sides. At the beginning the area of blade teeth ware increased rapidly; later ware intensity decreases and progressed into the phase of steady wear. After reaching a value of 15x103 ^m2 sharp increase of wear area was observed and some teeth had broken down or bent blades. On the basis of the experiments and model analysis, it could be stated that as the number of interruptions increases the area of blade teeth ware decreases. Subsequent exploitation of the circular saw is impossible. To conclude, we have conducted for the first time comparative research of wear of steel circular saw blades teeth sharpened with continuous and interruption abrasive circles. Using abrasive wheels with intermittent grinding surface may increase wear resistance of circular saws to 1.67 times. This helps reduce expenses on circular saws, machines and replacement of instrument and increase their productivity.
Keywords: sharpening; steel saw blade; interruption abrasive circle; mathematical model of wear; regression equation; cutting path; wear resistance.
1нформащя про aBTopiB:
М. I. Пилипчук, канд. техн. наук, професор, НЛТУ УкраТни, м. Львiв, УкраТна Р. В. Павлюк, асистент, НЛТУ УкраТни, м. Львiв, УкраТна.
E-mail: pavlyuk_roman76@list.ru
Scientific Bulletin of UNFU, 2017, vol. 27, no 1
163
