CC BY
31
152_ISSN 1683-0377. Трулы БГТУ. 2014. № 2. Лесная и деревообрабатывающая промышленность
УДК 674.914:674.338
В. В. Раповец, кандидат технических наук, старший преподаватель (БГТУ)
ПОВЫШЕНИЕ ПЕРИОДА СТОЙКОСТИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ФРЕЗЕРНО-БРУСУЮЩИХ СТАНКОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТВЕРДОГО СПЛАВА В КОНСТРУКЦИЯХ ДВУХЛЕЗВИЙНЫХ НОЖЕЙ
В статье содержатся результаты экспериментальных исследований периода стойкости двух-лезвийных ножей новых составных конструкций, оснащенных металлокерамическими твердыми сплавами вольфрамокобальтовой группы при агрегатной обработке бревен на фрезерно-брусующих станках. Подтверждена целесообразность оснащения режущего инструмента фре-зерно-брусующих станков твердыми сплавами.
The article contains the results of experimental research of resistance period of double-blades knives new of composite structures, equipped with metal-ceramic hard alloys, including tungsten-cobalt group when you aggregate logs for chipper canter machines. Confirmed expediency of equipment of the cutting tool of chipper canter machines hard alloys.
Введение. В настоящее время в деревообрабатывающей промышленности наряду с натуральной древесиной различных пород применяют труднообрабатываемые древесные материалы: древесностружечные и древесноволокнистые плиты, древеснослоистые пластики, фанеру, мебельный щит и др. Наличие синтетических связующих, органических и минеральных наполнителей приводит к тому, что обработка этих материалов инструментом из инструментальных легированных сталей малоэффективна и не всегда является экономически оправданной. Для обработки таких древесных материалов применяют цельный, составной или сборный режущий инструмент, оснащенный твердым сплавом [1, 2].
Твердые сплавы представляют собой тугоплавкие, износостойкие материалы повышенной твердости. Они имеют условное разделение на металлокерамические и литые сплавы. Такое деление обусловлено назначением, составом, физико-химическими свойствами и технологией изготовления. Металлокерамические твердые сплавы получают методом порошковой металлургии. Основой сплавов являются зерна карбидов вольфрама, титана, тантала, и в качестве связки чаще используется кобальт. Процесс изготовления металлокерамических твердых сплавов включает следующие основные операции: смешивание порошков карбидов и связующего, прессование с получением заготовок необходимых формы и размеров, спекание сформированных заготовок при высокой температуре в защитных средах [7].
Для изготовления различного по назначению дереворежущего инструмента широко применяют вольфрамокобальтовые твердые сплавы, так как они обладают достаточной износостойкостью и более высокими физико-механическими свойствами по сравнению с инструментальными легированными сталями [3].
Традиционно режущий инструмент фрезерно-брусующих станков изготавливают из различных инструментальных сталей, например углеродистой стали У8А, инструментальных легированных сталей 6ХС и 9ХС повышенной прокаливаемости, применяются высоколегированные стали марок 4Х5МФ, 55Х6В3СМ и 55Х7ВСМФ. Для фрезерно-брусующих станков также рекомендуются легированные инструментальные стали марок 6Х6В3МФС и 5Х3В3МФС. Инструмент подвергают термической обработке с обеспечением твердости в единицах по ИЯС 57-61 [5].
Основная часть. На основании лабораторных исследований и полученных результатов, приняв за базовый вариант эксплуатируемую на деревообрабатывающем предприятии ОАО «Борисовский ДОК» конструкцию цельного двух-лезвийного ножа из инструментальной легированной стали 4Х5МФ спиральной фрезы фре-зерно-брусующих станков (ФБС) Р8Р 500, нами разработаны и изготовлены составные двухлез-вийные ножи, оснащенные металлокерамиче-скими твердыми сплавами вольфрамокобаль-товой группы и проведены их опытно-промышленные испытания (рисунок).
Последовательность мероприятий при проведении опытно-промышленных испытаний составных двухлезвийных ножей, упрочненных металлокерамическими твердыми сплавами, состояла из следующих этапов.
- Подготовка режущего инструмента к работе. На правую сборную торцово-коническую фрезу был установлен составной двухлезвий-ный нож с пластиной металлокерамического твердого сплава ВК15 вольфрамокобальтовой группы, а на левую - базовый нож из инструментальной легированной стали 4Х5МФ для обеспечения идентичных условий работы. Ножи имели следующие угловые параметры: угол заточки короткого и длинного лезвий по 40°,
Деревообрабатывающая промышленность
153
задний угол на лезвиях ножа составлял 3-5°. Каждый нож был заточен и доведен до радиуса округления кромок лезвий 4-6 мкм, выставлен по ножевой спирали с необходимым смещением на толщину щепы 5 мм в корпусе фрезы при помощи специального шаблона.
Составной двухлезвийный нож c пластиной ВК 15 твердого сплава
- Подготовка и обработка древесины на промышленных режимах. Обрабатывались све-жесрубленная древесина сосны и ели влажностью 35-40% с вершинным диаметром бревна 14-28 см на фрезерно-брусующем станке РБР 500 первого ряда со скоростью главного движения вторых порядковых ножей спирали 18,8 м/с и скоростью подачи 38,5 м/мин в соответствии со спецификацией предприятия по выпуску продукции. Древесина проходила предварительную сортировку, через металло-искатель - устройство, позволяющее определять в древесине наличие металлических включений, измерительное устройство и окорочный станок. Обработка древесины хвойных пород на фрезерно-брусующем станке осуществлялась до полной потери ножами режущей способности. Критерием потери ножами режущей способности являлось неудовлетворительное качество поверхности пласти 2-кантного бруса или наличие появившихся на пластях бруса сколов и отдельных вырывов, при которых процесс обработки бревен прекращался. Фиксировались параметры обработки (порода, вершинный диаметр, количество, высота бруса).
- Измерение радиуса округления режущих кромок двухлезвийных ножей. Радиусы округления режущих кромок составного с пластиной твердого сплава и базового из легированной стали 4Х5МФ двухлезвийных ножей определялись экспериментально методом слепков с последующим измерением значений на японском
растровом электронном микроскопе JEOL JSM-5610, установленном в лаборатории физико-химических методов исследования БГТУ.
- Расчет суммарного пути резания ножами. Суммарный путь резания, м, двухлезвийными ножами определялся по зависимостям, представленным в литературе [4]. По рассчитанным значениям суммарного пути резания и измеренному радиусу округления кромки ножа рассчитывалось приращение s, мкм/м, радиуса округления режущей кромки ножа при прохождении им пути резания в 1 м.
Сводные данные параметров обработки древесины на станке PSP 500 ОАО «Борисовский ДОК» составными двухлезвийными ножами, упрочненными твердым сплавом, представлены в таблице.
Сводные данные параметров обработки древесины составными двухлезвийными ножами на станке PSP 500, упрочненными твердым сплавом
№ п/п Порода древесины Кол-во, 3 м Диаметр бревна, см Высота бруса, мм Путь резания, м
1-я смена
1 сосна 0,3 120 106 15,3
2 сосна 0,2 160 106 25,7
3 сосна 2,8 200 128 243,8
4 сосна 19,7 220 128 1638,6
5 сосна 79,2 240 154 5620,7
6 сосна 24,2 260 154 1665,3
7 сосна 5,09 280 154 368,8
8 сосна 1,68 300 154 108,9
9 сосна 0,09 140 106 9,3
10 сосна 0,24 160 106 25,7
11 сосна 0,31 180 106 31,6
12 сосна 1,08 240 154 76,5
13 сосна 14,4 260 154 986,0
14 сосна 61,7 280 154 4106,4
15 сосна 12,4 300 154 816,5
2-я смена
1 сосна 0,2 120 106 11,5
2 сосна 0,7 140 106 65,2
3 сосна 6,10 160 106 630,1
4 сосна 33,1 180 106 3352,0
5 сосна 115,0 200 128 10158,8
6 сосна 15,9 220 128 1314,65
7 сосна 1,4 240 154 95,6
8 сосна 11,8 260 154 810,7
9 сосна 31,9 280 154 2311,4
10 сосна 8,4 300 154 544,3
11 сосна 0,5 320 154 29,8
3-я смена
1 сосна 0,9 100 80 93,9
2 сосна 0,1 110 80 7,9
3 сосна 0,7 120 106 37,3
4 сосна 10,3 140 106 987,2
154_ISSN 1683-0377. Труды БГТУ. 2014. № 2. Лесная и деревообрабатывающая промышленность
Окончание таблицы
№ п/п Порода древесины Кол-во, м3 Диаметр бревна, см Высота бруса, мм Путь резания, м
5 сосна 58,4 160 106 6056,6
6 сосна 99,9 180 106 10122,2
7 сосна 4,6 200 128 406,6
8 сосна 0,2 220 128 19,1
4-я смена
1 ель 0,1 140 106 9,3
2 ель 0,9 160 106 90,0
3 ель 0,2 200 128 16,3
4 ель 2,9 220 128 247,7
5 ель 54,9 240 154 3919,2
6 ель 98,6 260 154 6836,5
7 ель 32,2 280 154 2213,0
8 ель 2,6 300 154 190,5
5-я смена
1 сосна 1,1 100 80 121,5
2 сосна 0,2 110 80 23,7
3 сосна 0,7 120 106 37,3
4 сосна 41,7 140 106 4004,6
5 сосна 62,0 160 106 9001,3
6 сосна 54,3 180 106 5504,0
7 сосна 13,6 200 128 1202,8
8 сосна 0,7 220 128 57,16
Итого 990,1 86269,3
Результаты автоматической регистрации и рассчитанные значения параметров обработки древесины на фрезерно-брусующем станке PSP 500 на лесопильной линии SAB (Германия), представленные в таблице, показывают, что суммарный путь резания составными двухлезвийными ножами с пластинами из твердого сплава ВК15 составил 86269,31 м, что в среднем равно 40 ч работы (5 рабочих смен). В сравнении с базовыми ножами из инструментальной легированной стали потеря режущей способности наступала в среднем через 32 ч (4 рабочие смены) при достижении одинакового значения Ар, мкм, базовым и составным с пластиной из твердого сплава ножами в 55 мкм.
Следовательно, приращение s, мкм/м, радиуса округления режущей кромки ножа при прохождении им пути резания в 1 м для составного с пластиной ВК 15 из твердого сплава и базового из инструментальной легированной стали ножей равно соответственно 6,4 • 10-4 мкм/м и 8,3 • 10-4 мкм/м, что увеличивает полный период их стойкости ножей с пластинами ВК15 из твердого сплава на величину порядка 23-30%. Данные значения приращения радиуса округ-
ления режущей кромки ножа при прохождении им пути резания в 1 м согласуются со средними статистическими значениями периода стойкости, т. е. среднего времени работы двухлезвийных ножей (в часах) до потери ими режущей способности [6].
Заключение. Результаты проведенных производственных испытаний подтвердили эффективность практического применения твердого сплава вольфрамокобальтовой группы для двухлезвийных ножей со спиральным расположением на фрезах фрезерно-брусующих станков для агрегатной обработки древесины. Следовательно, возможно получение аналогичного положительного результата по увеличению периода стойкости двухлезвийных ножей для ФБС при использовании безвольфрамовых твердых сплавов, например титано-никелевых, карбо-нитридтитановых, а также литых (стеллитов и сормайтов) или других износостойких композиционных материалов.
Литература
1. Вандерер К. М. Специальный дереворежущий инструмент: учеб. пособие. М.: Лесная промышленность, 1983. 208 с.
2. Зотов Г. А. Подготовка и эксплуатация дереворежущего инструмента: учебник. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Лесная промышленность, 1986. 301 с.
3. Кузнецов А. М. Износостойкость твёрдо-сплавного инструмента при обработке ДСтП // Технология машиностроения. М.: Издат. центр «Технология машиностроения», 2008. № 11. С. 29-31.
4. Раповец В. В. Комплексная обработка древесины фрезами со спиральным расположением сборных двухлезвийных ножей, обеспечивающая качество продукции и снижение энергозатрат: дис. ... канд. техн. наук: 05.21.05. Минск, 2011. 206 л.
5. Рябин В. Н., Остроумов M. A., Свит Т. Г. Термодинамические свойства веществ: справочник - Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1977. 389 с.
6. Справочник по лесопилению / Ю. А. Варфоломеев [и др.]; под общ. ред. А. М. Копей-кина. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Экология, 1991. 496 с.
7. The Leitz Lexicon. Handbook for woodworking machine tools. Oberkochen: Gerb. Leitz GmbH & Co. 2010. Edition 5. 792 р.
Поступила 25.02.2014
