CC BY
71
4. Зимарин С.В., Сердюкова Н.А. Новый корпус плуга для обработки почвы на вырубках // Лесотехнический журнал: на-
учный журнал. Вып. 3 (7). Воронеж: РИО ФГБОУ ВПО «ВГЛТА», 2012. С. 90-94.
УДК 674.023
РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ САМОЗАТОЧКИ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ МЯГКИХ ЛИСТВЕННЫХ ПОРОД
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры древесиноведения В. П. Ивановский
аспирант А. В. Ивановский студент Н. С. Ковешникова студент О. Ю. Гончарова
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
ivanovky@bk.ru
Энергоэффективные конструкции круглой пилы, пазовой фрезы и режущего диска с увеличенным периодом стойкости
Энергоэффективное применение дереворежущих инструментов включает три основных направления: энергосбережение; интенсификация процессов резания древе-
сины (повышение производительности) и улучшение качества обработанных резанием поверхностей из древесины мягких лиственных пород [1, 2].
Изготовление и заточка опытных образцов инструментов осуществлялась на универсальных заточных станках ЗЕ642 (рис. 1).
Рис. 1. Универсальные станки для заточки дереворежущих инструментов ЗЕ642
Затачиваемый инструмент закрепля- перемещения. Плоскость резания шлифо-
ется и центруется на каретке продольного вального круга должна быть строго пер-
пендикулярна затачиваемым плоскостям инструмента, жестко закрепленный инструмент плавно надвигается на круг с минимальным и равномерным нажимом [3]. Твердость испытуемых инструментов измерялась на промышленном твердомере ТК-40 с использованием алмазного конуса по шкале Роквелла в ед. HRCэ.
Конструкция пилы предназначена для высокопроизводительного и качественного деления древесины мягких лиственных пород в продольном и поперечном направлениях [1, 4].
Широко известны пилы дисковые с пластинками из твердого сплава, используемые для раскроя древесины и древесных материалов по ГОСТ 9769-77. Многообразны конструктивные решения зубьев пил с твердосплавными пластинками [5]. Однако многообразие этих решений, отличающихся формой главной режущей кромки, не позволяет обеспечить качество и производительность при однопильной схеме резания мягколиственной древесины.
Радиусные формы режущих кромок зубьев обеспечивают эффект подрезки наружных поверхностей обрабатываемого материала (прототип). Однако для такой формы зубьев характерны сильный линейный износ, высокая трудоемкость при заточке, возрастающая величина поперечных колебаний пилы. При изготовлении и эксплуатации подобных пил возникают дополнительные трудности в соблюдении строгой симметричности радиусной поверхности относительно торцовых поверхностей корпуса. Разность между диаметрами окружностей резания пил с треугольной и трапециевидной формой зубьев дос-
тигает 1 мм, что негативно сказывается на шероховатости разделяемых поверхностей. Кроме того, стандартные углы радиального и тангенциального поднутрений пластинок близки к 2°30', что при распиливании мягколиственной древесины способствует шероховатости обработанной поверхности ^=500 мкм и более).
Благодаря этому упрощается конструкция дисковой пилы с пластинами из твердого сплава, повышаются производительность деления и качество стенок пропила мягколиственной древесины. Такая пила состоит из корпуса, а также из чередующихся основных (косозаточенных) и подрезающих (сглаживающих) зубьев. Угол заточки основных зубьев составляет 8'. Каждый последующий (подрезающий) зуб пилы выполнен прямым с углом (40') бокового поднутрения (радиального и тангенциального) зубьев. Разность между диаметрами окружностей резания основных и подрезающих зубьев пилы - не более 0,4 мм.
Снижение уровня шероховатости разделяемых поверхностей мягколиствен-ной древесины достигается наличием сглаживающих зубьев с меньшими углами боковых поднутрений пластин, равных 40'. Сглаживающие зубья пилы создают эффект шлифования на разделяемых поверхностях древесины.
Конструкция пилы позволяет использовать ее в широком диапазоне режимов резания [6]. Как показала эксплуатация, качество торцового деления древесины мягколиственных пород дает возможность исключить операцию шлифования при производстве торцовых плашек и паркета.
Диаметр окружности резания подрезающих зубьев на 0,4 мм меньше, чем диаметр основных. Уменьшение радиусов резания зубьев до 0,2 мм в отличие от прототипа повышает динамическую устойчивость пилы и улучшает качество разделяемых поверхностей древесины.
Конструкция пазовой фрезы предназначена для фрезерования пазов (закрытое резание) и радиусных поверхностей (закрытое и полузакрытое резание) на фрезерных, продольно-фрезерных деревообрабатывающих станках и автоматических линиях [1, 7].
У дисковых пазовых фрез, выполненных по ГОСТ 11290-80 (тип 2), режущие кромки подрезающих зубьев больше режущих кромок основных зубьев на 0,5 мм. Однако качество обработанных поверхностей мягколиственной древесины недостаточно высоко, поэтому для достижения требуемого уровня их шероховатости требуется дополнительная механическая обработка.
Наиболее близки по технической сущности металлорежущие фрезы, соответствующие ГОСТ 20319-74 или ГОСТ 20327-74 и позволяющие получать обработанные поверхности древесины высокого качества на малых частотах вращения инструментов. Многочисленность режущих зубьев и угловые параметры этих фрез не дают возможности использовать их в широком диапазоне режимов резания для обработки мягколиственной древесины. Стандартный угол бокового поднутрения зубьев у таких пил составляет 2-3'.
Предлагаемая конструкция обеспечивает высококачественное фрезерование
пазовых и радиусных поверхностей в мяг-колиственной древесине (осина, липа, тополь, ольха и др.). Она выполнена таким образом, что режущие кромки подрезающих зубьев превышают режущие кромки основных на 0,2 мм и имеют радиусы переходов профиля не более 2 мм, угол бокового поднутрения зубьев равен 40'. Радиус перехода профиля г, равный 2 мм, для данной конструкции пазовой фрезы позволяет получить строго прямоугольный паз заданной глубины (при закрытом резании) с учетом упругого восстановления волокон для мягколиственной древесины. Чередование основных и подрезающих зубьев предотвращает прижигание фрезерованных поверхностей. В ходе опытной эксплуатации фрезы установлено, что подбором оптимальных режимов резания наряду с эффектом повышения качества обработанных поверхностей достигается повышение стойкости инструмента более чем на 20 %.
Новая конструкция режущего диска предназначена для деления мягколиствен-ной древесины (тополь, ольха, липа и др.) в продольном и поперечном направлениях у заготовок максимально возможной толщины [1, 8].
Конструкция дереворежущего диска, используемого для раскроя древесины и древесных материалов, позволяет режущим элементам по очереди внедряться в древесину, но не пригодна для деления образцов древесины толщиной более 50 мм. Диск для бесстружечного резания, последовательно внедряющий режущие элементы в древесину и предназначенный для деления древесины большей толщины, вы-
бран в качестве прототипа. Большая разница между двумя диагоналями ромба у него ведет к преждевременному раскалыванию древесины и резкому ухудшению качества обработки поверхностей.
Разработанный режущий диск решает задачу разрезания мягколиственной древесины у образцов большей толщины с повышенным качеством обработанных поверхностей и упрощением конструкции.
Цельность конструкции диска способствует делению образцов древесины требуемой толщины. Разная высота режущих элементов (от Ы до h4) дает возможность внедряться каждому последующему постепенно, а режущая поверхность — снизить вибрации, обеспечить постепенное внедрение (без образования впереди идущей трещины) в мягколиственную древесину и плавно перерезать сучки за счет угла заострения. Заданный угол поднутрения корпуса обуславливает эффект снижения усилия резания и создает эффект шли-
фования на разделяемых поверхностях древесины. Режущий диск можно использовать в достаточно широком диапазоне режимов резания [9]. Эксплуатация показала, что режущий диск прост в исполнении, качество продольного и поперечного деления мягколиственной древесины очень высокое, а максимальная толщина заготовки не должна превышать 100 мм.
Повышение износостойкости дереворежущего инструмента за счет использования эффекта самозатачивания
К настоящему времени известно множество элементов режущих устройств, реализующих эффект самозатачивания. Но в большинстве случаев речь идет о частичном присутствии эффекта самозатачивания, т.е. когда учитывается период стойкости лезвия до перезаточки в несколько раз. После этого лезвие необходимо перезатачивать (рис. 2).
Зуб с
заточенными гранями
Схема изнашивания
Зу6: покрытый вольфрамо-ко б альтовым спалавом
Сторона зуба с вольфрамо-коб альтовым и кромками покрытием
Рис. 2. Схематичное изображение зубьев
Сторона зуба с заточенным
В последние годы большое внимание уделяется применению эффекта самозатачивания для режущих механизмов. Одним из перспективных способов получения самозатачивающихся ножей для режущих рабочих органов является применение слоистых материалов для изготовления ножей. Для двухслойных ножей с односторонней заточкой, также, как и для трехслойных ножей с двухсторонней заточкой, к слоям предъявляются следующие требования:
1. Режущий слой обеспечивает остроту и износостойкость резца, поэтому он должен иметь достаточно малую толщину при высокой износостойкости материала. Режущий слой располагается с неперезата-чиваемой стороны двухслойного лезвия и посередине для трехслойного лезвия. Оптимальная толщина режущего слоя равна оптимальной стороне лезвия ножа.
2. Несущий слой обеспечивает прочность резца и, изнашиваясь одновременно с режущим слоем, должен не утолщать лезвие и не оголять чрезмерно режущий слой. В идеальном случае форма несущего слоя при естественном износе должна быть аналогичной оптимальной форме лезвия в нормальном сечении. Режущий слой располагается со стороны фаски для двухслойного лезвия и с наружных сторон для трехслойного лезвия.
Наиболее полно эффект самозатачивания присутствует в случае режущих органов, как лемех плуга, лапы культиваторов и т.д., как работающих с высокотвердой средой, либо в паре с более твердой режущей пластиной.
Проведенные исследования показали,
что проблемой получения эффекта самозатачивания для режущих устройств, работающих в более легких условиях, нежели пахота почвы, является недостаточное соотношение твердостей слоев. Дело в том, что явление самозатачивания для определенных условий работы заданного профиля лезвия возможно только в определенном соотношении твердостей слоев. В случае лемеха плуга это соотношение лежит в пределах НВ1/НВ2=2,6...2,9. Если соотношение твердостей меньше оптимального значения, происходит затупление лезвия. Это тот самый случай, когда эффект самозатачивания присутствует частично. Если соотношение твердостей больше оптимального значения, происходит чрезмерное заострение лезвия, приводящее, в итоге, к уменьшению угла заточки, и, как следствие, к обламыванию кончика лезвия. Для ножей, работающих в более легких условиях, это соотношение на порядок больше, причем, чем легче условия работы, тем соотношение твердостей должно быть больше. Таким образом, одним из первостепенных задач для реализации эффекта самозатачивания для ножей, работающих в сравнительно легких условиях, является получение таких слоистых материалов, в которых соотношение твердо-стей слоев было бы как можно больше.
Для повышения износостойкости инструмента этой категории используется метод электроискрового легирования - на одну из сторон режущей кромки каждого зуба наплавляется твердый вольфрамово-кобальтовый сплав ВК-9. Полученное таким способом биметаллическое соединение значительно увеличивает износостой-
кость инструмента. Лабораторные и промышленные исследования показали, что использование такого метода обработки режущих кромок повышает коэффициент износостойкости в 3-6 раз, что, в свою очередь, увеличивает срок эксплуатации пилы, создавая эффект «самозатачивания» (аналогичный принцип лежит в основе производства "самозатачивающихся" ножей).
Область применения высокоуглеродистых сталей: наплавочные сплавы для массового упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин, деталей экструдеров, арматуры систем гидропривода и др. Наносится индукционной и плазменной наплавкой.
Размер частиц порошка: 40...100, 100.. .200, 160.400, 40.630, 630 мкм.
Данный способ относится к химико-термической обработке, а именно: к процессам азотонауглероживания поверхностей стальных деталей и может быть использован в машиностроении и других отраслях народного хозяйства для упрочнения инструмента.
Способ изготовления режущих элементов ножей обеспечивает эффект самозатачивания и исключает необходимость периодического затачивания режущих элементов. По предложенному способу режущие элементы ножей изготавливают из стали, содержащей не более 0,25 % углерода и не менее 12 % хрома, а после карбонитрации удаляют карбонитрирован-ный слой с задней поверхности режущего элемента, чем обеспечивают эффект самозатачивания его при работе.
Таким образом, предложенный спо-
соб изготовления режущих элементов ножей из сталей с низким содержанием углерода и высоким содержанием хрома (стали 08X13, 12X13, 20X13 и др.) позволяет улучшить режущие элементы ножей с эффектом самозатачивания и исключить необходимость их периодического затачивания.
Острота режущей кромки лезвия ножа или аналогичного режущего инструмента является важной характеристикой как хозяйственных (бытовых), так и промышленных ножей, а также вообще всего режущего инструмента.
Уже давно известно, что твердость материала лезвия имеет важное значение для сохранения остроты режущей кромки лезвия, причем чем мягче материал, из которого изготовлена режущая кромка, тем быстрее она затупляется. С другой стороны, лезвие ножа часто делают в виде тонкой полосы или полотна, причем его кромка должна обладать некоторой гибкостью, чтобы избежать хрупкого излома или скалывания во время использования. Эти две характеристики твердости и гибкости или жесткости часто противоречат друг другу, так как твердые материалы часто являются хрупкими и легко разламываются. Применяются различные виды обработки, в том числе закалка, термообработка или легирование, чтобы получить лучшую комбинацию указанных двух характеристик.
В патенте США № 6105261 описано самозатачивающееся лезвие, имеющее первый более твердый слой с относительно высокой износостойкостью, который главным образом образует режущую кромку, и второй, более мягкий слой из
материала с более низкой износостойкостью, расположенный на одной стороне первого слоя. Толщина более твердого слоя составляет от 0,3 мкм до 1,5 мм. В примерах, которые приведены в этом патенте, указаны лезвия ножей, изготовленных при помощи металлообработки или механической обработки, такой как прокатка нескольких листов стали, горячее прессование и спекание порошков, содержащих алмаз и другие твердые материалы, а также при помощи нанесения покрытий на пластмассы. При помощи механической обработки обычно получают относительно толстый слой твердого материала, что не позволяет добиться хорошей остроты лезвия.
Предприняты попытки изготовления лезвия ножа с твердым покрытием. В патенте США №6109138 описано лезвие ножа, одна сторона кромки которого покрыта порошковым материалом, закрепленным в матрице. Матрица является более мягкой, чем порошковый материал, причем покрытие выполнено таким образом, что значительное число частиц выступает из матрицы, образуя режущий кончик на кромке лезвия. Такое лезвие ножа имеет повышенную стойкость к затуплению кромки и находит практическое применение, например, в бытовых кухонных ножах. Однако ножи с таким типом покрытия имеют ряд недостатков, которые ограничивают возможность их применения. Использованный процесс нанесения покрытия обычно позволяет получать покрытие толщиной 25.30 мкм и не позволяет получать более тонкое покрытие. Покрытие состоит из случайно распределенных твердых частиц
главным образом в более мягком металле матрицы, причем такая структура покрытия не позволяет получать прямолинейную самозатачивающуюся кромку в пределах толщины слоя покрытия. Это создает ограничения в получении максимальной остроты, которая может быть достигнута для лезвия, имеющего такой толстый слой твердого покрытия. Более того, режущая кромка, образованная дискретными (отдельными) частицами из твердого материала, выступающими из матрицы, не позволяет обеспечить гладкое режущее действие, а производит разрыв за счет растяжения материала, который режут. Это обычно требует приложения большего усилия к режущей кромке по сравнению с чисто компрессионным режущим действием, например, скальпеля. Кроме того, покрытия используют в том состоянии, в котором они были нанесены; другими словами не производят дополнительную или последующую обработку самого покрытия, которое обычно имеет шероховатую (грубую) морфологию (структуру). Эта шероховатость поверхности и результирующее повышенное трение между покрытием и разрезаемым материалом дополнительно затрудняет режущее действие. Таким образом, режущий инструмент, снабженный таким типом покрытия, имеет ограниченное применение как за счет недостаточной остроты, так и шероховатой структуры поверхности (что приводит скорее к разрыву, а не к резанию).
Различные попытки изготовления лезвий с твердыми покрытиями, содержащими частицы карбида вольфрама в матрице из кобальта или другого мягкого ме-
талла, показали, что так называемый "эффект самозаточки" существенным образом зависит от структуры и свойств покрытия. Например, процесс HVOF (High Velocity Oxygen Fuel), применяемый на практике для нанесения покрытия в виде карбида вольфрама в матрице из кобальта, обеспечивает эффект самозаточки. В отличие от этого, аналогичный процесс нанесения покрытия, известный как плазменное напыление, когда его используют для осаждения WC/Co покрытия, не обеспечивает эффект самозаточки. Несмотря на то, что оба покрытия, полученные при помощи процессов HVOF и плазменного напыления, содержат частицы карбида вольфрама в матрице из кобальта, причем эти покрытия получены при помощи аналогичных способов напыления, различие их эксплуатационных качеств при создании режущих инструментов показывает, что не просто и не очевидно достичь эффекта самозаточки. В самом деле, получение покрытий, обеспечивающих эффект самозаточки, в существенной степени зависит от таких характеристик покрытия, как твердость, пористость и микроструктура, и требует проведения всесторонних экспериментов и анализов.
В европейском патенте ЕР 0567300 описано твердое покрытие, имеющее столбчатую кристаллическую структуру, которая выступает из поверхности заготовки и идет до внешней стороны покрытия. Однако механизм износа и разрушения в покрытии со столбчатой структурой не позволяет получить оптимальную структуру с острой кромкой. Износ столбчатого покрытия происходит за счет раз-
лома (разрыва) микрокристаллических столбиков и их групп, и не позволяет обеспечивать самозаточку в слое покрытия. В результате, острота кромки определяется толщиной покрытия.
Предложенные технологии, несмотря на то, что они позволяют повысить характеристики износостойкости кромки лезвия, обычно не позволяют образовать гладкое и острое лезвие типа скальпеля. Это является особенно важным, когда лезвие используют для резки тонкой бумаги (такой как тонкая папиросная бумага) и других аналогичных материалов, которые могут легко разрываться при воздействии неровной кромки.
В патенте США № 5799549 описаны лезвия для бритв, имеющие с двух сторон покрытие из аморфного алмаза, с толщиной по меньшей мере 400 ангстрем (0,04 мкм), а обычно около 2000 ангстрем (0,2 мкм). Это покрытие придает устойчивость и жесткость тонкому лезвию. Однако это покрытие, которое имеет субмикронную толщину и образовано на обеих сторонах лезвия, не обеспечивает эффект самозаточки при применении лезвия.
В европейском патенте ЕР 0386658 и в патенте США № 4945640 описаны износостойкие покрытия для инструментов с острой кромкой и способы их производства. Покрытие, которое получено за счет процесса химического осаждения из паровой (газовой) фазы (С"УВ), имеет толщину от 2 до 5 мкм и состоит из смеси свободного вольфрама с W2C или W3С, или из смеси свободного вольфрама как с W2C, так и W3С. Во всех вариантах в это покрытие подмешивают относительно мягкий ме-
таллический вольфрам, в результате чего покрытие обычно имеет среднюю твердость, главным образом ниже, чем твердость чистых карбидов вольфрама. Способы нанесения таких покрытий дополнительно описаны в деталях в патентах ЕР 0329085, ЕР 0305917, Ш 4910091 и Ш 5262202. Покрытие получают из газообразной смеси гексафторида вольфрама, диметилового эфира ^МЕ), водорода и аргона. В этом процессе образуются имеющие низкую летучесть оксифториды вольфрама, за счет реакции между WF6 и содержащим кислород DМЕ. Оксифтори-ды вольфрама плохо восстанавливаются водородом и остаются погруженными в слой покрытия. Это требует проведения дополнительной термической обработки покрытия, как это описано в патенте США № 5262202, чтобы улучшить характеристики покрытия. Покрытия, описанные в указанных публикациях, имеют относительно низкую твердость (ниже 3000 НУ (твердость по Виккерсу), а обычно 2300 НУ) и неоднородную структуру, и поэтому не обеспечивают эффект самозаточки. Как это описано в патентах ^ 4945640 и ЕР 0386658, эти покрытия улучшают эрозионную стойкость и прочность на истирание инструментов с острой кромкой, но не обеспечивают эффект самозаточки. Однако без эффекта самозаточки твердое покрытие обеспечивает только ограниченное улучшение в поддержании остроты кромки режущего инструмента. Покрытия позволяют снизить трение между режущим лезвием и разрезаемым материалом, что улучшает режущее действие (резание) и позволяет разрезать материал с
приложением меньшего количества энергии. Это можно показать на примере лезвий для бритвы, покрытых тонким слоем покрытия, которые имеют низкие характеристики трения. Несмотря на то, что покрытие не изменяет остроту лезвия бритвы, лезвие может двигаться с меньшим усилием и за счет этого создавать ощущение улучшенного режущего действия. Мягкие покрытия полезны для деликатных режущих применений, таких как бритье, однако они не выдерживают более тяжелые нагрузки, приложенные, например, к промышленным ножам для резки бумаги, пластиков, пищевых продуктов и т.п. В таких условиях мягкое покрытие будет быстро истираться. Режущее действие промышленных ножей может быть улучшено за счет нанесения прочного покрытия с низким трением, которое обладает высокой стойкостью к износу и истиранию.
Поверхностная шероховатость фаски режущей кромки, а в особенности поверхностная шероховатость покрытия на режущей кромке, также оказывает влияние на режущее действие. Более шероховатая поверхность фаски часто образует более шероховатую режущую кромку с мелкими зубцами, что приводит к процессу резания за счет разрыва при растяжении. По сравнению с чистым компрессионным (сжимающим) режущим действием, например, создаваемым при помощи гладкого лезвия скальпеля, шероховатый нож с зубцами требует приложения более значительного усилия и большей энергии для резания. Зубчатые ножи считаются более долговечными, чем ножи с гладкой режущей кром-
кой, однако они обеспечивают худшее режущее действие, особенно при резке деликатных материалов.
Установлено, что наилучшее режущее действие может быть обеспечено за счет использования оптимальной структуры покрытия и комбинации свойств покрытий, в том числе твердости, толщины покрытия и коэффициента трения.
Было обнаружено, что покрытия, которые главным образом являются более твердыми, чем материал лезвия, позволяют уменьшить скорость изнашивания режущего лезвия. Когда одна сторона лезвия имеет твердое покрытие, то эта сторона будет изнашиваться существенно меньше, чем другая сторона, не имеющая покрытия. Так как лезвие используют для резки различных материалов, то микроизнос приводит к постепенному удалению материала с непокрытой стороны лезвия.
В результате, после некоторого промежутка использования, кромка будет содержать в основном слой твердого покрытия, который поддерживается с одной стороны при помощи базового (основного) материала лезвия. На этой стадии поведение покрытия зависит от его микроструктуры. Покрытие, которое содержит порошковый материал (частицы) в более мягкой матрице, будет лишаться матрицы за счет износа, в результате чего остаются частицы, выступающие из матрицы и образующие главным образом неровную кромку.
Твердое покрытие, имеющее столбчатую структуру, типично будет разрушаться вдоль, границ между столбчатыми микрокристаллами. Когда базовый мате-
риал лезвия удаляется за счет износа и остается покрытие кромки с недостаточной опорой, то небольшие микрокристаллические частицы будет отрываться от покрытия. В этом случае острота кромки определяется толщиной слоя покрытия. Толстое покрытие обычно не обеспечивает достаточную остроту, и для того, чтобы улучшить режущее действие, такой тип лезвия часто снабжают зубцами, шероховатостью на стороне, не имеющей покрытия. Это вновь делает кромку главным образом неровной и ухудшает режущее действие.
Существует самозатачивающийся режущий инструмент, имеющий кромку, включающую нанесенное на одну сторону режущей кромки покрытие, которое тверже, чем материал режущей кромки и имеющее слоистую ламинарную микроструктуру [11]. Основным недостатком этого инструмента следует считать высокую сложность нанесения чередующихся покрытий, причем соотношение твердо-стей мягкого и твердого слоев неизвестно. В ВГЛТА разработана перспективная конструкция нового режущего диска.
Для повышения стойкости с обеспечением требуемой производительности и качества обработки режущий инструмент для древесины мягких пород изготовляется послойно и имеет режущую кромку и чередующиеся слои твердого и мягкого материала, названные слои выполнены раздельно, а соотношение твер-достей слоев лежит в пределах НВ1/НВ2=4,5/5,3, где НВ1 - твердость мягкого слоя, НВ2 - твердость твердого слоя.
На рис. 3 представлен дереворежу-
щий инструмент и разрез инструмента в сечении А-А.
3
/
2_ 1
V
Рис. 3. Дереворежущий инструмент, поперечный разрез инструмента
Самозатачивающийся инструмент включает корпус 1 и режущую кромку 2 с чередованием мягких 3 и твердого 4 слоев материала инструмента, соединенные механическим способом.
Как показали проведенные исследования, проблемой получения эффекта самозатачивания для режущих устройств, работающих в условиях взаимодействия с древесиной мягких пород, является недостаточное или избыточное соотношение твердостей слоев. Если соотношение твердостей меньше оптимального значения, происходит затупление режущей кромки, т.е. эффект самозатачивания присутствует частично. Если соотношение твердостей больше оптимального значения происходит чрезмерное заострение режущей кромки, и, как следствие, обламывание и выкрашивание режущей кромки. Раздельное выполнение слоев самозатачивающегося режущего инструмента упрощает его конструкцию, позволяет полностью устранить такую операцию по подготовке инструмента к работе как заточка.
Таблица
Результаты сравнительных испытаний на основе режущего диска
№ Конструкция, материал Соотношение твердостей слоев Стойкость, ч
1 Цельный, сталь 9ХФ, ШТ, 40 ед. 1,0 58
2 Сборный, сталь 9ХФ, тв. сплав ВК-15 3,1 75
3 Сборный, сталь 20Х, тв. сплав ВК-6 6,2 70
4 Сборный сталь 45, тв. сплав ВК-6 4,8 244
Сравнительные испытания были проведены, на основе режущих дисков с двухсторонней заточкой, с углом заострения 30°, для деления мягколиственной древесины вдоль и поперек волокон. Представленные в таблице данные подтверждают наибольшую стойкость инструмента с оптимальным соотношением твердостей слоев, более чем в 3 раза,
конструкции № 4.
В результате разработки принципов самозаточки инструментов для обработки мягких лиственных пород, были сделаны следующие выводы:
1. Разработанные конструкции инструментов для резания древесины с параметрами, учитывающими особые деформа-тивно-прочностные свойства мягколист-
венной древесины и назначенные режимы резания, обеспечивают максимальную производительность и хорошее качество реза, минимальные энергоемкость и невоспроизводственные затраты, высокую стойкость и надежность, низкую трудоемкость и достаточную универсальность в обслуживании. Наилучшими качествами по стойкости обладает режущий диск со вставными режущими пластинами, который по стойкости более чем в 3 раза превышает аналоги.
2. Создание инструментов с чередующимися слоями различной твердости является главным принципом «самозаточки».
3. Оптимальные параметры инструментов, адаптированные к резанию древесины заданной плотности, позволяют существенно повысить порог стойкости инструмента, то есть являются одним из важных признаков «самозаточки».
Библиографический список
1. Ивановский А.В. Ивановский В.П. Новые инструменты для обработки мягко-лиственной древесины // Лесное хоз-во, 2010. № 3. С. 47-48.
2. Ивановский В.П. Напряженное состояние дереворежущего диска // Лесной журнал, 2006. № 4. С. 69-72.
3. Ивановский В.П. Повышение эффективности заточки дереворежущих инструментов // Лесное хоз-во, 2006. № 1. С. 46-47.
4. Пат. 2378104 РФ, МПК В27В 33/02. Круглая пила для обработки мягколиствен-ной древесины / Свиридов Л.Т., Ивановский А.В., Ивановский В.П.; заявитель и
патентообладатель ГОУ ВПО «ВГЛТА». №2008126798/03; заявл. 01.07.2008; опубл. 10.01.2010, Бюл. № 1. 5 с.
5. Морозов В.Г. Дереворежущий инструмент: справочник. М.: Лесн. пром-сть, 1989. С. 80.
6. Хухрянская Е.С. Ивановский А.В. Определение интенсивных режимов резания древесины с помощью ЭВМ // Де-ревообр. пром-сть. 2009. № 2. С. 10-12.
7. Пат. 2378105 РФ, МПК В27В 33/08. Фреза пазовая для обработки мягколиствен-ной древесины / Свиридов Л.Т., Ивановский А.В., Ивановский В.П.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ВГЛТА». №2008127960/03; заявл. 08.07.2008; опубл. 10.01.2010, Бюл. № 1. 4 с.
8. Пат. 2378103 РФ, МПК В27В 33/02. Режущий диск для мягколиственной древесины / Свиридов Л.Т., Ивановский А.В., Ивановский В.П.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ВГЛТА». -№2008127961 03; заявл. 08.07.2008; опубл. 10.01.2010, Бюл. № 1. 4 с.
9. Ивановский В.П., Ивановский А.В. Настройка станков для бесстружечного разрезания мягколиственной древесины // Дизайн и производство мебели, 2009. № 34. С. 77-84.
10. А.с. №23335, класс 8в,30. Самозаточка для ленточно-резательного станка / Г.Я. Гольдфарб; заявл. 28.10.1929; опубл. 31.10.1931.
11. Пат. №2305623 РФ, МПК В26В 9/00. Самозатачивающийся режущий инструмент с твердым покрытием / Лахот-кин Ю., Александров С., Жук Ю. ^В); заявитель и патентообладатель Хардид Лимитед ^В). №2004128469/02; заявл.
21.03.2003; опубл. 10.09.2007. ции и эффективность их использования //
12. Кожемяко Н.П. Концентрация ле- Вестник МГУЛ - Лесной вестник, 2008. №
сосырьевых ресурсов Российской Федера- 5. С. 124-127.
УДК 630.232.33
РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВЫСЕВУ КРУПНЫХ ЛЕСНЫХ СЕМЯН ЛЕСОПИТОМНИКОВОЙ СЕЯЛКОЙ С НОВЫМ ВЫСЕВАЮЩИМ
АППАРАТОМ
заведующий кафедрой лесной промышленности, метрологии, стандартизации и сертификации, доктор технических наук, профессор Ф. В. Пошарников ассистент кафедры технологии и оборудования лесопромышленного производства
Б. С Попов
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
tolp@vglta.vm.ru
На качество высева семян существенное влияние оказывают рабочие органы сеялки, одним из которых является высевающий аппарат [5, 6]. Нами разработана конструкция высевающего аппарата для высева крупных лесных, позволяющая увеличить равномерность распределения семян по дну посевной бороздки [1].
При лабораторных испытаниях [3, 7] установлено, что разрабатываемый высевающий аппарат обеспечивает большую равномерность распределения крупных лесных семян по сравнению с серийными образцами. Это благоприятно сказывается на количестве всходов сеянцев на единицу длины и на скорости их роста. Благодаря высокой равномерности высева, расстояние между семенами по дну бороздки приблизительно одинаково, и мала вероятность того, что сеянец окажется плотно окружен другими сеянцами, что отрицательно сказалось бы на получении пита-
тельных веществ из почвы в такой уплотненной группе, а также их затенения от света.
Для проверки лабораторных исследований по равномерности распределения крупных лесных семян по дну посевной бороздки в полевых условиях разрабатываемый высевающий аппарат был установлен на одну из трёх посевных секций лесо-питомниковой сеялки СПП-3Ш (рис. 1), после чего были проведены следующие сравнительные испытания.
Проводился параллельный высев новым (ширина выбросного окна 10 см) и серийным высевающим аппаратом (ширина выбросного окна 8 см) на контрольно участке в одинаковых условиях. После этого в течение месяца, с интервалом в двое суток, определялось количество всходов NB и высота сеянцев Н на участках засеянных новым и серийным высевающими аппаратами [3].
