Снижение интенсивности изнашивания режущего инструмента для древесины
Автор: Константинов Валерий, Борисов Вячеслав, Пахомов Павел
Журнал: Resources and Technology @rt-petrsu
Статья в выпуске: 3 т.17, 2020 года.
Бесплатный доступ
В статье предложена методика оценки величины износа режущего инструмента, позволяющая объективно выбрать рациональный метод повышения износостойкости. Опираясь на сравнение теоретических направлений изучения процесса резания, выбрано направление поиска оптимального метода повышения стойкости инструмента для резания древесины. На примере исследования изнашивания режущих кромок дисковых пил рассмотрен актуальный вопрос повышения стойкости дереворежущего инструмента. Приведён краткий обзор методов снижения изнашивания инструмента при обработке древесины, отмечены недостатки. Использование химико-термического метода связано с нагревом и образованием окалины на поверхности инструмента. Лазерная термическая обработка, заключающаяся в воздействии луча оптического квантового генератора (лазера) на режущие кромки инструмента с образованием упрочнённого поверхностного слоя, является одним из перспективных методов повышения износостойкости круглых пил. Эффективность упрочнения круглых пил методом лазерной термической обработки характеризуется шириной, глубиной и твёрдостью формируемого закалённого слоя прикормочных зон. Метод предварительного облучения поверхности лазером наиболее эффективен, обеспечивает упрочнение режущего инструмента за счёт образования в поверхностном слое структуры мартенсита, эффект от обработки сохраняется на 2-3 переточки. Рассмотрена возможность оценки износа режущего инструмента не объёмом снесённого металла, а размерами радиуса режущей кромки. Сделана попытка объяснить влияние степени заострения инструмента на процесс его внедрения в древесину. Наглядно показана возможность внедрения режущей кромки инструмента в древесину в зависимости от создаваемого удельного давления, т. е. от величины радиуса режущей кромки, от затупления вследствие изнашивания резца. Увеличенный в результате изнашивания радиус кромки требует для внедрения кромки резца в древесину существенного повышения силы резания, приводит к повышению энергетических затрат пиления, снижению качества обработанной поверхности. В работе оценку интенсивности изнашивания инструмента как приращение размера радиуса режущей кромки предложено осуществлять не в абсолютных значениях, а в относительных величинах для каждого этапа наблюдений. Исследование интенсивности изнашивания режущего инструмента в относительных значениях позволило выделить две стадии изнашивания: интенсивный и монотонный износ. На первой стадии происходит усиленное истирание, пластическая деформация и выкрашивание режущих кромок, сглаживание поверхности инструмента. На последующей стадии монотонного изнашивания радиус увеличивается, удельное давление уменьшается, и изнашивание замедляется. Использование относительных значений приращения радиуса режущей кромки позволяет дать объективную оценку эффективности исследуемых методов повышения стойкости режущего инструмента.
Дереворежущий инструмент, режущая кромка, интенсивный износ, равномерный износ, величина износа
Короткий адрес: https://sciup.org/147227128
IDR: 147227128 | УДК: 630.362 | DOI: 10.15393/j2.art.2020.5262
Reducing the wear rate of wood cutting tools
The article proposes a methodology for assessing the wear of a cutting tool, which allows choosing a rational method of increasing wear resistance. The authors searched for an optimal method to increase the resistance of a cutting wood tool by comparing some theoretical directions of studying the cutting process. They considered the urgent issue of increasing the durability of a wood cutting tool on the example of a study of the wear of cutting edges of circular saws. A brief overview of methods to reduce tool wear during wood processing is given, and disadvantages are noted. The use of the chemical-thermal method is associated with heating and formation of scale on the surface of the instrument. Laser heat treatment, which consists in the action of the beam of an optical quantum generator (laser) on the cutting edges of the tool with the formation of a hardened surface layer, is one of the promising methods for increasing the wear resistance of circular saws. The efficiency of circular saws hardening by laser heat treatment is characterized by the width, depth and hardness of the formed hardened layer of bait zones. The method of preliminary irradiation of the surface with a laser is the most effective one, it provides hardening of the cutting tool due to the formation of a marten site structure in the surface layer, the effect of processing is preserved for 2-3 regrinds. The possibility of assessing the wear of a cutting tool not by the volume of demolished metal, but by the dimensions of the cutting edge radius is considered. An attempt was made to explain the influence of the degree of a tool sharpening on the possibility of its penetration into wood. The possibility of the tool cutting edge penetration into wood depends on the specific pressure created, i.e. on the value of the radius of the cutting edge and on its dulling caused by the cutter wear. The increase of the edge radius because of wear requires a significant increase in cutting force for the cutter edge penetration into the wood, leading to an increase in energy consumption of sawing, and a decrease in the quality of the processed surface. The authors propose to evaluate the tool wear rate as an increment of the cutting edge radius not in absolute values but in relative values for each observation stage. The study of the wear rate of the cutting tool in relative values made it possible to distinguish two stages of wear: intense and uniform wear. At the first stage, enhanced abrasion, plastic deformation and chipping of the cutting edges occur, and the tool surface is smoothed. In the subsequent stage of uniform wear, the radius increases, the specific pressure decreases, and the wear slows down. The use of relative values of the increment of the cutting edge radius allows an objective assessment of the effectiveness of the investigated methods to increase the resistance of the cutting tool.
Список литературы Снижение интенсивности изнашивания режущего инструмента для древесины
- Шкутко В. В. Резание древесины. Хабаровск: Изд-во Тихоокеанского гос. ун-та, 2004. 52 с.
- Константинов В. Ф., Борисов В. А., Акинин Д. В. Влияние динамики работы пильной цепи на изнашивание режущих звеньев // Resources and Technology. 2019. № 16 (3). С. 24—32.
- Вишневский Н. С., Константинов В. Ф. Повышение стойкости разделительных штампов. М.: Машиностроение, 1984. 120 с., ил.
- Григорьянц А. Г., Щиганов И. Н., Мисюров А. И. Технические процессы лазерной обработки. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. 664 с.
- Алифанов А. В., Акулов А. В., Попова Ж. А., Демянчик А. С. Магнитно-импульсная упрочняющая обработка изделий из конструкционных и инструментальных сталей // Литьё и металлургия. 2012. № 3. С. 77—82.
- Кремлева Л. В., Малыгин В. И., Снегирева К. К. Режим лазерного упрочнения дереворежущего инструмента // Лесной журнал. 2016. № 5. С. 157—167.
- Алифанов А. В., Попова Ж. А., Демянчик А. С. // Влияние режимов упрочняющей магнитно-импульсной обработки на прочностные характеристики дереворежущих ножей // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия В, Материаловедение. 2012. С. 74—78.
- СиткинаЛ. П., Яресько С. И. Эффективность технологии лазерной упрочняющей обработки в инструментальном производстве // Изв. ВолгГТУ. 2013. Т. 9, № 7. С. 40—43.
- Бирюков В. Изменение структуры и свойств сталей при лазерном упрочении // Фотоника. 2012. № 3. С. 22—27.
- Ильин В. М., Кравец А. Н. Повышение надёжности инструмента лазерным легированием // Вестник машиностроения. 1987. № 1. С. 44—46.
- Верещака А. С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. 336 с.
- Алифанов А. В., Милюкова А. М., Цуран В. В. Разработка импортозамещающей технологии изготовления рубильных ножей для производства технологической щепы // Перспективные материалы и технологии: [коллективная монография]: В 2 т. / Под ред. В. В. Клубовича. Витебск: УО «ВГТУ», 2015. Т. 1. Гл. 25. С. 277—299.
- Милюкова А. М., Бурносов Н. В., Цуран В. В. Исследование физико-механических свойств и проведение производственных испытаний рубильных ножей, изготовленных по импортозамещающим технологиям // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки: Материалы Х Междунар. научно-техн. конф., Минск, 16—18 сент. 2015 г. Минск, 2015. Т. 2. С. 221—228.
- Кремлева Л. В., Малыгин В. И., Снегирева К. К. Режимы лазерного упрочнения дереворежущего инструмента из легированных сталей // Лесной журнал. 2016. № 5. С. 157—166. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.5.157.
- Зотов Г. А., Памфилов Е. А. Повышение стойкости дереворежущего инструмента. М.: Экология, 1991. 295 с.
- Бровер А. В., Бровер Г. И., Дьяченко Л. Д. Некоторые особенности структурного состояния сталей в зонах лазерной обработки // Чёрная металлургия. 2007. № 6. С. 36— 45. (Изв. высш. учеб. заведений).
- Яресько С. И., Горяинов Д. С. Моделирование процесса лазерного упрочнения режущего инструмента // Изв. Самар. НЦРАН. 2011. Т. 13, № 4-3. С. 921—926.
- AdelK. M., Dhia A. S., GhazaliM. J. The effect of laser surface hardening on the wear and friction characteristics of acicular bainitic ductile iron // International J. of Mechanical and Materials Engineering. 2009. Vol. 4, No 2. P. 167—171.
- El-Batahgy A. M., Ramadan A. R., Moussa A. R Laser Surface Hardening of Tool Steels — Experimental and Numerical Analysis // J. of Surface Engineered Materials and Advanced Technology. 2013. No 3. P. 146—153.
- Lee J.-H., Jang J.-H., Joo B.-D., Son Y.-M., Moon Y. H. Laser surface hardening of AISI H13 tool steel // Transactions of Nonferrous Metals Society of China (English Edition). 2009. Vol. 19, No 4. P. 917—920.
