CC BY
10
Нащональний лкотехшчний ун1верситет Украши
УДК 674.055:621.785.545
ТРИВК1СТЬ ЩОДО СПРАЦЮВАННЯ НОЖ1В 31 СТАЛ1 45 ТА 8Х6НФТ П1Д ЧАС ОБРОБЛЯННЯ ДЕРЕВИНИ ДУБА ТА БУКА
Ю.1. Озимок1, Ю.Р. Капраль2
Наведено теоретичш дослщження можливих швидкостей подавання пiд час фре-зування деревини ножами iз змiдненою передньою поверхнею методом високошвидтас-ного тертя. Запропоновано методику встановлення iнтенсивностi спрацювання леза без врахування перiоду припрацювання ножа. Установлено вплив фiзико-механiчних влас-тивостей матерiалу, з якого виготовлений нiж, та породи деревини, що обробляеться, на тривкiсть щодо спрацювання лез дереворiзальних ножiв. Розраховано залежшсть змши радiуса закруглення рiзальноl крайки змщненого високошвидкiсним тертям ножа зi ста-лi 45 вiд шляху рiзання пiд час фрезування деревини бука та дуба, побудовано графiчнi залежностi.
Ключовг слова: лезо ножа, тривюсть щодо спрацювання, радiус закруглення, фре-зування.
Стан проблеми. Для виготовлення дереворiзальних iнструментiв вико-ристовують рiзнi матерiали: iнструментальнi вуглецевi сталi, шструментальш легованi сталi, швидкорiзальнi сталi, твердi сплави вольфрамкобальтовi, вольфрамтитановi, мiнералокерамiчнi, синтетичш надтвердi матерiали на осно-вi нiтриду бора чи полiкристалiчного алмазу. У процеа експлуатацii дереворь зальний iнструмент з рiзного матерiалу затуплюеться з рiзною iнтенсивнiстю пiд час рiзання деревини рiзних порiд. У мiру його затуплення пiд час оброб-ляння деревини на верстат варто зменшувати швидкiсть подавання загопвки з метою недопущення перегрiвання двигуна механiзму рiзання. Одним з основ-них критерiiв, що характеризуе затуплення шструмента, е прирiст радiуса закруглення леза Ар, який залежить вщ iнтенсивностi спрацювання леза уА та шляху рiзання Ь. Iнтенсивнiсть спрацювання леза дереворiзального шструмента ус-тановлюеться експериментальним шляхом унаслвдок апрокснмацп криво! за-лежностi радiуса закруглення леза вiд шляху рiзання. У технiчнiй лiтературi нема повно!' iнформацii щодо iнтенсивностi спрацювання лез шструменлв, виго-товлених з рiзного матерiалу пiд час обробляння рiзних порiд деревини.
Аналiз останнш дослщжень та публiкацiй. У роботах [1-3] визначено штенсившсть спрацювання лез ножш пiд час повздовжнього фрезування деревини ножами з рiзних матерiалiв. Пiд час фрезування деревини сосни ножами зi сталей 8Х6НФТ та Х6ВФ А Л. Бершадський [1] установив штенсившсть спрацювання лез ножш уд = 0,0008 мкм/м. За цих же умов для ножiв з твердого сплаву ВК15 [2] штенсившсть спрацювання становить уд=0,00008 мкм/м, для ножiв зi сталi 9Х8НФТ [3] уд=0,009 мкм/м. У робот [4] дослiджено тривккть щодо спрацювання ножiв пiд час чорнового фрезування деревини. Автори зазнача-ють, що наявшсть бруду чи шших абразивних часток пiд час фрезування деревини знижують перюд тривкост ножа в 10-30 разiв.
1 доц. Ю.1. Озимок, канд. техн. наук - НЛТУ Украши, м. Льв1в;
2 асист. Ю.Р. Капраль - НЛТУ Украши, м. Львгв
320
Зб1рник науково-техшчних праць
Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2016. - Вип. 26.1
У вЫх наведених роботах для встановлення штенсивност спрацювання лез ножiв апроксимовано криву залежност! радiуса закруглення леза вщ шляху рiзання у перiод припрацювання леза та в перiод усталено! роботи. За рекомен-дацiями [5] тд час фрезування деревини сосни ножами з легованих сталей пот-рiбно приймати уд=0,0008 мкм/м, тд час обробляння твердих порiд деревини (береза, бук, дуб) значення уд потрiбно збiльшити на 30-35 %.
Мета дослiдження. Розробити методику встановлення штенсивност спрацювання лез ножiв тд час фрезування деревини. Установити штенсившсть спрацювання ножiв пiд час фрезування деревини дуба та бука.
Виклад основного матерiалу. Вiдомо, що перюд припрацювання стале-вих ножiв набагато коротший вiд перiоду усталено! роботи. Проте саме в цей перюд вщбуваеться рiзке збiльшення радiуса закруглення рiзальноí' крайки леза. Оскiльки результати залежност радiуса закруглення леза вщ шляху рiзання ап-роксимуються лшшною залежнiстю, а кут нахилу прямо! характеризуе штенсившсть спрацювання, тому перюд припрацювання леза значною мiрою впли-вае на точтсть и установлення. Пропонуемо для визначення iнтенсивностi спрацювання леза ножа враховувати тшьки перiод усталено! роботи. Початко-вий радiус закруглення леза ножа доцшьно визначати не пiсля пiдготовлення його до роботи, а на початку перюду усталено! роботи (рис. 1).
Шлях риання I, м
Рис. 1. Розроблена методика установлення ттенсивност1 спрацювання леза
Отримане значення штенсивност спрацювання леза для перюду устале-но! роботи уДс потрiбно пiдставляти тд час визначення приросту радiуса закруглення леза для даного перюду Дрс
П с ■ к ■ п ■ Т ■ Кп ■ К
Ар с =-
1000
(1)
де: 1к - довжина дуги контакту, мм; п - частота обертання шструмента, хв.-1; Т -час роботи ножа, хв; Кп, Кв - поправковi коефiцiенти на продуктивнiсть i вико-ристання верстата. Радiус закруглення леза в певний момент роботи потрiбно
3. Технолопя та устаткування лковиробничого комплексу
321
Шцю^льний лкотехшчний yнiвeрcитeт yKpa'1'ни
poзpaxoвyвaти як cyмy paдiyca зaкpyглення лезa та пoчaткy пеpioдy ycтaленoï poбoти р0 с тa пpиpocтy paдiyca зaкpyглення для пеpioдy cтaлoï poбoти Лрс
p = p0c + АРс. (2)
Дс^дженс тpивкicть щйдй cпpaцювaння нoжiв, вигoтoвлениx зi cтaлей 45 тa 8Х6НФТ. Нoжi з легoвaнoï cтaлi 8Х6НФТ y üpo^ci виттовлення змщню-вaлиcь тpaдицiйним метйдйм аб^тою гapтyвaння. Нoжi з кoнcтpyкцiйнoï cтaлi 45 змiцнювaлиcь пй пеpеднiй гpaнi метйдйм виcoкoшвидкicнoгo теpтя. Уcтaнoв-ленй тpивкicть щйдй cпpaцювaння нoжiв y пеpioд ycтaленoï poбoти пiд чac фpе-зyвaння деpевини дyбa тa бyкa. Pезyльтaти зaлежнocтi paдiyca зaкpyглення лезa нoжiв вiд шляxy piзaння нaведенo та p^. 2.
Отpимaнo тaкi зтачення iнтенcивнocтi cпpaцювaння лез нoжiв:
• для ножiв зi стaлi мapки 8Х6НФТ пiд час фpезyвaння деpевини дуба уДс = 0,0008 мкм/м;
• для ножiв зi стам мapки 8Х6НФТ пiд час фpезyвaння деpевини бука уДс = 0,0005 мкм/м;
• для ножiв зi 0,0007 мкм/м;
• для ножiв зi стaлi мapки Сталь45 шд час фpезyвaння деpевини бука уДс = 0,0003 мкм/м.
стaлi мapки Сталь45 пiд час фpезyвaння деpевини дуба уДс =
p = 0,0008L +12,025
R2 = 0,8701 Стапьд6
p = 0,0007L +10,246 R2 = 0.9753
Шлях р1зання, м
i 5
0 s И
1
p = 0.0008L + 12.02Î
R2 = 0,8701
Стань45
p = 0,0007L + 10,246 R2 = 0,9753
Шлях р1зання, м
а) обробляння дуба б) обробляння бука
Рис. 2. Залежмсть pадiуса закруглення лез нoжiв 3i cmmi 45 та 8ХбНФТтд час обробляння дepeвини дуба та бука
Звдои виднй, щй ште^^н^ть cпpaцювaння лезa звлежить не тiльки вiд фiзикo-меxaнiчниx влacтивocтей мaтеpiaлy iнcтpyментa, are i вщ пopoди деpе-вини, щй oбpoбляeтьcя. Хoчa i ду6, i 6ук вiднocять дй твеpдиx пopiд деpевини, iнтенcивнicть cпpaцювaння лезa пiд чac ïx oбpoбляння piзнитьcя. 3a pекoмендa-цiями [5] пiд чac oбpoбляння деpевини ду6В ТВ буо шЖВМИ зi cтaлi 8Х6НФТ пoтpiбнo ^иймвти знaчення iнтенcивнocтi cпpaцювaння уд= 0,001 мкм/м.
Отpимaнo фopмyлy для визтачення швидкocтi пoдaвaння зaгoтiвки зв пйтужнютю двигута меxaнiзмy piзaння, щй вpaxoвye тiльки пеpioд ycтaленoï poбoти Шжв.
Y Ас • Ik • N • T • K n • кв
VS(N) =
- р -11+0,1 • -an • aw • b у p
1000 • (p0c + 50)
P • N • Z
1000 • k •<! H
(3)
322
Збiрник нayкoвo-тexнiчниx ^шць
Науковий вкник НЛТУ Украми. - 2016. - Вип. 26.1
де: ^ - дотична сила р1зання, Н; ап - поправковий коефщент на породу дере-вини; а^/ - поправковий коефщ1ент на волопсть; Ь - ширина шару, що зрь зуеться, мм; р - фштивна сила р1зання, Н/мм; к - дотичний тиск стружки на пе-редню поверхню леза, МПа; 2 - ктьюсть р1зц1в.
Розраховано можливу швидюсть подавання заготшок за потужнютю двигуна мехашзму р1зання для таких умов роботи ножа: верстат СР6-9; д1аметр кола р1зання - 128 мм; кшькють нож1в - 4 шт.; частота обертання фрези -5000 об/хв; кут р1зання - 65°; ширина оброблювано! загот1вки - 200 мм; воло-гють загот1вок - 10 %. Побудовано графши залежносл можливих швидкостей подавання дубових 1 букових загот1вок в1д часу оперативно! роботи нож1в з1 стал1 8Х6НФТ 1з врахуванням двох експериментально отриманих значень ш-тенсивноси спрацювання леза ножа (для дуба уДс = 0,0008 мкм/м, для бука уДс = 0,0005 мкм/м) та рекомендованого значення [5] уд = 0,001 мкм/м для твердих порщ деревини. Результати розрахунку наведено на рис. 3.
Рис. 3. Залежтсть можливих швидкостей подавання заготiвки за потужмстю двигуна мехатзму рЬання вiд часу оперативно!роботи ножа
1з графтв рис. 3 видно, що можлива швидкють подавання загопвки тд час фрезування деревини бука за часу оперативно! роботи 300 хв становить = 26,5 м/хв, а тд час фрезування деревини дуба ^ = 23,1 м/хв, що вище на 43,2 % та 24,9 % вщповщно, пор1вняно 1з розрахованою швидкютю подавання загот1в-ки за рекомендованою методикою [5], що становить = 18,5 м/хв. Висновки:
1. Установлено, що структура i хiмiчний склад деревини значною мiрою впливае на тривкiсть щодо спрацювання дереворiзального iнструмента. Для визначення швидкост подавання заготiвки за потужнютю двигуна ме-ханiзму рiзання тд час обробляння деревини ножами iз середньолеговано!' шструментально! сталi рекомендовано приймати таю значення штенсив-ностi спрацювання: для деревини дуба уДс = 0,0008 мкм/м; для деревини бука уДс = 0,0005 мкм/м.
2. Розроблено методику установлення штенсивност спрацювання леза ножа, що включае тшьки перюд його усталено!' роботи. Ця методика дае змогу точтше описати залежнiсть радiуса закруглення леза вщ часу оперативно!' роботи ножа.
3. Правильне установлення штенсивност спрацювання леза ножа дае змогу тдвищити продуктивнють деревообробного обладнання на 43,2 % тд час обробляння деревини бука, та на 24,9 % - тд час обробляння деревини дуба.
3. Технолооя та устаткування лковиробничого комплексу
323
Нащональний лкотехшчний унiверситет Украши
Лiтература
1. Бершадский А.Л. Резание древесины / А.Л. Бершадский, Н.И. Цветкова. - Минск : Изд-во "Вышейшашк.", 1975. - 304 с.
2. Гриневыч С.А. Разработка режимов цилиндрического фрезерования кромок фанеры общего назначения : автореф. дисс. на соискание учен. степени канд. техн. наук / С.А. Гриневыч. -Минск, 2005. - 20 с.
3. Абдулов А.Р. Исследование износостойкости стальных ножей, упрочненных путем имплантации ионов азота / А.Р. Абдулов, В.Г. Новоселов. // Деревообработка: технологии, оборудование менеджмент XXI века : труды VI Междунар. евроазийского симпозиума, 2011. - С. 240-242.
4. Абдулов А.Р. Исследование износостойкости стальных ножей при черновом фрезеровании древесины / А.Р. Абдулов, В.Г. Новоселов. // Деревообработка: технологии, оборудование менеджмент XXI века : труды VII Междунар. евроазийского симпозиума, 2012. - С. 209-212.
5. Глебов И.Т. Оборудование отросли: Исследование микрогеометрии режущих кромок лезвий. Методические указания для проведения лабораторных занятий / И.Т. Глебов, А.Р. Абдулов. - Екатеринбург, 2013. - 48 с.
Надклано до редакЦ! 21.02.2016 р.
Озимок Ю.И., Капраль Ю.Р. Износостойкость ножей из стали 45 и 8Х6НФТ при обработке дуба и бука
Приведены теоретические исследования возможных скоростей подачи во время фрезерования древесины ножами с упрочненной передней поверхностью методом высокоскоростного трения. Предложена методика установления интенсивности износа лезвия без учета периода приработки ножа. Установлено влияние физико-механических свойств материала, из которого изготовлен нож и породы обрабатываемой древесины, на прочность лезвий дереворежущих ножей. Рассчитана зависимость изменения радиуса закругления режущей кромки упрочненного высокоскоростным трением ножа из стали 45 от пути резания при фрезеровании древесины бука и дуба, построены графические зависимости.
Ключевые слова: лезвие ножа, износостойкость, радиус округления, фрезерование.
Ozymok Yu.I., Kapral Yu.R. Concerning Wear Resistance of 45 and 8H6NFT Steel Blades during Processing of Oak and Beech Wood
Theoretical studies of possible feed rates during wood milling cutters with reinforced front surface by the high-speed friction are conducted. The method of establishing the intensity of wear of the blade, excluding the period of the running blade, is proposed. The influence of the physical and mechanical properties of the material from which the knife is made and the species of processed wood, the strength of the saw blades is studied. The dependence of the radius of curvature of the cutting edge of the knife hardened by highspeed friction of 45 steel of the cutting path during cutting of beech and oak wood is identified, the plots are built as well.
Keywords: blade, wear strength, radius of rounding, milling.
324
Збiрник науково-техшчних праць
