CC BY
11
Лiтература
1. Барташевич А.А., Богуш В.Д. Конструирование мебели: Учебн. пособие - Мн.: Выш. Шк., 1998. - 343 с.
2. Гайда С.В. Рацюнальне конструювання виробiв з деревини: Навч.-метод. посiбник. Львiв: ЦНТЕ1, 2001. - 93 с.
3. Заяць 1.М. Технолопя виробiв з деревини: Навч. поабник. - К.: 1СДО, 1993. - 296 с.
УДК 669.15 Acnip. О.В. Бтоус; проф. В.М. Голубець, д.т.н.;
доц. О.Б. Гасш, к.т.н. - УкрДЛТУ; пров.н.с. О.Й. Юга - 1ПМНАН Украти
ВПЛИВ РЕЖИМ1В Р1ЗАННЯ НА СТ1ЙК1СТЬ 1НСТРУМЕНТУ ПРИ ТОЧ1НН1 ДЕРЕВИНИ
Важливою вимогою в деревообробнш промисловостi е шдвищення ефективностi процесу обробки деревинного матер!алу i зменшення зносу рiжучого шструменту. Цю проблему можна вирiшити шляхом нанесення рiзних зносостiйких покриттiв на рiжучу частину iнструменту. Поеднуючи електроюкрове легування (Е1Л) з лазерною обробкою, як показали ранiше проведенi нами дослщження [1], можна суттево шдвищити ефектив-нiсть обробки деревини.
O. Bilous, V. Holubets, O. Hasiy - USUFWT, O. Yuga - IPM
Influence of cutting regimes on persisting characteristic of tool in turning of
wood
The aim of this work - is to research the threadbare of cutting instrument strengthened by combine technology and determine the cutting power depends on cutting regimes, specifically, velocity and loading.
Мета роботи - дослщити знос рiжучого шструменту при нанесенш на його робочу поверхню комбшованого покриття (Е1Л + ОКГ) i визначити силу рiзання залежно ввд режимiв рiзання, зокрема, швидкост i навантаження.
Для цього зразки, що iMi^^™ рiжучий iнструмент i мали форму 4-х гранно! пiрамiди з кутом при вершит 45°, виготовляли iз сталей марок У8 i Р6М5, об-робляли електроiскровим легуванням з подальшою лазерною обробкою оптичним квантовим генератором (ОКГ).
Ввдомо, що при нанесенш Е1Л-покриття не вся поверхня рiзця покриваеть-ся легуючими елементами, а лише 70...80 %. Пiсля подальшо! обробки лазером легуючi елементи рiвномiрнiше розподiляються по всш змiцненiй поверхнi, що покращуе фiзико-механiчнi властивостi покриття.
Електроiскрове покриття наносили на установщ "Елiтрон", електродом з евтектичного сплаву системи Fe-Mn-C-B-Si-Cr [2], [6]. Енерпя одиничного роз-ряду становила 0,37 Дж, емшсть батарей накопичуючих конденсаторiв С=420 мкФ, амплггуда iмпульсiв напруги на накопичуючих конденсаторах U=42 В, ро-бочий струм 1-5,0 А. Товщина нанесеного покриття сягала 50 ■ 60 мкм. Потiм на-несене електроiскрове покриття тддавали обробцi лазером на установщ "Квант-15". Дiаметр плями становив Sn= 1,284 мм, площа плями Sn=1мм , густина енерги Ef= 1,5 Дж/мм2. Пiсля обробки лазером товщина Е1Л-покриття зменшилася на 5 ■ 10 мкм, Водночас покращились його фiзико-механiчнi властивостi, зокрема знач-но пiдвищилась твердiсть i мщшсть, покращилась шорсткiсть поверхнi.
Процес рiзання зразкiв з дуба в сухому сташ дiаметром 100 мм i шириною 25мм моделювали рiзцями без- i з покриттями на машин тертя МТ-68 [3], яка iмi-тувала процес точшня. Схема установки зображена на рис. 1. Випробування проводили при навантаженш 10 Н, 20 Н i 30 Н, швидюсть рiзання становила 3 м/с, 6 м/с, 9 м/с (вщповщно шлях рiзання 0,9 км, 1,8 км, 2,7 км). Тривалють процесу 300 секунд. Рiзцi зважували до i шсля випробувань i визначали iнтенсивнiсть зносу (1з, мг/км).
Як показали результати дослщжень (табл. 1), нанесення комбшованого (Е1Л+ОКГ) покриття на сталевi зразки дозволяе зменшити знос рiжучого шстру-менту по деревиш у 4.. .6 раз1в - для стати У8 [ у 5.. .7 раз1в - для стал1 Р6М5.
Рис. 1. Схема вузла тертя машини МТ-68:1 - вал; 2 - контртшо; 3 - супорт; 4 - вузол тертя; 5 - маховик; 6 - шестерня; 7 - рейка; 8 - направляюча; 9 - коливальна каретка; 10 - навантажу-вальний пристрт; 11 - цанговый затискач; 12, 14, 18 - датчики; 13 - пружина; 15 - черв'ячний редуктор; 16 - кривошип; 17 - пружина.
Табл. 1.1нтенсивтсть зносу рiзцiв без- i з комбтованим покриттям залежно вгд
Швидюсть V, м/с Навантаження Р, Н !нтенсивнють зносу 1з , мг/км
У8 У8+(Е1Л+ОКГ) Р6М5+(Е1Л+ОКГ)
3 10 4,000 2,100 0,330
6 10 1,800 0,600 0,050
9 10 0,800 0,040 0,037
3 20 2,000 0,300 0,200
6 20 0,400 0,050 0,032
9 20 0,100 0,020 0,012
3 30 0,300 0,200 0,080
6 30 0,090 0,030 0,009
9 30 0,044 0,010 0,002
Графiчна штерпретащя отриманих даних наведена на рис. 2-4. Аналiзуючи отримаш дат, можна зробити висновок про те, що у вах випадках спостерта-еться закономiрнiсть зменшення штенсивност зносу (1з) залежно вщ збшьшення режимiв рiзання. При швидкост рiзання (V = 3 м/с) i навантаженш (Р=10 Н) рь зець спрацьовуеться штенсившше, шж при V=9 м/с i Р=30 Н, що можна пояснити тим, що волокниста неоднородна структура сухо!' деревини при низьких значеннях V i Р чинить опiр проникненню рiзця. Пiд час проникнення рiзця в структуру деревини мае мюце процес пружно!' деформаци, волокна деревини натягуються,
стискаються, згруповуються, а потiм пiд дieю рiзця рiжуться. 1з збiльшенням швидкостi рiзання i навантаження ефективнiсть рiзання деревини зростае, зносо-стiйкiсть рiзця тдвищуеться. При збiльшеннi швидкостi рiзання i навантаження волокна не встигають стискатися i згруповуватися, вони вiдразу перерiзаються i вiдповiдно покращуеться процес рiзання.
Рис. 2.1нтенсивтсть зносу рЬщв при навантаженн Р= 1кг i тривалостi точтня Т=300 с ЩЦ- У8 ; ^ -У8+(Е1Л+ОКГ) -Р6М5+(Е1Л+ОКГ)
1з, мг/км
0,05 0,04
Рис. 3.1нтенсивтсть зносу рЬщв при навантаженн Р= 2 кг i тривалостi точтня Т=300 с (позначення mi ж, що i на рис. 2)
Ввдомо, що при рiзаннi деревини ввдбуваються складш процеси, пов'язат з проникненням рiзця в матерiал. При цьому утворюеться певна зона деформаци, вiдбуваeться ввдокремлення стружки i И деформування, виникають сили, яю до-лають тертя елементав стружки i рiзця мiж собою i об деревину. У цих процесах
1з, мг/км
4,0
2,0
,8
0,8
0,6
0,33
0,05
0,04 0,037
V, м/с
4,0
0,4
0,3
0,2
0,1
0,032
0,и2
0,и12
V, м/с
велику роль в1дирае материл 1 волопсть деревини, напрям р1зання, товщина стружки, стутнь затуплення р1зця, швидюсть р1зання 1 подача, стетнь натиску на деревину перед р1зцем, форма леза р1зця (площа контакту) 1 т.д. Вплив кожного з перерахованих фактор1в на процес точшня важко визначити, тому переважно опе-рують сумарною силою, яку необхвдно прикласти для подолання всх опор1в, що виникають при р1зант деревини. Проекщю сили р1зання (Б) на вшь г [4] в просто-ровш декартовш координатнш систем1 ХУ2 називають головною складовою сили р1зання Бг.
|з, мг/км
II т\Ш
Рис. 4.1нтенсившсть зносу рiзцie при навантаженн Р= 3 кгi тривалостi точтня Т=300 с (позначення mi ж, що i на рис. 2.
Тому наступним етапом наших дослвджень були випробування по визна-ченню сили р1зання Бг при точшт деревини на токарно-гвинтор1зному верстал 1К62.
Для фшсування сили Бг верстат був обладнаний динамометром ДК-600, який передав через деформуючий елемент отримане значення (зусилля р1зання) на шдикатор. Тарування шдикатора дозволяв встановити залежтсть м1ж прикладе-ною до р1зця силою й вщповвдною 1й пружною деформащвю торсшних брусюв.
Основними показниками, що впливають на Бг, в механчн особливоста об-роблюваного матер1алу (в першу чергу, його твердкть) 1 задан режими р1зання, до яких можна ввднести таю показники: швидюсть р1зання, глибину р1зання, подачу. Визначали вплив швидкост р1зання на величину Бг при постшних значен-нях подач1 (8) 1 глибини р1зання (1). Р1зець мав клинопод1бну форму, кут при вершит р1зця дор1внював 35°. Спрацювання р1зщв, виготовлених з швидкор1зально! стал1 марки Р6М5 з нанесеним комбшованим методом (Е1Л+ОКГ) покриттям, по-р1внювали при точшт сухо! деревини (дуб, поперек волокон) з р1зцями 1з стал1 Р6М5. Результати дослвджень наведет в табл. 2, залежтсть сили р1зання в1д швид-кост при постшних значеннях 1=0,75 мм 1 8=0,74 мм/об представлена на рис. 5.
№ п/п Кшьшсть обер™ (п), об/хв Величина сили рiзання (Бг), Н
Р6М5 Р6М5+ (Е1Л+ОКГ)
1. 800 31 28
2. 1250 75 53
3. 1600 90 68
4. 2000 30 28
V, м/с
3
800 1250 1600 2000 N об/хв
Рис. 5. Залежнтть сили рнання (Г,) вiд швидкостi рiзання
З отриманих даних можна зробити висновок, що сила рiзання, незалежно вiд швидкостi точшня суттево нижча в процесi рiзання комбiнованим покриттям порiвняно з сталлю Р6М5. Це можна пояснити твердiстю комбiнованого покриття, яка значно вища вiд сталi Р6М5 (9800...10200 МПа проти 2200...2250 МПа), а та-кож покращенням фiзико-механiчних властивостей поверхш рiзця пiсля и змщ-нення.
Одночасно зазначимо, що збшьшення швидкосл точiння з 800 об/хв. до 1600 об/хв. тдвищуе величину сили рiзання для всiх матерiалiв, а збшьшення швидкосл до 2000 об/хв зменшуе величину сили рiзання Р2. Очевидно, волокниста неоднорiдна структура деревини чинить отр проникненню рiзця, але iз збшь-шенням швидкосл волокна деревини рiжуться краще.
Встановлено також вплив на силу рiзання Бг глибини рiзання при постш-ному значеннi швидкостi рiзання i подачi (за допомогою показiв динамометра). Результати наведеш в табл. 3.
№ Глибина рiзання Величина сили рiзання Н
п/п 1:, мм Р6М5 Р6М5+ (Е1Л+ОКГ)
1. 0,25 6 6
2. 0,5 16 16
3. 0,75 31 28
4. 1 47 38
Графiчна iнтерпретацiя цих результатав зображена на рис. 6, з якого видно, що iз збшьшенням глибини рiзання 1 сила рiзання зростае.
Вiдомо, що стутнь гостроти рiзця характеризуеться кривою радiуса затуп-лення. Чим менший радiус, тим гострiший рiзець. Для гострих рiзцiв цей радiус становить 2-10 мкм, для затуплених - 60-100 мкм [5]. У процес роботи з часом радiус затуплення рiзця збшьшуеться, тому росте сила рiзання (Р2) (рис. 6). На пе-вному етапi (при глибинi рiзання 0,25 мм i 0,5 мм) сила була однакова для рiзця зi сталi Р6М5 i рiзця зi сталi Р6М5, змiцненого комбiнованою технологiею (Е1Л+ОКГ). Але iз збiльшенням часу роботи рiзця сила рiзання у рiзця iз сталi Р6М5 почала рости штенсившше порiвняно з рiзцем Р6М5+ (Е1Л+ОКГ). Це можна пояснити таким чином. Радiус затуплення у рiзця з сталi Р6М5 почав збшьшу-
ватися i тому при проникненнi затупленого рiзця в деревину И волокна не перерь заються, а стискаються, зминаються, натягуються i намагаються випрямитися, притискаються до задньо! гранi рiзця i цим створюють додаткове тертя мiж рiзцем i деревиною, що веде до росту сили рiзання.
Ре, Н
47 ■
38
31 ■
28 -
16 ■
6 ..
0,25 0,5 0,75 1 t, мм
Рис. 6. Залежнтть силирнання Fz eid глибини рнання при постгйному значент S=0,74 мм/об
i n=800 об/хе
Висновки
На n^eraBi проведених дослвджень встановлено залежшсть штенсивноста зносу ввд матерiалу рiзця i режимiв рiзання. Так, зносостiйкiсть рiзцiв з комбшо-ваним покриттям е значно вищою (у 4...6 разiв для сталi У8 i у 5...7 разiв для ста-лi Р6М5) порiвняно зi сталями без покриття.
Встановлено вплив на силу рiзання швидкостi рiзання. 1з збiльшенням обе-ртiв шпiнделя до 1600 об/хв сила рiзання росте, а при збшьшенш до 2000 об/хв зменшуеться. Сила рiзання i ступiнь затуплення рiзця взаемозалежнi, а зносостш-юсть рiзального iнструменту залежить вiд ефективноста змiцнення комбiнованою технологiею (Е1Л+ОКГ) з застосуванням евтектичного електродного матерiалу.
Лггература
1. Бiлоус О.В., Голубець В.М., Юга О.Й., Гасш О.Б. Вплив виду нанесеного покриття на триботехшчш властивостi рiжучого iнструменту// Науковий вюник: Збiрник науково-технiчних праць. - Львiв, 1999. - С. 239-245.
2. Голубец В.М., Пашечко М.И. Износостойкие покрытия из эвтектики на основе Fe-Mn-C-В. - К.: Наук. думка, 1989 - 190 с.
3. Колесниченко Л.Ф., Юга А.И. и др. Машина трения для определения антифрикционных свойств подшипниковых материалов. "Технология и организация производства". - 1975, - №2. - С. 61-63.
4. Попович В.В. Технолопя конструкцшних матерiалiв. Лабораторний практикум. -Львiв.: 1ЗМН, 1997. - 136 с.
5. Шевченко В.А. Деревообрабатывающие станки и инструменты. - К.: Госиздат лит. по строительству и архитектуре УССР. 1957. - 161 с.
6. Пашечко М.И., Голубец В.М., Чернец М.В. Формирование и фрикционная стойкость эвтектических покрытий. -К.: Наук. думка. 1993. - 342 с.
