НОЖ ДЛЯ ЛЕДОБУРА И ЗАГОТОВКА ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Заявляемая группа полезных моделей относится к устройствам для образования скважин во льду водоемов и может быть использована, в частности при изготовлении ледобуров и их комплектующих.
Из уровня техники известно значительное количество решений, направленных на усовершенствование конструкции ледобуров и их элементов.
Так, в соответствии с US 3786876, F 25 C 5/04, устройство содержит шнек, на конце которого закреплены два ножа, рабочая поверхность каждого из которых скошена в виде винтовой. Части ножей, обращенные к шнеку, выполнены в виде полукругов.
Согласно US 2003106221, F 25 C 5/04 В, ледобур оснащен рукояткой, ножи на конце которой выполнены в виде двух остроконечных выступов.
Патенты СА 2393021, Е 01 Н 5/02, СА 1298072, Е 01 Н 5/02, СА 2367329, В23В51/02, US 6502649, Е 21 В 10/44, US 3857787, B 01 D 35/28 и US 4539750 US, B25F3/00, также решают задачу снижения усилия резания за счет совершенствования конструкции ножей.
Ледобур, раскрытый в А.С.СССР 1375916, F 25 C 5/02, содержит ножи, каждый из которых крепится по центру к бурильной головке винтом. Ножи выполнены в виде дисков, причем у одного из ножей угол резания на 2-3° больше, что обеспечивает плавное врезание ножей в лед, уменьшая усилие резания.
Ледобур по А.С.СССР 1064088, F 25 C 5/02 также содержит бурильную головку с ножами, при этом каждый из ножей образован частью винтовой поверхности. Изобретение решает задачу повышения надежности работы за счет уменьшения усилий резания и обеспечения удаления ледяной крошки из лунки.
Ледобур по А.С.СССР 531002, F 25 C 5/02, снабжен съемными ножами, закрепленными винтами на дополнительных лопастях, установленных в нижней части шнека. Известная конструкция обеспечивает улучшение эксплуатационных свойств ледобура и предотвращение высыпания ледяной крошки при вынимании ледобура из скважины. Режущая головка шнекового ледобура по А.С.СССР 1617273, F 25 C 5/02, содержит держатель со съемными ножами, по меньшей мере, у одного из которых концевой участок выполнен отогнутым наружу с калибрующей кромкой, при этом последняя расположена под углом не более 30° к оси режущей головки. Наличие хотя бы одного ножа с калибрующей кромкой облегчает и ускоряет рассверливание лунок и сверление
любого льда при любой погоде, упрощает пользование ледобуром, что в свою очередь экономит время для активной рыбалки. Наличие ножей с калибрующими кромками позволяет снизить вес ледобура.
Режущая головка шнекового ледобура по А.С.СССР 1830129, F 25 C 5/02, содержит держатель со съемными ножами, выполненными с тремя отверстиями, предназначенными для крепления в держателе. Указанные отверстия расположены на равном расстоянии одно от другого. Наличие трех отверстий позволяет высверливать ледобуром лунки различного диаметра.
Не отрицая достоинств известных изобретений, необходимо отметить ограниченность существующих технологий изготовления ножей для ледобура.
Так, по информации, представленной в сети Интернет ООО «Охотник» (Тверь) - адрес сайта www.delo.tver.ru, поставляет на рынок ножи для ледобуров, изготовленные штамповкой из высококачественной стали, закаленные по специальному режиму, позволяющему существенно повысить твердость конечного изделия.
В производственные мощности ООО «Охотник» включены операции: штамповочные, фрезеровочные, закалка, гальваника, сварочные, токарные, слесарные и много других. Введение операции закалки позволяет заготовку ножа штамповать из более дешевой стали, в отличие от ножей дорогостоящих шведских ледобуров, изготовленных из высоколегированных сталей.
В ЗАО «Тонар Плюс», (адрес в Интернете www.tonar.su) для каждого диаметра ледобура разработана собственная конструкция ножей с оптимальными углами резания. Например, для ЛР-130 ножи выполнены с двумя ступеньками, разделенными поперечной канавкой, три режущих кромки обеспечивают высокую скорость бурения, снижают прилагаемые усилия. На ледобур 180 мм устанавливают сразу четыре ножа, при этом на рабочей поверхности внешних ножей выполнены канавки. Ножи ледобуров производства ЗАО «Тонар Плюс» изготовлены методом штамповки из высокоуглеродистой легированной стали, проходят операцию объемной закалки для достижения высокой твердости. Такая технология позволяет не только улучшить эксплуатационные свойства ножей, но и обеспечить возможность многократного перетачивания ножей без ухудшения их первоначальных свойств. Штамповка заготовки ножа обеспечивает точность размеров и полную взаимозаменяемость деталей.
Ледобур рыболовный «Северный», производителем которого является ООО «Северный штамп» (адрес в Интернете www.sevstamp.spb.ru) содержит ножи,
изготовленные методом штамповки из высокопрочной стали с последующей термической и механической обработками (фрезерование, зенкование, шлифовка), позволяющими получить из заготовки конечное изделие заданной формы и с заданным уровнем свойств.
Ледобур, рекламируемый в Интернет Магазине Wobbler.ru по адресу www.x-team.ru, состоит из шнека с режущей частью и штанги с рукояткой. Ножи изготовлены из высокопрочной стали технологией, описанной выше. Высококачественная сталь, оптимальные углы резания и качественная заточка ножей обеспечивают быстрое бурение.
Ножи для финских ледобуров UR Rapala (www.sport.hunting.ru) выполнены полусферическими из нержавеющей стали, проходят термическую обработку (закалку) для достижения высокой твердости. Ножи выполнены с разноуровневой заточкой. Плоские и сферические ножи толщиной 1.5 мм к шведским ледобурам Моrа выполнены холодной штамповкой из высоколегированной борсодержащей стали (www.badger.ru). Лезвия ножей снабжены вставками, выполненными из победита. Шведские ножи по эксплуатационным характеристикам и стоимости значительно превосходят отечественные аналоги.
Технология изготовления изделия из штампованной стальной заготовки включает термическую обработку заготовки, обеспечивающую высокую твердость рабочей части ножа, и обязательные механические операции формирования конечного изделия - сверление, зенкование, шлифование и фрезерование (см, например, Е.И.Семенов. Ковка и штамповка. Справочник. М. Машиностроение. 1985; В.П.Романовский. Справочник по холодной штамповке. М. Машиностроение. 1979; Ю.А.Аверкиев, А.Ю.Аверкиев Технология холодной штамповки. Учебник для вузов. М. Машиностроение. 1989 и др.). Результатом применения известной технологии является повышение не только себестоимости ножей для ледобуров, но и всего устройства.
Наиболее близкими решениями заявляемой группе полезных моделей с учетом объема представленной информации о материале и технологии изготовления ножей ледобура, являются нож ледобура рыболовного «Северный» и заготовка для его изготовления. Заготовка ножа известного ледобура представляет собой металлический лист из нержавеющей стали, из которого формируют конечное изделие. Заготовку получают с помощью штампа пластическим деформированием стального листа. Для получения заданных свойств (прежде всего высокой твердости) заготовку подвергают многоступенчатой термической обработке по известным специалистам режимам.
Отверстия, необходимые для закрепления ножа в держателе ледобура, вырубают в процессе штамповки штампом или высверливают в заготовке на последующих стадиях техпроцесса. Однако штамповкой невозможно получить отверстие, готовое под головку крепежного элемента (т.е. расточенное на конус), поэтому обязательной операцией является зенкование.
Нож, изготовленный по известной технологии на основе известной заготовки, содержит металлическую основу с отверстиями для крепления ножа в держателе ледобура и режущую часть, выполненные из нержавеющей стали. Режущая часть ножа сформирована путем заточки.
Необходимо заметить, что поскольку штамповка не позволяет достичь высокой точности размеров, производят обязательное фрезерование заготовки под заданные размеры, удаление облоя, шлифование. Сложный технологический процесс повышает себестоимость конечного изделия и затрудняет расширение производственных мощностей.
Недостатки известного решения иллюстрируются графическим материалом, представленным на Фиг.1 - Фиг.3, где Фиг.1 - общий вид заготовки, выполненной штамповкой из нержавеющей стали, Фиг.2 - то же, вид сбоку с частичным вырезом, Фиг.3 - вид сбоку готового ножа с частичным вырезом. Позиции относятся к следующим элементам: 1 - металлическая основа заготовки (ножа), 2 - отверстия для крепления ножа в держателе, 3 - режущая часть. Значительные отличия заготовки и ножа, проявляющиеся в составе, размерах и форме указанных элементов, указывают на необходимость совершения последовательности операций - фрезерование, зенкование, шлифовка и др. для получения ножа заданных размеров.
Задачей заявляемой группы полезных моделей является снижение себестоимости ножа для ледобура, что позволит удовлетворить постоянно растущий спрос на ледобуры и комплектующие к ним, необходимые при подледном лове рыбы.
Поставленная задача решена за счет того, что в конструкцию ножа для ледобура, содержащего металлическую основу с отверстиями для крепления ножа в держателе ледобура и режущую часть, внесены следующие усовершенствования:
- металлическая основа выполнена из порошка легированной стали
- металлическая основа характеризуется следующими физико-механическими свойствами:
3
Плотность - 6.90...6.93 г/см
э
Твердость HRC=42...45
2
Предел прочности при изгибе - 108...115 кг/мм.
Поставленная задача решена за счет того, что заготовка для изготовления ножа ледобура, содержащая металлическую основу с отверстиями для крепления ножа в держателе ледобура, выполнена из порошка легированной стали путем прессования и спекания и содержит скос для формирования режущей части ножа, а отверстия имеют форму, ответную форме крепежных элементов, требуемых для установки ножа в держателе ледобура, при этом заготовка характеризуется следующими физико-механическими свойствами:
3
Плотность - 6.90...6.93 г/см
2
Твердость НВ=138...172 кг/мм
2
Предел прочности при изгибе - 77...82 кг/мм,
Сущность заявляемого комплексного решения, включающего два объекта - нож для ледобура и заготовку, необходимую для изготовления ножа для ледобура (устройство и устройство для его изготовления) - состоит в том, что вместо дорогостоящей нержавеющей стали, традиционно используемой для изготовления ножей ледобуров методом штамповки и требующей энергоемкой технологии для обеспечения высоких эксплуатационных свойств изделий (операции вырезки, штамповки, многоступенчатая термическая обработка, фрезерование, зенкование отверстий, шлифование) заготовку для ножей изготавливают из порошка легированной необходимым образом стали путем прессования порошка и последующего спекания, что позволяет получить более точные размеры заготовки, исключить зенкование отверстий, необходимое при изготовлении известного устройства, а также сократить объем операций, относящихся к механической обработке заготовки в готовое изделие. В итоге снижается энергоемкость процесса, значительно улучшаются технико-экономические показатели и соответственно уменьшается себестоимость конечного изделия.
В качестве порошка легированной стали может использоваться порошок стали, позволяющей получить изделия с указанными выше свойствами.
Заявляемое решение иллюстрируется графическим материалом, представленным на
Фиг.4 - Фиг.6.
Фиг.4 - общий вид заготовки
Фиг.5 - то же, вид сбоку с частичным вырезом
Фиг.6 - вид сбоку ножа с частичным вырезом
Позиции на указанных фигурах относятся к следующим элементам: 4 - основа, 5 - отверстия с конусной частью 6 для крепления ножа в держателе ледобура (на Фиг. не показан), 7 - скос на заготовке, 8 - режущая часть ножа.
Процесс изготовления заготовки и ножа может быть осуществлен, в частности, следующим образом:
3
1. Порошковую смесь, содержащую (%мас.): 1.83Ni, 1.34Cu, 0.26Mo, 0.56 С, Fe - остальное, прессуют в стальном прессе - форме на пресс-автомате под давлением 600 МПа. Форма выполнена с возможностью формирования отверстий под крепежные элементы в изделии. Плотность полученного прессованием изделия составляет 6.81...6.85 г/см
2. Прессованные изделия спекают в печи при нагревании с последующей изотермической выдержкой в среде защитного газа - диссоциированного аммиака. После спекания получают заготовку для изготовления ножа ледобура. Основа 4 заготовки характеризуется следующими физико-механическими свойствами:
3
Плотность - 6.90...6.93г/см
2
Твердость НВ=138...172 кг/мм
2
Предел прочности при изгибе - 77...82 кг/мм, отверстия 5 с конусной частью 6 уже на стадии изготовления заготовки приобретают форму, ответную форме крепежных элементов, используемых для установки ножа в держателе ледоруба. Поэтому зенковке отверстия в отличие от прототипа не подвергаются. Заготовка имеет скос 7, из которого впоследствии формируют режущую часть 8 ножа.
3.Спеченные заготовки с готовыми отверстиями и габаритными размерами дофрезеровывают (т.е. обработка минимальная) в многоместном приспособлении (12шт) до образования режущей части 8. Режущая часть 8 расположена под углом к основе, величина которого не менее 30°.
2
3
2
4. Осуществляют термическую обработку спеченных заготовок, включающую закалку и отпуск. В результате получают ножи с твердостью HRC=42...45, плотностью 6.90...6.93 г/см и пределом прочности при изгибе 108...115 кг/мм.
Необходимо отметить, что возможно использование порошков сталей, например, Х12С, Х12М, Х12Ф и др. Параметры процесса при этом выбираются с учетом свойств конкретного порошка.
Испытания ножей на льду Финского залива и Ладожского озера прошли с положительным результатом.
Представленные данные не исключают использование порошков других легированных сталей и других режимов изготовления ножа для ледобура и его заготовки.
В таблице, представленной ниже, даны технико-экономические показатели, позволяющие сделать вывод о решении поставленной авторами задачи.
№п/п
Наименование показателя
Ножи в соответствии с заявляемым решением
Ножи по прототипу
1
Коэффициент использования металла
0.95
0.49
2
Удельная трудоемкость изготовления изделий, час/1000 шт
72.8
94.6
3
Себестоимость изготовления, руб./1000 шт
16900
23660