Некоторые пути повышения износостойкости режущих органов лесозаготовительных и деревообрабатывающих машин

НЕКОТОРЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РЕЖУЩИХ ОРГАНОВ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ И ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН

Сиваков В.В.

Ways of increase of stability of tools and the details working in conditions of low temperatures are considered.

В условиях воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды износостойкость деталей машин и инструмента значительно снижается. В полной мере это относится к условиям работы лесозаготовительной и деревообрабатывающей техники при низких климатических температурах, когда интенсивность изнашивания указанных деталей резко возрастает. Кроме того, наблюдается рост выхода из строя режущих элементов машин в результате различных разрушений. Например, наиболее типичными видами разрушений машинных и переносных цепных пил являются выкрашивание режущей кромки, образование сетки микротрещин и разрыв соединительных звеньев, выкрашивание направляющих пильной шины, поломка звездочек и т.д.; обламывание вершин и вылом зубьев рамных и круглых пил, образование трещин и разрыв полотна или пильного диска.

Снижение сопротивляемости режущих элементов изнашиванию в указанных условиях связано с изменением под действием отрицательных температур физико -механических свойств древесины и инструментального материала. При этом затупление режущих элементов существенно интенсифицируется вследствие возрастания выкрашивания и сколов за счет снижения пластических свойств инструментального материала, период работы режущих элементов до затупления сокращается в 2-2,5 раза, а обработка некоторых пород древесины (например, древесины лиственницы в рубительных машинах при температуре ниже -30°) значительно затрудняется.

Интенсификация процесса изнашивания режущих элементов происходит за счет роста нагрузки на лезвие из -за увеличения прочностных характеристик древесины. Также возможно охрупчивание режущих элементов в результате насыщения рабочих поверхностей водородом за счет активного воздействия продуктов деструкции древесины. Все это обуславливает сокращение объема производства пиломатериалов, повышенную потребность в запасных частях и инструменте, простои лесозаготовительного и деревообрабатывающего оборудования [ 1]. Вследствие вышеизложенного целесообразным является поиск путей повышения износостойкости режущих рабочих элементов лесозаготовительных машин и инструмента для резания мерзлой древесины.

Одним из направлений повышения износостойкости режущих органов лесозаготовительных и деревообрабатывающих машин является применение упрочняющей обработки. Среди существующего многообразия методов

повышения износостойкости достаточно перспективным является применение методов упрочнения с использованием концентрированных потоков энергии за счет направленного изменение комплекса физико-механических свойств.

Среди этих методов вызывают интерес электроискровое упрочнение и плазменная обработка. Насыщение поверхностных слоев при электроискровом легировании карбидообразующими элементами позволяет создать защитный поверхностный слой, препятствующий диффузии водорода в глубь металла.

Плазменное упрочнении, основанное на высоких скоростях нагрева металла в зоне падения луча и последующей закалке, формирует поверхностный слой, обладающий повышенными значениями микротвердости, при этом в расположенном под ним слое материала достигаются более высокие пластические свойства. Кроме того, в поверхностном слое происходит существенное измельчение размеров зерен.

Однако при работе режущих элементов в рассматриваемых условиях повышения износостойкости каждым методом в отдельности недостаточно. Для снижения отрицательного влияния от совместного действия климатически низких температур и наводороживания предлагается проведение электроискрового легирования и последующей плазменной обработки [2]. При этом происходит формирование поверхностного слоя повышенной износо - и водородостойкости, насыщенного легирующими элементами, и нижележащего слоя металла с высокими пластическими свойствами, способствующими снижению выкрашивания режущей кромки.

При плазменном воздействии после электроискрового легирования происходит диффузии легирующих веществ на большую глубину, что снижает степень воздействия температуры на пластические свойства материала, причем каждый цикл плазменного нагрева приводит к дополнительной диффузии легирующих элементов в глубь металла, увеличивается степень дисперсности микроструктуры и достигается более равномерное распределение карбидов в массе основного металла.

Анализ результатов экспериментов показал, что в результате применения комплексного упрочнения, заключающегося в электроискровом легировании и последующем многократном плазменном воздействии, происходит формирование высокого уровня физико -механических характеристик поверхностных слоев. На рис. 1 приведены экспериментальные данные, характеризующие изменение микротвердости поверхности и глубины упрочненного поверхностного слоя от погонной мощности плазменной струи. Как видно из этих графиков, с увеличением погонной мощности микротвердость и размеры зоны упрочнения увеличиваются и достигают наиболее высокого значения при мощности, равной 0,25-0,27 кДж/см. При этом режиме упрочнения микротвердость при комплексном упрочнении достигает НУ 950-980. При дальнейшем увеличении погонной мощности плазменной струи значения микротвердости снижаются и при значении 0,3-0,32 кДж/см происходит оплавление поверхности. При

электроискровом упрочнении микротвердость повышается с НУ 400-430 до НУ 790-810, при плазменном до НУ 900-930.

Обработка профилограмм показала, что электроискровое легирование повышает шероховатость упрочненной поверхности до 2,7-3,2.

Плазменное воздействие, в случае неоплавления поверхности, параметры исходной шероховатости не изменяет. При комплексном упрочнении в зоне плазменного воздействия наблюдается сглаженный микрорельеф, параметры шероховатости поверхности уменьшаются по сравнению с исходной, сформированной в результате электроискровой обработки на 20-30% и достигает 2,1-2,3.

В упрочненных поверхностных слоях наблюдается рост микродеформации кристаллической решетки, достигающий наиболее высокого значения при трехкратном плазменном воздействии и повышение уровня дисперсности микроструктуры. Наиболее рациональное сочетание микродеформации и дисперсности микроструктуры достигается при комплексном упрочнении. Кроме того, в зоне плазменного воздействия при комплексном упрочнении происходит диффузия легирующих элементов вглубь металла, толщина поверхностного слоя, насыщенного легирующими элементами, увеличивается в 2,5-3 раза.

Для экспериментального подтверждения эффективности комплексного метода упрочнения были проведены испытания упрочненного инструмента. При этом его работоспособность сравнивалась по величине затупления режущей кромки.

На основании испытаний установлено, что износостойкость исследуемого инструмента при применении упрочняющей обработки возрастает. Это происходит за счет снижения интенсивности выкрашивания и затупления режущей кромки. Для практического использования компелксного упрочнения круглых и рамных пил рекомендуются следующие режимы упрочнения: сила тока короткого замыкания 3,8-4,0 А, плотность разрядов на 1 см2 320-340, материал легирующих электродов Сг^,Мо, погонная мощность плазменной струи 0,25-0,28 кДж/см, число циклов плазменного воздействия- 1-3. В этом случае износостойкость режущих элементов возрастает в 2,9-3,5 раза. При этом обеспечивается более продолжительная работа инструмента между переточками и увеличивается срок его службы.

3 /2

5 6

в" \\ \\ \л ^4

1 *  ^

1,2

0,8

0,6

0,4

0,2

1000 НУ

800 700

600 500 400

0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,28 Qn, кДж/см 0,32

Рисунок 1- Зависимость микротвердости поверхности - и толщины

зоны упрочнения --- от погонной мощности плазменной струи: 1,4 -

однократное плазменное упрочнение; 2,5- трехкратное плазменное упрочнение; 3,6- электроискровое и последующее трехкратное плазменное упрочнение

Литература

1. Сиваков, В.В. Повышение износостойкости режущих рабочих органов лесозаготовительных машин и инструмента для резания мерзлой древесины: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических. - Брянск, 2000.

2. Памфилов, Е.А. В.В. Повышение износостойкости дереворежущего инструмента методом комплексного упрочнения /Е.А.Памфилов, С.С.Грядунов, В.В.Сиваков//Вестник машиностроения. -2000. № 3. -С. 45-46.