Исследования закономерностей изнашивания инструмента для обработки древесины

ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИЗНАШИВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

Шуленина Т.И. (БГИТА, г. Брянск, РФ) Researches of laws of wear process of the tool for processing wood.

Изнашивание инструмента для обработки древесины представляет собой результат реализации механизмов выкрашивания режущих кромок и постепенного изнашивания поверхностей их образующих [1, 2, 4]. В зависимости от условий эксплуатации, свойств обрабатываемого и инструментального материала, а также от угловых параметров режущей части инструмента и процесса резания, соотношение их в общей величине затупления колеблется в весьма широком диапазоне, при этом доля каждой из них не остается постоянной на протяжении периода стойкости инструмента.

Установлено, что микровыкрашивание лезвия и постепенное изнашивание поверхностей его образующих, имеют различную природу и протекают по разным механизмам. Механизм выкрашивания режущих кромок проявляется, как правило, в начальной стадии работы инструмента, причем по мере износа кромки интенсивность микровыкрашивания снижается за счет округления ее радиуса. В то время как постепенное изнашивание проявляется в основном в виде истирания рабочих поверхностей, образующих кромку. Выявлено, что процесс постепенного изнашивания интенсифицируется за счет суммарного действия эксплуатационных факторов (температура в зоне резания, ударно-циклический характер на-гружения рабочей части, давления в зоне контакта, напряженного состояния режущей кромки и пр.), а также свойств обрабатываемого материала и действия абразива, находящего в зоне контакта инструмент- обрабатываемый материал. Роль абразива в данном случае играют частицы продуктов износа - микровыкрошины инструментального материала, которые шаржируются в поверхностные слои обрабатываемого материала, интенсифицируя тем самым изнашивание рабочей поверхности режущей части инструмента.

Таким образом, суммарное значение величины износа рабочей части инструмента для обработки древесины можно представить в виде:

V = V + V + V +V » » кр.в. » кр.п » п.п. * з.п.

где Укр.в. - износ кромки выкрашиванием; Укр.п - постепенный износ кромки; Уп.п-

и Т Т и

износ задней поверхности; Уз.п- износ передней поверхности.

Изнашивание режущей кромки в значительной степени проявляется в результате развития микротрещин, которые уже имелись перед началом работы инструмента или же были образованы в процессе эксплуатации, до некоторого предельного состояния и отделения после этого продуктов износа. Условия достижения этого предельного состояния могут быть установлены на основе использования принципов линейной механики разрушения [5]. Для оценки износа режущей кромки путем микровыкрашивания необходимо знать количество микротрещин, приводящих к микровыкрашивания, их критическую длину и условия достижения ее в процессе эксплуатации.

Исследованиями установлено, что износ микровыкрашиванием достигается в результате возникновения и развития микротрещин параллельных режущей кромке и микротрещин перпендикулярных ей

VKp.B. VKp.B.1 + Укр.в.Ш

где Укр.в.1- микротрещины, параллельный режущей комке; Укр.в.Ш - микротрещины, перпендикулярные режущей кромке.

При рассмотрении микротрещин 1 (параллельных кромке) было установлено, что основным показателем влияния их на величину износа кромки является коэффициент

интенсивности напряжений, который зависит от глубины трещины. Таким образом, к отделению продуктов износа в течение определенного промежутка времени приведут трещины с протяженностью трещины до критического значения Qi .

Несколько иначе происходит отделение продуктов износа при возникновении и развитии в прикромочных зонах микротрещин раскрытия типа Ш, т.е. перпендикулярных режущей кромке. Образовавшаяся трещина под действием сил резания и остаточных напряжений, распространяется вглубь инструментального материала по благоприятным для ее развития структурным составляющим, затем, на некотором расстоянии, она начинает загибаться и дальше развивается уже не параллельно режущей кромке до тех пор, пока не встретится с другой, перпендикулярной режущей кромке, трещиной, в этом случае происходит облом режущей кромки. Кроме того, облом кромки может произойти и в результате встречи перпендикулярной трещины с параллельной режущей кромке.

Рост трещины типа Ш распространяется до тех пор, пока рост касательных напряжений (сумма термических напряжений и остаточных технологических напряжений) превышает величину критического значения коэффициента интенсивности напряжений. После того, как вышеперечисленные условия уравновешиваются, т.е. величина касательных напряжений достигает величины критического значения коэффициента интенсивности напряжений, рост трещины, перпендикулярной режущей кромке, прекращается. Трещина типа Ш перерождается в трещину типа 1-Ш увеличивая тем самым скорость усталостного износа, что приводит к отделению продуктов износа режущей кромки.

Таким образом в результате выполненного анализа изнашивания режущей части инструмента, было выявлено, что изнашивание определяется главным образом параметрами микротрещин в прикромочной зоне. Наиболее опасными из них являются микротрещины, параллельные режущей кромке. Поэтому, при изыскании методов повышения износостойкости режущего инструмента для обработки древесины необходимо стремиться к созданию условий, обеспечивающих сдерживание роста трещин параллельных и перпендикулярных режущей кромке за счет снижения коэффициента интенсивности напряжений и повышения ударной вязкости инструментального материала в зоне режущей кромки [3, 6, 7].

Литература

1. Шуленина Т.И. Повышение износостойкости дисковых пил для обработки некоторых композиционных древесных материалов: Автореф. дисс. ... канд.техн.наук. - Брянск, 1997.

2. Сиваков В.В. Изнашивание режущих рабочих органов лесозаготовительных машин и инструмента путем выкрашивания при резании мерзлой древесины // Новые материалы и технологии в машиностроении. -2006.- № 6. -С. 81-82.

3. Сиваков В.В. Некоторые пути повышения износостойкости режущих органов лесозаготовительных и деревообрабатывающих машин // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2005. № 11. С. 164167.

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

5. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. - М: Машиностроение, 1987. - 208 с.

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

7. Памфилов Е.А., Грядунов В.В., Сиваков В.В. Электрофизический способ упрочняющей обработки дереворежущего инструмента // Деревообрабатывающая промышленность. -2000. -№ 1.- С. 16.