автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Разработка гетерогенных инструментальных сталей для резания неметаллических материалов

■ ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО; ЗНАМЕНИ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ РС5 0#ЛЕЗНОДОРОШОГО ТРАНСПОРТА

„^ ?■ • ггьС *

-'. - . •„•'„•'. ¡ ' На правах рукописи

ГУСЕВ СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

I

РАЗРАБОТКА ГЕТЕРОГЕННЫХ ШСТРУМШТАЛЫЫХ СТАЛЕЙ ДЛЯ РЕЗАНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

(Специальность 05.02.01 - Материаловедение в ыашностроении ) /транспорт/

05.02.04 - Трение и износ э машинах

Автореферат

диссертации на соискаы.з ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

ч

^о-с* V и е/с а #

Работа выполнена яа' яафадре технологии ыоталлэа и иатернаиведение Владимирского политехнического института

Научный руковдитель: доктор технических наук,профессор ..■ Иванов Генрих'Павлович]'

Официальные* оппоненты: Доктор технических нйук' .'

^укс-Рабннович Гераан Симонович

кандидат технических ¡наук ~ Зролов Виктор Константинович

Ведущее предприятие-Научно-исследовательский конзтруктор-■ г'с^ий технологический институт тракторных и кочбайкозых двиг&тзлей.(г.Владимир)

Защита состоится —1994 года на заседании диссерта-

ционного совета ДП4.01.04 п^я Всероссийском нау", ском институте железнодорожного.транспорта по аде: скза,3-я ¿¡ыти^нскан.дЛО в кон^еренц-зало института.

С диссертацией мо^но ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " 1994 1|,. ..

Отзнвы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, проси«' направлять в адрес института.

Ученой секретарь диссертационного совета ДШ.01.04 , кандидат технических наук "

Пеньксва

но-исследоьатель-есу: 129651,г.Мо-

ОБи'АЯ ААРАКШМСПЖА РАБОМ

Актуальность проблемы.В деревообрабатывающей промышленности остро стоит проблема обеспечения хорошим инструментом.

Восстановление остроты затупившихся и замена износившихся пил приводят к дополнительным затратам рабочего времени, что снижает технико-экономические показатели процесса резания.

Низкая износостойкость вызывает перерасход дефицитных инструментов и электроэнергии, увеличение простоев пилорам для перезаточки и установки пил и требует содержание штата рабочих-заточников, а также расхода абразивного инструмента. Ущерб, наносимый низкой износостойкостью и долговечностью режущих элементов, зачастую неизмеримо выше стоимости их замены.

Применение твердосплавного инструмента ведет к расходованию дорогих и дефицитных металлов типа вольфрама, ванадия и молибдена и связано с большими технологическими трудностями. Использование легированных сталей также сопровождается расходованием дефицитных материалов и не ведет при этом к резкому повышению стойкости, так как необходимость обеспечения запаса пластичности исключает использование инструмента с высокой твердостью, а при этом не улаегся достигнуть серьезного повышения стоикости инструмента.

Б настоящее время известны разнообразные и достаточно эффективные способы 'повышения долговечности и износостойкости: применение термическом и химико-термической обработки, износостойких наплавок, ТВЧ и других методов. Особенно важно использование таких методов упрочнения, которые не требуют изготовления специального оборудования.

Можно показать, что резервы стойкости, таящиеся в обычных дешевых углеродистых и низколегированных сталях, далеко не исчерпаны. Необходимо только отойти от сложившихся стереотипов, использования паллиативных решении, диктующих необходимость

создания инструментов с возможно гомогенной структурой, и пропусти исследования возможностей использования гетерогенного инструментального материала.

Диссертационная работа посвящена исследований проблемы увеличения"стойкости режущего инструмента для обработки неметаллических материалов путем использования инструментальных материалов с гетерогенной макроструктурой, обладаю чей псвы-шенной износостойкостью, гибкостью, способностью к самозатачиванию.

Вез изложенное подчеркивает актуальность работы по повышению износостойкости и долговечности режущего инструм.-;нго.

Цель работы, целью диссертационной работы является исследование механизмов затупления режущего инструмента при обработке неметаллических материалов и создание инструментального материала с макрогетерогенной структурой, обладающего высокой стойкостью.

Для достижения поставленной цели были решены следующие-основные задачи:

1. Исследование роли каждого из■механизмов затупления в зависимости от условий рпбогп,

2. Быбор рационального инструментального материала.

3. Выбор химико-термической и термической обработки, обеспечивающих повышение стоикости инструмента.

4. Проведение испытаний упрочненных инструментов и оптимизация режимов химико-термической обработки на основе результатов испытаний.

5. Изучение структуры, механических свойств и износостойкости инструментов, обработанных по оптимизированным режимам.

6. Проведение испытаний упрочненного гетерогенного режущего инструмента и выработка практических рекомендаций.

Научная новизна. Новыми являются следующие результаты диссертационной работы:

1. Установлено"влияние ранее не исследованных механизмов износа режущей кромки деревосбребативаю.цих пил, а именно: вибрационной и термической усталости.

2. На основании теоретических исследований впервые разработано уравнение, свпзыв£цо.цее структуру металла с факторами, обеспечивающими самозатачивание инструмента в процессе работы.

3. Предложен способ повышения твердости и износостойкости пил при сохранении деформационной способности их зубьев.

к. Разработаны новые технологии упрочнения тонких стальных инструментов (A.c. j\v I3W92) .(A.c. № ХббШЗ).

Практическая ценность работы.

Практическая ценность полученных в работе результатов заключается в том, что разработана технология изготовления гетерогенного режущего инструмента, обеспечивающего многократно е повышение стойкости по сравнению о режущим инструментом, обработанным по. обычной технологии, что подтверждает перспективность ее дальнейшего использования в различных отраслях машиностроения.

Апробация раооты. Основные положения дис-сертациоиной работа докладывались и обсуждались на областном научно-техническом семинаре "Методы повышения износостойкости деталей, направленные на улучшение качества выпускаемых изделий, усиление режима экономии и рационального использования материалов", г.Владимир, май 1985 г.; областном научно-техническом семинаре "Современные способы повышения конструкционной прочности материалов с гетерогенной структурой", г.Владимир, май 1936 г. ; областном научно-техническом семинаре "Повышение надежности конструкционного материала", г.Владимир, май 1987г.; зональной научно-техническои конференции "Новые материалы для станкоинструментального производства и прогрессивные методы их упрочнения j' г.Пенза, июнь 1937 г.; Всесоюзном симпозиуме "Малоцикловая усталость - критерии разрушения и структура материалов", г.Волгоград, сентябрь 1987 г. ; областном научно-техническом семинаре "Прогрессивные технологические

Процессы термической, химико-термической обработки кузнечно-штамповочного производства", г.Владимир, май 1988 г.; областном научно-техническом семинаре "Пути повышения конструкцирн-ных гетерогенных материалов1,1 г.Владимир, май 1939 г.; республиканской научно-технической конференции "Прочность, пластичность материалов и новые процессы их получения и обработки", г.Минск, март 1990 г.; областном научно-техническом семинаре "Повышение надежности.материалов для деталей,работающих в условиях контактных напряжений", г.Владимир, май 1930 г.; межреспубликанской научно-технической конференции "Конструкционная прочность, долговечность., упрочнение материалов и деталей машин", г.Волгоград, июнь I991 г.; конференциях Владимирского политехнического института и конференциях Муромского филиала Владимирского политехнического института.

П у 6 л и к' а ц и и. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, включая 5 статей, тезисы 9 докладов на конференциях и симпозиуме, полученн'2 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 116 наименовании и двух приложений. Основной текст занимает 136 страниц и иллюотрйруетоя рисунками и таблицами на 65 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обоснована актуальность и значимость вопросов, составляющих предмет исследования условии работы дереворежущего инструмента, показана научная нов1ина и практическая ценность полученных результатов. Приведены наиболее важные научные положения, защищаемые автором, сформулированы цель и основные задачи исследования.

Первая глава посвящена анализу состояния проблемы повышения стойкости режущего инструмента. Вскрыты Наиболее важные вопросы повышения долговечности дереворежущего

инструмента, эффективность работы которого определяется сопротивлением затуплению вследствие действия различных факторов.

Центральное место занимают вопросы поверхностного упрочнения. Для этой цели широко используются объемные и поверхностные методы .упрочнения хикико-термичсской обработкой, напайкой, поверхностным легированием и другими. Наиболее приемлемыми для решения рассматриваемой проблемы являются напайка и диффузионные покрытия, получаемые с помощью химико-термическои обработки /ХТО/ - простой и доступной-для промышленного использования.

Проанализированы и обобщены приведенные в литературе данные по износостойкости, структуре и прочим свойствам поверхности металла после объемного и поверхностного термического упрочнения, которые обеспечивают как высокую твердость и износостойкость поверхностного слоя, так и достаточно хорошую вязкость сердцевины.

Рассмотрена природа изнашивания инструмента, механические явления процесса резания, абразивный износ, тепловые явления и их влияние на работоспособность круглых пил, электрические, электрохимические и химические явления при" рбзанйй др£вв'сйккТ

Вторая глава содержит теоретические основы изнашивания,режущего инструмента.

Проанализированы различные представления о распределении сил по активному контуру резца (давление на резец и его влияние на износ в процессе резания).

Из приведенного обзора теоретических и экспериментальных работ следует;

1. Пока еще нет экспериментального способа непосредственного замера нормального давления древесины на резец в процессе резания. ,

2. Из известных косвенных способов ^ыяьлення Эпяры нормального дащения применительно к процессу резания древесины

весьма перспективным является способ, построенный на использовании эпюры износа резца. Давление на переднюю грань резца напоминает параболу с максимумом, сдвинутым к лез вив.

3. Ингелсивность износа сильно зависит ог скорости и направления резания.

Существуют различные мнения по гопросу распределения сил по активному контуру резца.

Показано влияние температуры отпуска на стойкость инструмента, а также рассмотрена вероятность усталостного механизма затупления дереворежущего инструмента.

Основными факторами, влияющими на интенсивность износа являются:

1. Номинальное давление Ра .

2. Механические свойства материала: модуль упругости коэффициент Пуассона JA , предел прочности

3. Показатель степени кривой фрикционной усталости t .

к. Комплексный показатель шероховатости инструментаД .

5. Коэффициент трения ф, ,

Важнейший вывод усталостной теории иэнпишлния - это .независимость равновесной ыерочиватсоги от исходной. Чем они ближе, тем короче этап яри робот кг, и меньше: величина износа 4 режущего инструмента.

Третья глава посвящена разработке теоретических основ повышения стоикости инструмента.

Почему #се все-таки мягкая древесина изнашивает твердый ' режущий инструмент? Твердость древесины 19,'; - IOI МH/mS т.е. в 100 раз меньше, чем у пилы*.Поэтому необходимо понять механизм износа инструмента. Износ дереворежущего инструмента представляет собой сложный физико-химический процесс, включающий в различных сочетаниях следующие процессы: механическое диспергирование, тепловой износ, электрическую коррозии, электрическую эрроэию, абразивный износ. Совокупный общий износ можно оценить как сумму, частных вкладов различных механизмов изнашивания.

Суммарный износ можно представить в виде следующего уравнения:

3 " 3aSp + Зохиел * За. ^tej * Зуст. + 3 хл * Зтлп а.'

Абпазивный износ можно представить в следующем виде:

Ja j> = 1г (Н В но.™ , НRC чнспр ) ^ . где Н&к^ твердость материала;

HRC ~ твердость инструмента.

Усгалрсгный износ можно выразить как

= 4-1 7У<х<Г, yra-d Т; 6li,E) ,

1'де G^tuT - рабочее напряжение;

Тра.5 - рабочая температура; t^rctciT - градиент температуры по глубине зуба;

*5-I - предел выносливости 'инструмента*, Е - модуль упругости.

Окислительный износ можно записать в следующем виде*.

Зоки.С/1

(pht^s, skopp),

где РН - показатель кислотности;

Tpa.S - рабочая температура;

показатель коррозионной стойкости инструмента.

Тепловой износ выразится зависимостью:

•Зте-пл ~ А (Тра.*, Х>, Трлн 1

гДе X) - коэффициент диффузии ;

тр»к - порог рекристаллизации ;

_Л - коэффициент теплопроводности;

Jb - угол заострения резца;

€ - угол при вершине резца.

Анализируя роль каждого из механизмов изнашивания, можно заключить следующее. Ввиду отсутствия адгезии инструмента и обрабатываемого материала в случае резания древеоины можно считать, что её вклад в общий изноо крайне незначителен, т;е.ч7 адгез-»-0.

Исходя из противоречивых суждений относительно роли электрических процессов при изнашивании инструмента, можно полагать, что они сомнительны и сводятся в основном к статическим здекгронапрякениям в условиях электропроводящего инструмента и влажной древесины, так как эффект Злл незначителен и может не приниматься во внимание

Абразивный износ может иметь существенное значение, т.к. при резании древесины всегда попадает пыль, а при резании фенеры и" древесно-сгружечных" материалов еще и синтетические смолы и клеи,имеющие значительную'твердость. Роль 3 обр несомненно значительна.•

Окислительный износ обусловлен взаимодействием с кислородом воздуха. Особенно интенсивно он происходит, если контакт скользящих поверхностей носит пульсирующий характер. А при обработке древесины,склеенной синтетическими клеями, имеет место процеос термомеханической деструкции. Продукты, образующиеся при этом, усиливают окисление металлов и сплавоЕ кислородом воздуха, а также непосредственно реагируют с ним, образуя металлоподобные соединения. В. процессе резания древесины происходит перерезание клеток и распад жидкости на аммиак и формальдегид. Окислительный износ,выражающийся в сложном сочетании явлений, приводит к постоянному разрушению поверхности металла.

Тепловой износ обусловлен высокими температурами в зоне резания, которые одновременно снижают твердость инструмента и ускоряют химические реакции, ведущие к окислению поверхности инструмента, т.е. усиливают протекание окислительного износа.

Нами разработана упрочняющая технология для круглых и ленточных (рамных) пил, оостоящая в односторонней цементации зубьев, причем четные зубья цементируются с одной стороны, а нечетные с другой. После проведения закалки и отпуска односторонние цементованные зубья разводятся так, что твердый цементованный слой оказывается на сжатой стороне, а мягкий кецементованный, в полной мере сохранивший свою пластичность, - на растянутой.

Так удается сочетать высокую твердость и достаточную пластичность зубьев пил. Известно, что для быстрорежущих сталей после окончательной термообработки 1950 МПа, тогда как « 3900 МПа. Аналогичные зависимости наблюдаются и у других инструментальных сталей.

Напряжения, возникающие в момент разводки зубьев,на величину, равную обычно 0,3 - 0,5 от толщины зуба

- 4500 мла:

После завершения разводки в обеих сторонах зуба возникают остаточные сжимающие напряжения, способствующие повышению гы-носливости. До сих пор мало известное явление наЕеденной усталостной неравноупругости, открытое еще в сО-х годах Г.П.Ивановым, играет исключительную роль в процессе усталостного изнашивания инструмента.

. Коэффициент неравноупругости £ -Особую роль в усталости играет изменение модулей упругости вследствие усталостного повреждения. Следствие влияет на причину, его вызывающую.

Был проведен анализ.нелинейности упругих характеристик, стали, получившей усталостное повреждение, при расчете на изгиб. Из приведенного анализа следует, что в процеосе накопления усталостного повреждения, когда- сталь по степени насыщенности двумерными дефектами приближается к серому чугуну, эффективные модули упругости заметно снижаются. В результате,-, атого в условиях жесткого нагружения (т.е. а условиях заданной величины деформации) иэгибные напряжения также снижаются,-чем и обеспечивается достаточная живучесть инструмента. , Естественный процесс развития неравноупругости Ст.е-, нарастание различия ь величинах эффективных модулей .упругости при растяжении и сжатии) повышает живучесть металла. Созданием гетерогенной структуры можно существенно усилить эффект нг-рявноупругости и тем самым дополнительно'увеличить ресурс циклической вязкости; а следовательно, и шнослилосгь инструментального йаторяала. .'

Наши исследования показали, что наряду с обычными и мало эффективными механизмами изнашивания имеыт место еще два не исследованных механизма: I) вибрационные; 2) термоцикли- ' ческие напряжения. До сих пор эти явления не привлекали внимание исследователей, хотя в последнее время установлено, что наложение колебаний звуковой частоты на основную циклическую нагрузку деталей способно в ряде случаев снижать их долговечность в два и более раз. Работа дисковых пил сопровождается колебаниями большой мощности, имеющими звуковую частоту порядка 1...5 кГц - небольшие напряжения (но большие предела выносливости) вызывают обычную многоцикловую усталость. В результате таких колебаний поверхность резания становится неровной. На неблагоприятные действия звуковых колебаний внимание обращали дввно. Однако их влияние на кинетику усталостного повреждения инструмента исследовано не было, т^к. считалось, что за 3 -3,5 часа между переточками число оборотов пилы, т.е. число циклов^не превосходит 500 - "600 тысяч, а напряжения невелики. При вибрациях, особенно зз условиях резонансных колебаний, развивающиеся в зубе напряжения могут далеко превосходить значение предела выносливости ч5_1=300 ЛПа и приводить к усталостному разрушении режущей кромки за относительно короткий период между переточками. Но даже и е несколько раз меньшие напряжения, лишь незначительно превосходящие <о_1 , могут приводить к усталостным явлениям, поскольку число циклов между переточками колеблется от 6 до 12 миллионов.

На рабочей частоте до 3000 об/мин (т.е.до 50 Гц) играют ведущую роль большие напряжения изгиба - до 800 МПа, вызывающие растрескивание твердого лезвия при малоцикловой усталооти.

Другой фактор, обычно не принимаемый во внимание, - это •циклические термические напряжения, возникающие на режущей кромке из-за резких нагревов и охлаждений при каждом врезании зуба. Так как лезвие получает импульсные нагревы до 400°С при ' работе по мягкой древесине и цо 30О°С при резании древесностружечных материалов, то температурные напряжения могут достигать значительной величины, что видно из расчета ;м уравнение:

б; - е (<*.+-<*к)ат,-

где е модул« упругости инструмента;

- коэффициент теплового расширения феррита; оСк - коэффициент твилоеого расширения карбида;; АТ ~ разность температуры в режущеи кромке и основной части зуба.

Видно, что напряжение достигает 300 МПа. ¿ти напряжения близки,к пределу прочности легированного феррита при комнатной температуре и заведомо превышают его предел выносливости при нагреве до рабочих температур, по этим причинам доля уоталост-ного износа в явлении затупления может быть существенной.

Пути уменьшения износа.

1. Для уменьшения роли усталостного износа эффективным средством борьбы может служить повышение твердости, повышенно выносливости, ассиметрия цикла, гибкость лезвия.

2. В качестве фактора, позволяющего уменьшить абразивный износ, служит твердость инструмента,а главное^- поЕьгшеннбв сбдер-жакие карбидной <^азы.

3. Эффективным средством против окислительного износа может служить коррозионная стойкость, например, легирование хромом, либо также насыщение карбидами.

В качестве средства борьбы с тепловым износом могут быть использованы: легирование понижающееХ>(к-т диффузии)и повышение 7^>«к.(температуры рекристаллизации), увеличение содержания карбидов,которые повышают коэффициент теплопроводности, а также сохранение геометрии, способствующее топлоотводу от лезвия.

5. Изгибную прочность зубьев можно повысить более высоким отпуском или введением вязкого слоя, т.е. применением гетерогенного материала. В отличие от возможности обычных инсгрумен-тольных материалов о гомогенной структурой, гетерогенные маГге-риачн могут существенно повысить твердость зуба без потери его пластичности и получить самозатачивающийся режущий инструмент.

Самозатачивание режущего элемента достигается в том случае, если созданы условия неоднородного износа (механизм "беличьего зуба"). Создание режущего элемента с такой симметричной структурой крайне затруднительно.

Решение нами было найдено в том, что упрочняющая обработка, в частности цементация с последующей термообработкой, была проведена лишь о одной стороны. 3 результате был получен асимметричный режущий клин с закономерно и монотонно меняющейся твердостью по толщине.

Первые же испытания показали резкое повышение стойкости инструмента и поддержание в процессе, работы правильного профиля инструмента. З.тот процесс можно представить в следующем виде (см.рисунок).

Схема самозатачивания

Очевидно,.что условие самозатачивания обеспечивается тем, что сохраняется постоянство угла заострения . Для этого необходимо равенство скоростей изнашивания всех слоев зуба от самого твердого до самого мягкого. Исходя из наиболее вероятной гипотезы о параболическом законе распределения рабочих

напряжений на передней части зуба С ввиду образования опережающей трещины перед вершиной резца и быстрого падения давления вследствие деформации и .дробления стружки), можно представить переменный характер ведущего механизма изнашивания по различным участкам передней грани.

На участке "ав" /зона Г/ износ вызывается редкими соприкосновениями обрабатываемого материала с резцом в моменты, следующие за сколом стружки, а также вследствие поперечных колебаний инструмента. Однако высокая температура из-за отсутствия теплостока в вершине резца ускоряет износ, облегчая в то же время хрупкий скол по мере уменьшения угла £ вследствие ускоренного износа соседних слоев. Таким образом,'вблизи, вершины на участке "ав" превалируют окислительный и тепловой износы и в меньшей степени проявляются усталостные разрушения вследствие аибраций . На участке "во" /зона II/ развивавгся наибольшие напряжения и довольно высокая температура, протекает окислительный, тепловой и абразивный износ, но усталостное выкрашивание становится несущественным.

■ На участке "сд" /зон« III/ превалирует абразивный износ, причем его интенсивность быстро спадает по мере удаления от вершины зуба, окислительный и тепловой износ играет лишь незначительную роль. Наконец, по задней грани протекает интенсивный абразивный износ, сопровождающийся на участке "ав" тепловым и окислительным износами, эффект которых быстро, ослабляется на участке "а/ Для обеспечения самозатачивания необходимо соблюдение равенства скоростей изнашивания во всех трех зонах, т.е. .7]-= J/7 при минимальном износе

по задней грани. Исходя из анализа ведущих факторов при каждом механизме износа, общее уравнение самозатачивания можно представить в следующем виде:

АУ" , & , ВУ"РН,Т.Т^2)*У = СУ* AeLnßsine в (нПС)т '

гду v - скорость резания;

Л - коэффициент теплопроводности\ 0. - энергия активизации; Я - универсальная газовая постоянная', Т - абсолютная температура",

- угол зао'стрения резца;

ДВД С/л р,к,т - постояниие*,

- показатель.коррозионной стойкости инструментального материала; напряжение сдвига необходимого' для скалывания окисного слоя; предел выносливости инструмента;

- удельное давление резания;

НЯС - твердость материала резца.

Ввиду того, что повышение твердости за счет увеличения объема карбидной фазы в различной степени одновременно повышает сопротивление тепловому, окислительному и абразивному изнашиванию, можно подобрать оптимальный градиент твердости по толщине зуба.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям.

Для экспериментальных исследований были изготовлены пластинки о односторонним упрочнением. Цементация о последующей термообработкой проводилась в цементационном ящике с твердым карбюризатором. Все образцы имели разное время выдержки. После обработки образцы получили различную структуру. В результате упрочнения цементованная сторона имела твердость НЕС 58-62, а нецементованная сторона ШС 38-М. Монотонное снижение твердости образцов обеспечивало эффект самозатачивания. Это показали испытания в абразиве, для чего была изго-' товлена специальная установка. Результаты испытания в абразиве позволили выбрать оптимальный режим одностороннего упрочнения и• получить эффект самозатачивания.

Сопоставляя результаты теоретических и экспериментальных исследований, мы пришли к выводу о возможности реализации

полученных результатов, например, при производстве деревовежу-щих пил. Если при испытании металлорежущего инструмента нетрудно обеспечить тождественность условий испытаний ввиду однородности металла, то резание древесины вызывает большой разброс результатов из-за резкой неоднородности ее свойств, возникла проблема исключения нетождественности условий, при испытании пил. Решение было найдено в создании сборной секторной пилы, которая состоит из 6 секторов, упрочненных по-разным режимам. 3 результате каждый зуб работал в тождественных условиях, независимо от смены обрабатываемого материала, так удалось избежать главной трудности при резании древесины, которая может быть и была одной из причин расхождения литературных данных.

Сконструированная гетерогенная и обычная круглые пилы одинакового параметра были испытаны на циркулярном стачке при обработке фанеры и твердых пород дерева. Стойкость гетерогенной пилы многократно превышала стойкость обычной гомогенной. Достоинство ее состояло еще и в том, что в ней использовалась обычная углеродистая сталь и отсутствовали дефицитнее легирующие элементы,такие,как вольфрам, молибден, ванадий и др. Монотонное снижение твердости от наружной стороны зуба к внутренней обеспечивало эффект самозатачивания.

Способ контроля затупления режущей кромкизаключался в том, что на лезвие яа^зигали свинцовую пластинку строго перпендикулярно лезвии, получая отпечаток зуба. Острота режущей кромки оценивалась по радиусу кривизны при помощи инструментального микроскопа БМИ-1.

Для эффективной оценки остроты лезвия были разработаны стенд и соответствующая методика, основанные на прорезания -изоляции провода. Б зависимости от того, что острее-зуб пилы или эталона-в соответствующей цепи загорается сигнальная лампочка, а установленным динамометром можно замерять усилие • резания. Разработанный прибор позволяет следить за кинетикой .затупления в процессе работы инструмента, что дает возможность подобрать оптимальную геометрию режущег.о инструмента,

его материал и термообработку, а также подобрать оптимальные режимы резания при его эксплуатации.

В конце главы показана методика получения секторов для секторной пилы, а также и гетерогенных лезвии.

Ручные ножовки, изготовленные,по описанной технологии, испытаны при резании дерева, фанеры, ДСП, шифера ¡^ асбоцемента) , - Поломок зубьев пилы при разводке и в процессе испытаний не было. Было пропилено 42 метра шифера,и затупление ножовки не наблюдалось, тогда как обычная ножовка тупится после распиловки 6-6 метров. Ножовки были испытаны также на прочность при изгибе. В условиях жесткого нагружения ведущую роль играет эффективный модуль упругости. При испытании на изгиб гетерогенного лезвия он составил Е ■ 1,5 'КРиПа, т.е. на 30,? меньше, чем у обычной стели. В результате этого при одинаковых деформациях в процессе работы в гетерогенных полотнах возникают напряжения на 30% меньшие ;чем у обычных гомогенных.

Была разработана технология изготовления обвалочных ножей, в двух вариантах. Обработанные йами нажи сочетают в себе высокую твердость, гибкость и хорошую режущую способность. Стойкость гетерогенных лезвий превышала стойкость обычных в несколько раз.

В приложении приведены исходный текст программы и графики: влияние продолжительности цементации на эффект самозатачивания, влияние процентного содержания карбид' ной фазы на износостойкость инструментов, влияние продолжительности цементации на эффект самозатачивания, а также акт внедрения результатов диссертационной работы.

основные вывода

I. Сложность и многообразие явлений, происходящих в про- . цеосе затупления дереворежущего инструмента,требует комплексного подхода к проблеме повышения его стойкости. Отдельные частные решения не гарантируют надежного повышения стойкости и прочности.

2. Радикальное повышение стойкости и производительности инструмента достигается сейчас путем его оснащения дефицитными твердыми сплавами.

3. Традиционные пути повышения сгоикосги стального дереворежущего инструмента, основанные на поиске разумного компромисса между требованием высокой твердости и достаточной пластичности; заходят в тупик.

Ц. Наши исследования показали, что и при использовании инструментов ¡^з обычных углеродистых и низколегированных сталей имеются очень большие резервы. Но для этого необходимо создание инструментального материала с гетерогенной структурой, об ча даю'(ей повышенной износостойкостью, гибкостью, способностью к самозатачиванию.

5.-Сочетанием указанных свойств стойкость дереворежущих пил может быть повышена во много раз, причем стоимость их производства невысока, а возможность исключить дефицитные легирующие элементы может сделать гетерогенные пилы даже дешевле обычных.

6. Разработаны теоретические предпосылки для создания гетерогенных инструментальных материалов высокой отойкооти.

7. Сформулировано об'¡¿и уравнение изнашивания режущего инструмента, позволяющее оценить вклад каждого из физических механизмов изнашивания, и выбрать для данных условий материал, обеспечивающий получение оптимальных характеристик, вплоть

до обеспечения .самозатачивания.

8. Выполнены экспериментальные исследования, позволяющие разработать технологии производства высокостойких инструментов.

9. Разработаны методы и устройства для измерения оотро-ты режущих кромок, позволяющие о достаточной достоверностью производить' объективную оценку качества заготовки.

10. Разработаны теоретические основы обеспечения самозатачиваемости режущего инструмента в различных условиях

эксплуатации и при обработке различных материалов, а также для почвообрабатывающей техники.

11. Разработаны технологические приемы обработки инструментальных материалов, и найдены рациональные режимы термической и химико-термической их обработки.

12. Промышленное опробование показало высокую эффективность применения гетерогенных пил. Достигнут большой экономический эффект как в результате экономии дефицитных инструментов, так и в результате сокращения расхода электроэнергии, высвобождения значительного числа рабочих и сокращения простоев пилорам для перезаточки и установки пил.

13. Разработанные методы создания гетерогенных структур у инструментальных сталей могут найти широкое применение

при обработке не только древесины, но также и других неметаллических материалов, таких, как резина, бумага, пластики и др.

Невысокая стоимость разработанных материалов и чрезвычайно благоприятное сочегание присущих им свойств делает целесообразным дальнейшее изучение возможностей их распространения на другие области машиностроения.

ПУБЛИКАЦИИ ПО.ТЕМЕ ДИССьРТАцИИ

1. Гусев C.B., Михайлов Ю.Г. Учет нелинеиности упругих характеристик стали, получившей усталостное повреждение, при расчете деталей на изгиб / Владим. политехн. ин-т. -

Еладичшр,19857 - 13с~. "Ден.~в~ВНЙЙЭМР ВИНИТИ. Зиб-мш8Ь

2. Гусев C.B., Иванов Г.П. Уменьшение износа составных упругих элементов // Автоматизация литейного производства, повышение износостойкости и качества изделий, усиление режима экономии и рационального использования материалов в свете решений Всесоюзного совещания по научно-техническому прогрессу: Тез .докл. обл. научТ^тёхнГ сеШна^ -

С. 4-6. . -,

3. Иванов Г.П., Гусев C.B. Повышение стойкости режущего инструмента локальной химико-термической обработкой // Новые

i9

материчы для станкоинсгрументалыюго производства и прогрессивные методы их упрочнения: .Тез.докл.'зон, конф. - Пенза, 1987. - С. 22.

4. Иванов Г.П., Гусев С.tí. О роли термоциклическои усталости з процессе затупления режущего инструмента.// Малоцик-ловея усталость - критерии разрушения и структура материалов; Тез.докл. Всесоюз. симпоз. - Волгоград, 1У37. - С. 202 - 204.

3. A.c. 13Цч7Эг, ЖИ С ¿I Р 9/24. Способ упрочнения пил / Г.П.Иванов, C.B. Гусев /СССР/. -№4044546; Опубл. 15.10.87. Еюл. №38.

6. Гусев С.Б. Повышение стойкости материала для режущего инструмента // Разработка и внедрение новых технологий

в заготовительном производстве Владимирской области: Тез. докл.обл. науч.-техн. семинара. - Владимир, 1987. - С. 9 - 10.

7. Иванов Г.П., Гусев C.B. Эффективная химико-термическая обработка для повышения стойкости деревообрабатывающего инструмента // Термическая обработка и физика металлов:

Межвуз. сб. науч. тр. - Свердловск, 1968. - С. 126-128.

8. Гусев C.B., Хынтова а.М. Способ повышения стойкости режущего инструмента // Прочность и пластичность материалов и новые процессы их получения и обработки: Тез .докл.. НТК. — Минск, 1990. - С:45.

9. Хынтот Е.М., Г'усев С.З. Влияние гетерогенной макроструктура на механические свойства сталей // Конструкционная -прочность. Долговечность. Упрочнение материалов и деталей маиин: Тез.докл.Межреспуб. науч.-техн. конф. - Волгоград, 1990.-С. 73-74. .

10. Уткин A.B., Гусев C.B. Исследование деформируемости цементованных слоев /7 Конструкционная прочность. Долговечность. Упрочнение материалов и деталей машин: Тез.докл. Межреспуб. науч.-техн. конф. - Волгоград, 1990. - С. 98 - 99.

11. Иванов Г.П,. Хчнтова.ü.M.. Гусев'C.B. Статическая вязкость разрушения образцов, подвергнутых односторонней цементации / Владим. политехи, нн-т. - Владимир, 1990, - Зс.-Деп. в ВНШТШР ВИНИТИ 39-лга8Э.

12. Иванов Г.П., Гусев C.B., Ревис И.Г. Влияние вибраций на затупление пил // Лесосечные, лесосклэдские раооты и транспорт леса: Мачсвуз. сб. науч. тр. ЛТА.- Л., 1990. - С. 9 - 10.

13. Уткин A.B., Гусев C.B. Повышение контактной выносливости стали // Экологически чистые технологические процессы

и утилизация отходов в литейном производстве: Тез.докл. на-уч^-техн. 'семинара. - Владимир, 1990. - С. 30 - 33.

14. Гусев C.B. Повышение стойкости режущего инструмента локальной термической обработкой // Экологически чистые технологические процессы и утилизация отходов в литейном производстве: Тез.докл. науч.-техн. семинара. - Владимир, 1990. - С. 34-36.

15. Гусев C.B., Иванов Г.П. Испытание режущего инструмента в условиях абразивного износа / Владим. политехи, ин-т. -Владимир, 1990.- 5с. - Деп. в-ВНИИТЕМР ВИНИТИ № 342-мш89.

16. A.c. I66I243, МКИ С 23 С 8/04. Способ цементации стальных деталей / Г.П.Иванов, С.В.Гусев /СССР/. - J* 4668484; Опубл. 07.07.9i. Бюл. № 25.'

/

Подписано в печать 27.02.92. .. Формат 60x84/16. Бумага для множит, техники. Печать офсетная. Усл.печ.л. 1,16. Усл.кр.-отт. 1,16. Уч.-изд.л. 1,08. Тираж 100 акз. Зак.У. Бесплатно.

Ротапринт Владимирского политехнического института. 600026 Владимир, ул. Горького, 87.