автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.14, диссертация на тему:Совершенствование процесса заточки режущих инструментов колбасного производства

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ Р Г 6 ^^КЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

- 5

На правах рукописи

Блинов Александр Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАТОЧКИ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ КОЛБАСНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.02.14 - Машины и агрегаты пищевой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Московской государственной академии прикладной биотехнологии.

Научный руководитель: доктор технических наук,

член-корреспондент Российской академии сельскохозяйственных наук, профессор Т.В.Чижикова

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

академик Российской академии сельскохозяйственных наук, профессор Ивашов В. И. (МГАПБ)

кандидат технических наук, ст.н.с. Кулишев Б.В. (НПО "Комплекс")

Ведущая организация: АО Московский мясокомбинат "МИКОМС"

Защита диссертации состоится " ^ " гща

в ^ часов на заседании диссертационного Совета К 063.46.03 при Московской государственной академии прикладной биотехнологии по адресу: 109316, Москва, ул.Талалихина, 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной академии прикладной биотехнологии

Автореферат разослан " ^ " ■¿¡¿•■•Л. 1дд5 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор

Венгер К.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В условиях рыночной экономики, конкурен-дии," освоения новых мощностей по выработке колбасных изделий на 5азе малых предприятий,, реконструкции производства возрастают требования по эффективному использованию производственного потенциала,, надежности технологического оборудования, а также к сачеству продукции.

Одним из наиболее распространенных и важных технологических фоцессов, непосредственно-влияющих на качество и выход готовой фодукции. является измельчение.' Значительное количество обору-[ования, связанного с измельчением мясного сырья, сосредоточено ', колбасном производстве. Основной парк находящегося в эксплуа-■ации мясоизмельчающего оборудования составляют волчки (мясоруб-:и) и куттеры.

Создание в последнее время высокомеханизированного оборудо-ания с привлечением предприятий оборонной промышленности и на азе. новейших разработок иностранных фирм повышает требования к адежности элементов, регламентирующих стойкость и долговечность ашин. К числу наиболее массовых и'дефицитных деталей, подлежали восстановлению, относятся ножи волчков и куттеров. Являясь есурсными элементами, они в значительной степени определяют ксплуатационную надежность измельчителей.

" Одной из трудоемких и ответственных операций, влияющих на ачество инструмента как нового, так и восстанавливаемого после знрса, является заточка. До настоящего времени не определены пособы получения заданных, научно-обоснованных параметров мик-огеометрии поверхностей'и режущей кромки, физико-механических войств режущей части. Задачи по увеличению ресурса работы мясо-эжуших инструментов, снижению износа режущей кромки, повышению э стойкости путем оптимизации процесса заточки и доводки, при-энения рациональных технологий при снижении припусков на обра-зтку являются весьма актуальными.

Цель и задачи работы. Цель диссертационной работы - совер-знствование процесса заточки режущего инструмента колбасного

производства. Поставленная цель достигается решением следующих задач:

- определение параметров, позволяющих наиболее полно охарактеризовать микрогеометрию режущей кромки;

- исследование влияния характеристик абразивного инструмента, режимов заточки на формирование параметров микрогеометрии режущей кромки и установление их рациональных значений;

- изучение влияния технологических режимов заточки на физико-механическое состояние прикромочного участка инструмента;

- изучение влияния исходных параметров макро- и микрогеометрии режущей части инструментов на показатели измельчения сырья;

- проведение производственных испытаний, установление критерия затупления (износа) инструмента, его связи с характеристиками режущей части;

- разработка технологических рекомендаций по рациональной заточке режущего инструмента.

Научная новизна. Исследовано влияние характеристик абразивного инструмента, режимов заточки на показатели микрогеометрии режущей кромки, получены аналитические зависимости и установлен критерий заточки. Определены и обоснованны оптимальные значения параметров микрогеометрии кромок в продольном и в поперечное направлениях.

Выявлена взаимосвязь глубины и характера изменения структуры, физико-механических■свойств (микротвердость, остаточные напряжения) прикромочного участка с технологическими режимами заточки. На основе анализа механизма и условий формирования режущей кромки абразивными инструментами установлены рациональные режимы заточки.

Изучено влияние исходных параметров макро- и микрогеометрш режущих кромок на качественные характеристики измельченного мясного сырья.

Обоснован и определен критерий затупления (износа) рабочи: кромок мясорежущего инструмента.

Практическая ценность работы. На основе проведенных йссле дований по формированию микрогеометрии режущей кромки инструмен тов, физико-механических свойств прикромочного участка разрабо таны отраслевые руководящие технические материалы по заточке 2

доводке режущих инструментов мясной промышленности, утвержденные Государственной комиссией по продовольствию и закупкам. Установлены технологические режимы бездефектной заточки и определены рациональные параметрах микрогеометрии режущей кромки. Обеспечение разработанных рекомендаций способствует повышению стойкости мясорежупдах инструментов в 2-2,5 раза, при уменьшении припусков на восстановление.

Разработана конструкторская документация и изготовлен опытно-промышленный образец устройства для .оперативного~ снятия оттисков и определения степени износа режущей кромки инструментов. Рационализаторское предложение №134 от 03.11.89 г.

Изготовлено и внедрено приспособление для заточки и доводки ножей ' куттеров методом самокопирования профиля режущей кромки. Рационализаторское предложение №123 от 10.10.90 г.

На основе анализа влияния способа и качества заточки на эксплуатационные характеристики мясорежущего инструмента, условий и характера изнашивания инструментов в производственных условиях обоснована периодичность восстановления ножей волчков и куттеров,- определен их полный ресурс работоспособности.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Третьем (г.Клин, 1988 г.) и Четвертом (г.Истра, 1989 г.) научно-технических семинарах "Повышение надежности и эффективности зашиты от коррозии технологического и холодильного оборудования агропромышленного комплекса"; 4-ой научно-технической конференции (МГАПБ, 1994 г.) "Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств"; 43-ей конференции по вопросам мясной промышленности (Югославия, 1994 г.); факультете повышения квалификации работников АПК (1991 г.); расширенном заседании кафедры "Технология машиностроения"'МГАПБ. Образцы приспособлений экспонировались на выставках МГАПБ (1989-1990 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, приложений. Работа изложена на 2.00 страницах машинописного текста, содержит

рисунков,таблиц и список использованной литературы, включающий наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована практическая значимость и актуальность темы, направленной на повышение качества заточки режущих инстру-' ментов колбасного производства.

Глава I. Проведен анализ современных конструкций режущего инструмента, применяемого в колбасном производстве. Рассмотрены основные материалы, используемые для их изготовления. Определены формы заточки и основные геометрические параметры режущей части ножей волчков и куттеров, как основного мясоизмельчающего оборудования колбасного производства.

Анализ работы предприятий, ремонтно-механических подразделений по производству и восстановлению мясорежущего инструмента позволил выделить типовой технологический процесс и определить трудоемкость их изготовления по циклам. Удельная трудоемкость шлифовально-заточных операций весьма значительна и достигает 25...507». рассмотрены заточные приспособления и станки.

Приведен обзор работ по исследованию влияния макро- и микрогеометрии режущего инструмента на-показатели процесса резания мясного сырья, эксплуатационные показатели инструмента. Вопросам связанным с измельчением мясного сырья, поиском оптимальной конструкции режущего инструмента посвящены исследования А.И'.Пе-леева, М.Н.Клименко, Г.В.Бакунца, Т.В.Чижиковой, В.И.Ивашова, М.Н.Клименко, С.Г.Юркова, Г.А.Прейса, Б.В.Кулишева и др.

Наиболее глубокие исследования в области качества поверхности при шлифовании принадлежат ученым: П.И.Ящерицыну, М.О.Якобсону, А.В.Подзею, Д.Г.Евсееву, С.Г.Редько, А.М.Исаеву, Г.Б.Лувье, Л.В.Худобину, В,А.Сипайлову, Е.Н.Маслову и др. Ими создан теоретический фундамент и разработаны многочисленные методы практического 'приложения.

Качество измельчения мясного сырья и стойкость инструмента связаны с качеством его заточки при обеспечении требуемой- точности геометрии режущей части, шероховатости режущей кромки и образующих ее граней; физико-механического состояния прикромоч-4

ного участка.

На основе проведенного анализа состояния заточки мясорежу-щего инструмента определены цель и задачи исследований.

Глава. II. Представлена методика и техника исследования режущей части инструментов.

В работе использованы основные положения фундаментальных работ, по теории резания и износа инструмента.

При исследовании процесса заточки исходили из двух основнУх гипотез формирования кромки абразивными инструментами, суть которых заключается в том, что сформированная заточкой режущая кромка представляет собой микроповерхность, размер которой обуславливается взаимным пересечением микронеровностей, образующих кромку граней, тепловой напряженностью процесса и характером наложения микросколов.

Микрогеометрию кромки в продольном направлении определяли следующими показателями: - среднее арифметическое отклонение профиля; 1?тах - наибольшая высота неровностей профиля; [?р - высота выступа профиля; Б - средний шаг неровностей по выступам; Эт - средний шаг неровностей профиля; ^ - относительная опорная длина профиля по средней линии; г - средний радиус выступа неровностей; р - радиус округления кромки в поперечном направлении.

Для исследования применили математическое планирование эксперимента 23. Адекватную регрессионную модель влияния факторов на параметры микрогеометрии режущей кромки находили в мультипликативной форме.

Параметры микрогеометрии вдоль кромки фиксировали оптическими средствами методом координат. Расчет параметров реализован на ЭВМ. Параметры поперечной'микрогеометрии определяли по оттискам методом теневой проекции. С этой целью разработано и изготовлено специальное универсальное приспособление (рис.1), особенностью которого является возможность получения качественных оттисков в требуемом сечении кромки.

Приведена технология заточки образцов исследования, выбора оборудования, абразивного инструмента, материала образцов.

Исследование микротвердости и микроструктуры прикромочного участка проводили на поперечных и косых срезах кромок образцов на приборе ПМТ-3. Измерение параметров макро- и микрогеометрии

5

12 8 11 3 2

I I I I

9

О*

| I

| I

Рис.1. Устройство для снятия оттисков режущей части инструментов: а - конструкция устройства: 1 - корпус; 2 - шток; 3 - боек; 4 - крышка', 5 - пружина; 6 - рукоятка; 7 - гайка регулировки хода штока; 8 •- винты зажимные; 9 - кнопка; 10 - фиксатор; 11— пластина; 12 - нож; б - общий вид устройства; в - оттиски . ,

режущей кромки и при изучение структуры использовали металлографический микроскоп Metaval (Германия) с телевизионной приставкой.

При исследовании остаточных напряжений, формирующихся в поверхностных слоях режущей кромки, применяли механический метод; при этом использовали установку ПИН-1 конструкции ВНИИПП. Съем металла с поверхности образцов-свидетелей осуществляли электрополированием. • .

Для фиксации износа режущих кромок промышленных ножей волчков и куттеров использовали метод оттисков и метод отпечатков по . контрольным точкам. • Дефекты режущих кромок определяли с помощью оптических средств.

Математическую и статистическую обработку результатов экспериментов, регрессионный анализ; а также вспомогательные расчеты осуществляли по разработанным ' программам с использованием программируемого микрокалькулятора . "Электроника МК-52", ПЭВМ "Искра-226" и IBM PC/AT.

Глава III. Проведены исследования влияния заточки и доводки на качественные показатели режущей кромки инструмента. Параметры микрогеометрии режущей кромки определяли с помощью методики многофакторного планирования экспериментов, позволяющей описать условия формирования кромки. В результате предварительных исследований й анализа имеющихся данных установили, что на параметры микрогеометрии режущей кромки- существенно влияют: угол заострения ножа.0, зернистость, шлифовального круга Д, твердость шлифовального круга, направление заточных - линий w, скорость резания круга V, скорость'продольной подачи Vs,глубина шлифования t, твердость материала ножа HRC.

В качестве постоянных приняты: материал, связка и структура абразивного круга. Для заточки образцов применяли шлифовальные круги из электрокорунда на керамической" связке с открытой структурой. Исходная шероховатость необработанных поверхностей пластин-образцов - Ra - 0,8±10% мкм.

. Цель первого этапа исследования - установление математической модели, описывающей влияние на параметры микрогеометрии кромки наиболее значимых факторов, характеризующих свойства обрабатываемого материала, абразивного круга и режимов заточки, с последующей оптимизацией процесса по полученной зависимости (табл.1).'

7

/

Таблица 1

Значения факторов и области варьирования

Твердость Xi Зернистость Подача на

Факторы ' материала, круга Д, X?/ на глубину Хз

HRC мкм t, мм

Центр варьироЬания 54 .0 280 0 0,055 0

Интервал варьирования 8 120 0,045

Нижний уровень 46 -1 160 -1 0,010 -1

Верхний уровень 62 +1 400 +1 0,100 +1

На втором этапе исследования микрогеометрии режущей кромки в качестве независимых переменных выбраны наиболее значимые факторы, характеризующие режущие свойства абразивного круга, режим заточки и геометрию режущей части инструмента (табл.2).

Таблица 2

Значения факторов и области варьирования

Зернистость X?. Скорость Угол

Факторы круга л, резания х4 заточки Xs

мкм круга у,м/с в, град.

Центр варьирования 280 0 . 23 0 20 0

Интервал варьирования 120 8 10

Нижний уровень 160 -1 15 -1 10 -1

Верхний уровень 400 +1 31 +1 30 +1

В результате регрессионного анализа, расчета коэффициентов, реализованного на ЭВМ, перехода от нормированных значений факторов к натуральным и после приведения коэффициентов к размерному виду получены следующие-адекватные регрессионные модели:

- для высотных параметров микрогеометрии режущей кромки в продольном направлении - Иа, Ир, йпах

-о. 974 О. 727 О. 225

Yi = 11 Xi Х2 х3

0.581 -0.537 -0.665 Yi - 11,55 Х2 Х4 Х5

-0.613 0.660 0.231 Y2 - 11.84 Xi ■ Х2 Хз

0.829 -0.583 -0.681 Y2 - 8,187 X2 Х4 Х5

-1.344. 0.776 0.308 Y3 - 255 Xi Х2 Хз

0.682 -0.645 -0.640 Y3 - 40,92 Х2 Х4 Х5

(1) (2)

(3)

(4)

(5)

(6)

- для шаговых параметров микрогеометрии в продольном направлении - Зп, Б

-1.105 0.642 0.224 У4 - 792,86 XI Х2 Х3 (7)

О. 587 -0. 559 -О. 669 У4 - 327,9 Х2 Х4 х5 '8)

-1.18 0.65 0.226 У5 - 442,79 XI Х2 Х3 (9)

0. 623 -О. 599 -О. 574

У5 - 101,06 Х2 Х4 Х5 (10)

- для характеристик микрогеометрии в продольном направлении - г, ^

О. 596 -О. 827 -О. 216 У6 - 170 XI Х2 Хз 41)

-0.21 0.537 -0,545 У6 - 5,407 Х2 Х4 Х5 (12)

-2 1,264 -0,593 -0.221 У7 - 3,1-10 Ха Х2 Х3 (13)

-0. 431 0, 388 0. 441 Уу - 0,3645 Х2 Х4 ■ Х5 (14)

- для основной характеристики микрогеометрии режущей кромки в поперечном сечении - р

-1.197 0,393. 0.238 У8 = 190,07 XI Х2 Хз (15)

0. 367 -О. 623 0. 804

У8 - 0,9 Х2 Х4 х5 (16)

С целью оптимизации формообразования режущей кромки были проведены эксперименты по установлению влияния условий формирования кромки на параметры ее микрогеометрии.

В качестве независимых переменных выбраны: угол заострения инструмента в и угол ш, определяющий направление заточных линий.-Угол определяется между продольной линией профиля кромки и вектором скорости перемещения инструмента при заточке. Он характеризует формирование кромки инструмента микросколами при выходе единичных абразивных зерен круга на кромку. Угол о оказывает наибольшее влияние на формирование кромки наложением микронеровностей граней инструмента.

Для исследования применяли математическое планирование З2 (табл.3). Параметрами оптимизации служили: У{ - гга-Ю"1 - среднее арифметическое отклонение профиля микрогеометрии кромки в продольном направлении; Ув - р-103 - радиус округления режущей

кромки (характеристика микрогеометрии в поперечном сечении кромки). В качестве постоянных в опытах приняты характеристики абразивного круга 25А25ПСМ1С2К и режимы шлифования: V - 25 м/с, Ь -0,03 мм, У3 - 4 м/мин.

Таблица 3

Значения факторов и области варьирования

Угол заострения Нащ завление

Факторы 3, град. х5 шлис ювания Хб

ы, град.

Центр варьирования 40 0 45 0

Интервал варьирования 50 45

Нижний уровень 10 -1 0 -1

Верхний уровень 70 +1 90 +1

В результате регрессионного анализа получены следующие адекватные регрессионные модели:

- для среднеарифметического отклонения профиля

Уд - 15600 - 270 Х5 + 54,8 Х6 + 1,17 Х52 - 0,247 Х62 -; - 0,037 Х5Х6 (17)

- для радиуса округления

У8 - 2492,6 + 65,37 Х5 + 70 Х6 + 0,648 Х52 - 0,502 Хб2 -- 0,963 Х5Х6 (18)

Установленные взаимосвязи параметров микрогеометрии режущей кромки с характеристиками, оказывающими влияние на формирование последней, проводили е помощью двумерных сечений поверхности отклика (рис.2). Кривые равного отклика позволяют выбирать различные сочетания направления шлифования и угла заточки, .обеспечивающих одинаковые параметры микрогеометрии режущей кромки.

Исследованные факторы по степени влияния на параметры оптимизации расположены в следующей последовательности: зернистость шлифовального круга, твердость материала ножа, направление шлифования,- угол заточки, глубина шлифования, скорость резания абразивного круга.

Анализ приведенных зависимостей показывает, что увеличение зернистости круга приводит к росту в 2.5...3 раза высотных [?а, Ер, йпах и шаговых параметров Бш и 5. Значения параметров г и Ъгп

Рис.2. Двумерные сечения поверхностей отклика Иа - Г(и,В), Р -

при этом уменьшаются в 1,7...2 раза, а радиус округления режущей кромки р увеличивается в 1,8 раза. Снижение зернистости, круга приводит к уменьшению толщины единичных срезов, а также уменьшению силы, приходящейся на зерно и, как следствие., к снижению микронеровностей кромки инструмента.

Увеличение твердости материала инструмента от Н!?С 46 до НТО 62 приводит к уменьшению примерно в 1,6 раза высотных и шаговых параметром микрогеометрии, к увеличению г и Ьт на 30...40%, р при этом уменьшается в среднем на 40%. Это связано, по-видимому, с тем, что при шлифовании материала невысокой твердости глубина внедрения абразивных зерен больше при выходе зерна на кромку, а шероховатость последней будет выше, чем при обработке .более твердых материалов. Однако при значительной твердости материала увеличивается вероятность образования сколов, что приводит к росту абсолютных значений высотных параметров микрогеометрии.

С уменьшением угла и с 90° до 0° происходит уменьшение параметров микрогеометрии в 1,5...2 раза, в зависимости от угла заточки. При ш - 90° глубина рисок, образованных зернами шлифовального круга, максимальна, что приводит к ухудшению шероховатости кромки. При уменьшении ы до 0° сход зерен с кромки происходит постепенно с подрезанием наиболее выступающих участков микронеровностей, что приводит в целом к выравниванию микрорельефа.

О увеличением угла в параметр Иа уменьшается в 2...3 раза, при увеличении радиуса округления в 2...2,5 раза. Увеличение угла заострения приводит к уменьшению влияния шероховатости граней, образующих кромку, на микрогеометрию последней при прочих равных условиях.

Влияние I на микрогеометрию кромки носит двойственный характер. При малых значениях поперечной подачи лишь отдельные выступающие зерна круга образуют на кромке более глубокие риски и сколы. С увеличением Ь возрастает суммарная контактная нагрузка на кромку и одновременно растет температура шлифования, достигающая максимального значения в вершине кромки, что приводит к ее деформации и сколу. Высотные параметры микрогеометрии кромки увеличиваются в среднем в ? раза.

С увеличением скорости резания шлифовального круга возраста.' г количество зерен. Формирующих режущую кромку инструмента в 12

единицу времени, вследствие чего уменьшается толщина слоя, срезанного одним зерном и уменьшается высота микронеровностей кромки на 20...30%.

Анализ влияния указанных факторов на состояние режущей кромки позволяет наметить конкретные меры для уменьшения микронеровностей и устранения дефектов при заточке.

В результате проведенных исследований, проведенных в данной главе также показано, что наиболее эффективным средством повышения качества режущей кромки является доводка. Доводкой образующих режущую кромку граней можно уменьшить параметры Ка и р кромки в 3 раза и более, устранить некоторые дефекты после заточки.

Дальнейшие исследования связаны с установлением взаимосвязей глубины и характера изменения физико-механических свойств прикромочного участка с параметрами режима резания. Прогнозируя на этой основе изменение состояния последних, возможно установить рациональные режимы шлифования и заточки.

Качество прикромочного участка, поверхностного слоя оценивали по изменению микротвердости и микроструктуры. Измерение микротвердости проводили на поперечных и косых срезах кромок, заточенных под углами 15°, 30°, 70°. Объектом исследования служили образцы из углеродистых инструментальных сталей. Измерение микротвердости в продольном и поперечном направлениях Нр. по сечению косого среза в зависимости от исходного состояния образцов показано на рис.3.

Основные изменения микротвердости и микроструктуры в продольном направлении относят к прикромочному участку глубиной до 120 мкм для ножей с углом заострения 70° и до 250 мкм для ножей с углом заострения 15° и 30°. В большинстве случаев с приближением к вершине кромки наблюдается увеличение микротвердости по сравнению с исходной. На расстоянии 10...20 мкм от вершины кромки происходит снижение микротвердости. Для закаленной стали с исходной микротвердостью 7200 МПа и угле заточки 15° на участке в пределах 30...65 мкм наблюдается структура вторичной закалки. С увеличением расстояния от вершины кромки микротвердость понижается, структура переходит через стадии отпуска к исходной. У высокоотпущенной стали наблюдаемся плавный переход мартенситной структуры к сорбитной. С.увеличением угла заточки для низкоопту-

13

косого среза в зависимости от исходного состояния образцов: 1 - Нц 7200, В - 15°; 2 - Нц 4300, В - 30°; 3 - Нд 7700, В - 70°

щенной стали с исходной микротвердостью 7700 МПа зоны вторичной закалки и отпуска смещаются к вершине кромки.

Анализ изменения твердости в поперечном направлении показал увеличение ее от середины к краям косого шлифа в среднем на 20...40Х в зависимости от исходной твердости шлифуемого материала, режимов обработки граней и от угла заточки режущего клина.

С целью установления рациональных режимов обработки, позволяющих обеспечить бездефектную заточку, изучали характер структурных превращений в прикромочном участке при различной глубине шлифования и скорости продольной подачи заготовки. Заточку образцов (3 = 30°) проводили периферией круга 25А25ПСМ15К8Б на следую-щих'режимах:V - 25 м/с; Уэ - 2-4-6 м/мин; й = 5-15-40-60-100 мкм.

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что основным фактором, определяющим то или иное состояние прикромоч-ного участка, его микротвердость является тепловое воздействие и скорость протекания тепловых процессов. Путем снижения глубины шлифования или увеличения скорости подачи можно регулировать скорость нагрева так, чтобы при одинаковых температурах" в зоне обработки иметь возможность получать слои с более благоприятными с точки зрения эксплуатационных показателей физико-механическими свойствами.

Для исследования величины и характера распределения остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя изготавливали призматические образцы-свидетели, на которых моделировали режимы заточки мясорежущего инструмента. Обработку производили шлифованием периферией круга ПП 200x25x32 марки 24А25ПСМ17К5А со скоростью резания 25 - 35 - 50 м/с при подаче на глубину 0,05 мм/ход, продольной подаче 5 м/мин; со скоростью резания 35 м/с при подаче на глубину 0,025 - 0,050 - 0,075 мм/ход, продольной подаче 5 м/мин. Шероховатость поверхности образцов после обработки - Иа - 0,8 мкм. Смазочно-охлаждающая жидкость - Аквол-2. По результатам эксперимента построены зависимости изменения остаточных напряжений по глубине образца, представленные на рис.4.

Анализ параметров, характеризующих распределение остаточных напряжений по глубине, показал, что при совместном действии теплового и силового факторов в тонких поверхностных слоях при исследуемых режимах шлифования формируются остаточные напряжения

15

бх-10~1,МПа

80 60

40 20 0 -20 -40 -60 -80

1 У

3

h

20 0 6 0 8 0 1С Ю 15 20 U 10 1С 50 1É 30 2С Ю 2Í го ю

бх'Ю 1,МПа

80 60

40 20 О -20 -40 -60 -80 Рис.4.

а - t 3

б - V

з

2TN

11 —с ¡>

/ 2 о/а 0 6 0 8 0 1С Ю 120 14 о ie >0 ie ¡0 2С 0 22 0 24 ■ ■■n, 0

Распределение остаточных напряжений в поверхностном слое после шлифования образцов:

- 0,05 мм/ход: 1 - V - 50 М/с, 2 - V - 35 м/с,

- V - 25 м/с;

- 35 М/с: 1 - t = 0,025 мм/ход, 2 - t - 0,050 мм/ход,

- t - 0,075 мм/ход

сжатия, сказывающие положительное влияние на прочность последних при различных видах изнашивания, сопровождающих работу мясорежу-щего инструмента. Однако значительная величина подповерхностных растягивающих остаточных напряжений и высокий градиент остаточных напряжений, характерный для существенной структурной неоднородности ведет к повышению вероятности зарождения в подповерхностных слоях первичных микротрещин, снижающих работоспособность режущего инструмента.

Установлено, что в диапазоне применяемых режимов заточки нельзя практически избежать возникновения остаточных напряжений растяжения, но можно заметно снизить их уровень за счет уменьшения 'абсолютной температуры в зоне резания, проводя шлифование при рациональных скоростях и возможно меньших глубинах резания с обязательным применением смазочно-охлаждающих жидкостей, улучшающих теплоотвод и уменьшающих трение в зоне резания.

Глава IV. Приведены исследования влияния макро- и микрогеометрических параметров режущего инструмента на качественные показатели измельчения.

В исследованиях по стандартным методикам определяли структурно-механические характеристики фарша - степень пенетрации за 5 с Ьо, предельное напряжение сдвига 80; технологические показатели - пластичность фарша П, водосвязываюшую способность ВСС; показатели процесса - мощность, . затрачиваемую на измельчение N. продолжительность измельчения т.

Модельные исследования по измельчению говядины высшего сорта проводили на экспериментальной установке. Были' изготовлены пластинчатые ножи с различными параметрами микрогеометрии кромки, а также ножи с насечкой (табл.4, 5). Сравнительная оценка зависимости 0О и ВСС от исходной микрогеометрии ножей представлена на рис:5.

Анализ результатов показал, что экстремальные значения предельного напряжения сдвига и водосвязывающей способности фарша достигаются за меньший промежуток времени при измельчении ножами с уменьшенными параметрами Ра, Игах, Зт, Н, Б. Продолжительность измельчения снижается в 1,5...1,8 раза при уменьшении параметра 5?а режущей кромки в 5 раз, параметра Бш - в 2 раза, радиуса округления р - в 2,5 раза.

Таблица 4

Исходные параметры микрогеометрии ножей, используемых в эксперименте

№ Ра, Ртах, Бш,' г, Ьш Р»

ножа МКМ' мкм мкм мкм мкм

1 1б±б,5 85±16,2 381±103 18±4,6 0,20+0,06 811,6

2 8±4,0 . 46±11,5 228±89 . 50±8,5 0,48±0,08 5±0,9

3 3±1,2 18±5,9 186+66 73±10,8 0,61+0,11 . 3±0,5

Таблица 5

Размеры насечек !

№ э, н. 1?1. Я?., Е,

ножа мм мм мкм мкм град..

4 0,8±0,3 0 34 ±0 2 46±8 . . 93±12 90±0,5

5 1,3±0,3 0 98 ±0 4 . 48 ±8 • 97±14 60±0,5

80, Па

400 500 600 700 800 900 1000 1100

0 20 40 60 80 ВССД

Рис.5. Зависимость.предельного напряжения сдвига

и водосвязывающей способности фарпа от исходных параметров микрогеометрии ножей (табл.4, 5)

Измельчение ножами с высотными и шаговыми параметрами 1?а -3. ..8 мкм, йпах - 18... 46 мкм, Бт - 186...228 мкм и параметрами г - 50...73 мкм, йт - 48...61% микрогеометрии режущей кромки способствует получению фарша, с более высокими значениями 80, ВСС и низкой степенью пенетрации при одинаковой продолжительности измельчения. Гистологическая оценка проб фарша свидетельствует о том, что размеры конечных структурных элементов' фарша соизмеримы с исходными параметрами микрогеометрии режущей кромки и с ростом последних увеличиваются. С уменьшением радиуса округления режущей кромки до 3...5 мкм условия измельчения улучшаются, более однородна структура фарша, размеры разрушенных мышечных волокон уменьшаются на 40%.

Глава V. Для обеспечения максимальной достоверности в производственных условиях проведены исследования влияния способа и качества заточки на эксплуатационные характеристики режущего инструмента волчков и куттёров. Для уяснения причин низкой стойкости мясорежущего инструмента выполнен анализ условий заточки, эксплуатации' и износа инструмента. Выявленные в результате исследования дефекты заточки систематизированы по Группам и видам; применена девятибальная система классификации дефектов режущей кромки. Установлено, чтб основные дефекты исследуемых ножей -различной степени прижоги, завалы режущей кромки, следы ее выкрашивания и подрезания. ■

Установлены рациональные параметры микрогеометрии кромки в продольном и в поперечном направлениях - 1?а - 2... 10' мкм, р -3...8 мкм. Максимальные значения 1?а и минимальные значения р относятся к ножам куттеров, максимальные значения р и минимальные значения Ра - к ножам волчков.

С целью установления критерия затупления (износа) и ресурса работоспособности ножей волчков и куттеров в производственных условиях проведены исследования режущих кромок этих ножей. Исходные параметры макрогеометрии для ножей волчков - угол заострения 78±1°, ширина ленточки 0,8±0,1 мм; для ножей куттеров -угол заострения 27±1°. Показано, что для ножей куттеров преобладающий вид износа - износ по передней поверхности лезвия, для ножей волчков - по задней поверхности, что, видимо, объясняется условиями их работы.

. •. - Г

Выявлено три характерных периода работы ножей:

- период начального износа, при котором наблюдается наиболее интенсивный износ кромки. Для ножей куттеров он сопровождается интенсивным микровыкрашиванием, для ножей волчков - соответствует времени приработки ножа и решетки;

- период нормального износа, характеризуемый постепенным монотонным возрастанием параметров износа;

- период допредельного повышенного износа.

Время работы инструмента для каждого из указанных выше периодов соответственно равно: для ножей волчков - 1,5...2 час., 6,5...8 час.; для ножей куттеров - 2...2,5 час., 8...9 час.

Установлено, что для ножей волчков предельное значение радиуса округления режущей кромки находится в пределах 50...55 мкм при двухстороннем износе по задней поверхности 0,22...О,25 мм, что соответствует максимальному ресурсу работоспособности 95... 100 часов,- с учетом величины допустимого запаса на переточку и периода стойкости между переточками. Для ножей куттеров зна-. чения допустимых параметров износа следующие: .радиус округления режущей кромки - 67...75 мкм, износ по передней поверхности -58...62 мкм. Максимальный ресурс работоспособности при этом составляет 570...590 часов.

Известно, что одним из важных резервов повышения износостойкости и долговечности ножей является создание регулярных микрорельефов (микронеровностей) определенной величины. На основе проведенного анализа схемы сил, действующих на режущую кромку, и условий ее изнашивания можно рекомендовать для ножей куттеров, работающих в условиях скользящего резания, продольную заточку с небольшими углами ш в пределах 3...100. Заточку ножей волчков следует производить, выдерживая радиальное направлением'заточных линий, с углом ы - 90°- <р. При использовании ножей волчков с режущей кромкой, расположенной по его радиусу, допускается применять поперечную заточку с ы = 90°.

Изучено влияние исходной микрогеометрии режущей кромки на ее стойкость и долговечность. Эксплуатационные испытания ножей проведены в производственных условиях. Для улучшения условий подготовки ножей куттеров к работе разработано приспособление для заточки ножей куттеров с любой формой режущей кромки. Прис-20

Таблица 6

Исходные параметры микрогеометрии ножей волчков

№ ножа Метод обработки Режущая кромка Задняя поверхность

Ктах, мкм Зш.мкм ЫЛ р, мкм Ra, мкм

« 3 4 Заточка Заточка Заточка и доводка Заточка и доводка 41±8,1 30+6,5 15+4,5 8±3,0 234±70 180+65 142+68 120±55 47+7 60 ±8 67+8 74+10 8+1,0 8+0.8 6+0,8 5±0,8 45±1,2 88+1.2 34+1,0 89+1,0 '1,20+0,20 0,60+0,10 0,35+0,05 0,15+0,04

Таблица 7

Исходные параметры микрогеометрии ножей куттеров

№ ' ножа Метод обработки Режущая кромка Передняя поверхность

1?тах,мкм Зт,мкм ^Д р,мкм <о,° Еа, ■ мкм

1 о о о 4 Заточка Заточка Заточка и доводка Заточка и доводка ■68±12,3 41±9,5 , 22±7,5 12+5,4 318±96 204+70 142+65 118+54 ' 32+8 54±8 67±10 72±10 6+1,0 5±1,0 5+0,8 4±0,8 10+0.5 12+0.3 10+0,5 8+0,6 0.60+0,20 0.52±0,15 0,30±0,05 0,15±0,06

Таблица 8

Параметры микрогеометрии ножей волчков после испытания

№ ножа Режущая кромка Задняя поверхность Относительная стойкость С, %

йлах.мкм от,мкм ):тД р,мкм Ка, мкм.

1 о 3 4 2,8±0,5 1,8+0,6 1,5±0,-6 2,0±0,8 260±72 225+65 238+70 195±60 38 ±7 52+8 48+8 61+7 52+4,0 41+2,5 35+1,0 27+1,2 87+0.6 88+0,7 89+0,4 89+0,4 0,42±0,05 0,30+0,05 0,26±0',04 0,32±0,07 52 66 77 100

Таблица 9

Параметры микрогеометрии ножей куттеров после испытания

Н° ножа Режущая кромка Передняя поверхность Относительная стойкость С, %

йпах,мкм Бт,мкм р,мкм !?а. мкм

1 2 3 4 1,5+0,5 3±1,2 7±1,8 10+1,5 370+102 286+80 223+72 165+65 22+7 41+8 54+8 66+10 72+3,2 64±2,8 54+2,0 46±1,5 8±1,2 7±1,3 7+1,2 6±1,0 0,52+0,20 0,42±0.10 0,28±0,10 0,22±0.06 64 72 85 100

пособление предназначено для использования на универсально-заточ^ ном станке после установки его в трехповоротные тиски или другое универсально-сборное устройство. Режущую кромку затачивали по методу самокопирования, что позволило с максимальной точностью сохранить исходный профиль кромки при переточках.

- Испытания проводили методом сравнения результатов по затуплению ножей, отличающихся параметрами микрогеометрии режущей кромки и лезвия. Параметры микрогеометрии ножей, используемых в эксперименте, а также условия заточки приведены в таблицах 6, 7. Параметры микрогеометрии ножей волчков и куттеров после испытания приведены в таблицах 8, 9.

Анализируя полученные данные, следует отметить, что с уменьшением значений параметров микрогеометрии кромки йпах, 5т. р и увеличении значения параметра 1ш относительная стойкость кромки возрастает в 1,5...2 раза.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Установлены регрессионные'зависимости, позволяющие рассчитать - конкретные значения параметров Микрогеометрии кромки в зависимости от характеристик абразивного инструмента и технологических параметров заточки.

2. Исследовано и показано, что шероховатость режущей кромки в продольном направлении имеет пилообразный вид со значительно увеличенными (по сравнению с шероховатостью граней) высотными и уменьшенными шаговыми характеристиками. При 8 - 15° !?тах -11...85 мкм, Эт - 95...350 мкм. Наибольшее влияние на параметры микрогеометрии кромки влияют зернистость абразивного круга, твердость материала инструмента, направление шлифования, угол заточки и подача на глубину шлифования.

3. Показано, что доводка при прочих равных условиях приводит к снижению шероховатости кромки в 2,5...3 раза и способствует получению минимального радиуса округления кромки.

4. Выявлено, что параметры микрогеометрии режущей кромки соизмеримы с размерами структурных элементов фарша. Измельчение ножами с минимальными параметрами микрогеометрии Яа, йпах, Бт и максимальными параметрами гиь способствует получению фарша с 22

более высокими'значениями предельного напряжения сдвига и водос-вязывающей способности. Интенсивность процесса измельчения возрастает в 1,5..'.1,8 раза.

5. Установлены рациональные значения • параметров микрогеометрии режущей кромки Ra - 2...10 мкм, р - 3...8 мкм и определен критерий затупления режущей кромки ножей волчков (р - 50...55 мкм) и куттеров (р •= 67...75 мкм), обоснована периодичность восстановления инструмента. Для ножей волчков рекомендуется радиальная заточка по задней поверхности при значении Ка = О,25...О,4 мкм, для ножей куттеров рекомендуется продольная заточка по передней поверхности с углом ы не более 10°.

6. Наиболее рациональной с точки зрения бездефектного шлифования является заточка инструмента абразивными кругами зернистостью 16, 25, твердостью М2, СМ1 при глубине поперечной подачи не более 20 мкм, продольной подаче 3...5 м/мин. Чистовую и окончательную заточку следует вести при скорости круга 25 м/с. Указанные режимы способствуют стабилизации распределения микротвердости и уменьшению остаточных напряжений растяжения в прикромоч-ном участке.

7. Разработаны рекомендации по 'заточке мясорежущих инструментов. Обеспечение рекомендаций способствует повышению стойкости мясорежущих инструментов в 2-2,5 раза, при уменьшении.припусков на восстановление.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Блинов A.B. Устройство для определения геометрических параметров режущих инструментов. Удостоверение на рационализаторское предложение №134. МИПБ. 13.11.89 г.

2. Блинов A.B., Чижикова Т.В. Устройство для определения геометрических параметров режущих инструментов // Восстановление деталей машин и оборудования АПК. М..: АгроНИИТЭИИТО, 1990. №1. С.12-17.

3. Чижикова Т.В, Мартынов Г.А., Блинов A.B. Заточка режущих инструментов в колбасном производстве // Восстановление деталей машин и оборудования АПК. М.: Информагротех, 1990. №б. С. 11-13.

4. Повышение конструкторской и технологической надежности режущих инструментов измельчителей мяса / Чижикова- Т.В., По-

пов И.Л., Китов K.M., Блинов A.B. // Надежность и техническая диагностика оборудования перерабатывающих отраслей АПК /Под ред. Чижиковой Т.В. М.: Информагротех, 1990. С.64-70. (Восстановление деталей машин и оборудования АПК: Обзорн.реф.информ.).

5. Блинов A.B. Приспособление для заточки ножей куттеров. Удостоверение на рационализаторское предложение №123. Московский мясокомбинат. 10.10.90 г.

6. ОРТМ 10-12-90. Режущие инструменты для оборудования мясной промышленности. Технологические рекомендации по заточке и доводке. М.: АгроНИИТЭИММП, 1991. 32 с.

7. Маркус Л.И., , БлиновА.В. Условия качественной заточки мясорежущего инструмента //Восстановление деталей машин и оборудования АПК. М.: Информагротех, 1991. №1. С.11-16.

8. Чижикова Т.В., Блинов A.B. Влияние микрогеометрии режущего инструмента на показатели качества измельчения фарша // Тезисы докладов 4-ой научно-технической конференции "Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и -интенсификации технологических процессов пищевых производств" . М.: ЦНИИТЭИ "Хлебпродинформ", 1994. С.59.

-9. Блинов A.B., Чижикова Т.В. Повышение долговечности и износостойкости режущих инструментов измельчителей мяса // 43-я конференция по вопросам мясной промышленности. Yugoslavia. Institute of Meat Technology. 5-7 October 1994.

10. Блинов A.B. К вопросу повышения эксплуатационной надежности. Совершенствование процесса заточки // Надежность и техническая диагностика оборудования перерабатывающих отраслей АПК / Под ред.Чижиковой Т.В. М.: Полиграфсервис, 1995. С.41-50.