автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Материалы фрезерных инструментов для обработки цементностружечных плит

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ II ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ТП-0-0---

" 1 i ' Y^ На правах рукописи

УДК 674.816.2

АБРАЗУМОВ Владимир Владимирович

МАТЕРИАЛЫ ФРЕЗЕРНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЦЕМЕНТНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ

Специальность 05.21.05 — «Технология и оборудование деревообрабатывающих производств; древесиноведение»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва

1993

Работа выполнена на кафедрах станков и инструментов, материаловедения, и технологии конструкционных материалов Московского лесотехнического института.

Научный руководитель — доктор технических наук,

^ профессор В. В. Амалицкий.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор А. А. Пижурин;

кандидат технических наук, с. н. с. В. Г. Морозов.

Ведущее предприятие — НИПКИдревплит.

Автореферат разослан « . . »...... 1993 года.

Защита диссертации состоится на заседании специализированного совета Д.053.31.01, Московского лесотехнического института « Ш » . 1Л- . 1993 г. в . часов в

аудитории № 313. •

Просим Ваши отзывы по автореферату ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ направлять по адресу: 141001, Мытищи-1, Московской области, Московский лесотехнический институт. Ученому секретарю

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЛТИ

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор Ю. П. СЕМЕНОВ.

Подп. к печ. 24.12.92 г. Объем 1 п. л. Зак. 40 Тир- 101

Типография Московского лесотехнического института

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ!

Актуальность темы. Исследование режущих свойств инструментальных материалов и'закономерностей их изнашивания представляет актуальную задачу, важность которой возрастает с интенсификацией и автоматизацией производства и, особенно, с появлением труднообрабатываемых материалов. К последним с полным основанием можно отнести цементноотружечныё плиты (ЦСП), получающие все более широкое распространение в гражданском и промышленном строительстве. Этот материал в значительной степени отличаетсяот других древесных композиционных плитных материалов наличием в своем составе цементного камня, обладающего повышенной твердостью и абразивностыо.

При обработке ДСП резанием происходит быстрый и специфический износ режущих.элементов инструмента. Однако в работах, посвященных обработке ЦСП различными эвдами резания, практически неизученным остался вопрос, связанный с рассмотрением механизмов изнашивания режущей кромки. Несомненно, что на основе исследования .закономерностей изнашивания инструмента становится возможным определить требования к инструментальному материалу и обосновать рациональность его использования для конкретного вида обработки.

. Изучение -процессов изнашивания можно вести на любом из сложных процессов резания, которым подвергается ЦСП в процессе изготовления и дальнейшей обработки, пилении, фрезеровании, сверлении и т.д. Наименее благоприятным для резца является фрезерование при динамическом характере нагружения режущих элементов. Поэтому исследование целесообразно провести на фрезерном инструменте.

Цель работы. Изучение процессов, протекающих на контактных площадках режущего инструмента, изготовленного из различных инструментальных материалов, выявление их действия на ганашивание и определение путей интенсификации режимов реза-о!я и повышения износостойкости инструмента при фрезеровании 1СП.

Научная новизна. Разработана физическая модель структуры ЦСП с позиций ее влияния Йа изнашивание режущего инструмента; установлена роль каждого компонента плиты на процесс изнашивания; по результатам металлографических исследований и стойкостных испытаний установлены закономерности процесса изнашивания контактных площадок резцов из твердого оплава, поликристаллических сверхтвердых материалов и режущей керамики при фрезеровании ЦСП; разработана математическая модель оптимизации режимов фрезерования ЦСП и периодов стойкости инструментов по критерию наименьшей стоимости обработки.

Практическая ценность. Разработаны рекомендации но рациональной области использования режущего инструмента из различных инструментальных материалов и, определены оптимальные режимы фрезерования и периода' стойкости инструментов дш этих режимов. к

■ Рекомендации внедрены на нескольких деревообрабатывающих предприятиях и использованы в учебном процессе при подготовке идасенеров-механиков.

1

Апробация работы. Материалы исследования докладывались на научно-технических конференциях ШТИ в 1989-1993 гг.; в школе передового опыта "Прогрессивные методы изготовления и подготовки дереворежущего инструмента", Ивано-Франковск, 1990 г.

Публикация работы. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ. .

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, общих выводов и рокомендзций, списка литературы и приложена!. Основное содержание работы изложено на 1?0 страницах машинописного текста, иллюстрированного 72. рисунками и -Ц таблицами.

содержание работы

В введении дано обоснование актуальности темы диссертации, цель и задачи исследования, приводятся основныо положения, которые выносятся на защиту.

В первой гладе содержатся краткие сведения о процессе изготовления, физпко-механичоских свойствах ЦСП и процессах их механической обработки. В настоящее время обработка ЦСП производится на обычных деревообрабатывающих станках рояу-щш инструментом, оснащенным твердым сплавом. Возмоэтюсть использования серийных станков, предназначенных для обработки древесины и ДСтП, способствовало внедрению ЦСП

Анализ работ по исследованию изнашивания металлоре'куще-го инструмента показал, что он подвергается в зависимости от условий резания, различным по природе видам износа - адгезионному, диффузионному, усталостному, шмическому, хрупкому разрушению. Инструмент может подвергаться одновременно действию различных видов износа или доминирующим мотет быть один из них. Условия резания дровосных материалов и металлов в значительной степени отличаются, но основные вида изнашивания в том или ином сочетании могут присутствовать и при резании древесных материалов, в том числе и ЦСП. Знание закономерностей протекания процессов изнашивания позволяют объяснить явления, происходящие при изнашивании и затуплении дереворежущего инструмента.

Вопросу изнашивания дереворежущего инструмента посвящены работы А.Э.Грубе, С.А.Воскресенского, А.Л.Вернадского, Ф.М.Машсоса, Е.Г.Ивановского, К.И.Демьяновского, А.Л.Меиоео-ва, А.А.Шпсурина, Ю.А.Цуканова, В.В.Амалпцкого, Е.А.Наг,Лилова, Г.А.Зотова, В.Г.Морозова и др. В них приводятся классификации видов изнашивания и причин, приводящих к износу и затуплению реяущих элементов, рассматривается механизмы изнашивания режущего инструмента.

Комплексные исследования обрабатываемости ЦСП резание;.: ведутся на кафодре станков и инструментов МЛ'Ш. Анализ работ по щиюшто, фрезерованию, сверлению и шлифованию ЦСП показал, что авторами, в первую очередь, рошались нообходи.-.-ке для промышленности задачи, определение рациональных геометрических параметров инструмента, оптимальных режимов резания и выбор наилучших по стойкости инструментальных материалов ::з ряда уже имоицихся в эксплуатации. Недостаточно внимания было уделено фундаментальным вопросам процесса розания и, в частности, исследованию явлений, происходящих на ревущей кромке розца. Такой подход был оправдан тем, что отсутство-

вали какие-либо рекомендации по механической обработке ДСП на станках, а быстро расширяющееся производство и применение плит нуждалось в таких рекомендациях. В то же время ясно, что исследо вание режущих свойств широкой номенклатуры инструментальных материалов с целью выбора оптимальных,позволит, повысить эффективность режущего инструмента для процессов станочной обработки ДСП

В существующих исследованиях обрабатываемости ЦСП резанием изучение процессов изнашивания режущего инструмента ограничивалось измерением параметров износа режущих кромок инструмента без анализа происходящих, процессов на его контактных площадках. Не рассмотрены вопросы физической сути механизма изнашивания. Имепциеся результаты получены в несопоставимых условиях, причем оптимизация режимов резания и периода стойкости инструмента проводились по различным критериям, что затрудняет сравнительный анализ результатов. За редким исключением, исследования проводились преимущественно на твердосплавном инструменте без упрочнения и с поверхностным упрочнением его различными методами.

Таким образом, литературный и промышленный обзор показали, что задача изыскания путей повышения износостойкости применяемых реаущих инструментов, а также поиск новых эффективных инструментальных материалов являются весьма актуальными.

При выборе вида режущего инструмента в качестве объекта исследования принималооь во внимание условие, заключающееся в том, чтобы полученные результаты козою было распространить на возможно больше число рабочих процессов резания. Это возможно благодаря тому, что проведенные ранее исследования пиления, сверления и фрезерования ДСП показали общую направленность закономерностей изнашивания режущих инструментов. В принципе лххЗой из существупцих видов резания может быть выбран в качестве объекта исследования. Наименее благоприятным для розца является ражим фрезерования, связанный с прерывистым характером резания. Ноэтощ для .исследования был выбран процесс цилиндрического фрезерования по кромке шшты.

Выполненные ранее исследования показали полную непригодность для резания ДСП лучших марок инструментальных сталей. В связи с этим в настоящем исследовании были выбраны

.инструментальные материалы высокой твердости: вольфрвмо-ко-бальтовие твердые сплавы, поликристаллические сверхтвердые материалы и режущая миноралокерамика.

На основании выполненного анализа была сформулирована цель исследования, для достижения которой необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать структуру ДСП с позиций' ее влияния на процесс резания и изнашивания режущего инструмента.

2. Выполнить теоретический анализ процессов, протекающих на контактных площадках резца, при обработке ДСП.

3. Провоем экспериментальной исследование процесса изнашивания резцов из различных инсгрументальных материалов при фрезеровании ДСП с использованием современных методов микроструктурного анализа.

4. Провэсти сравнительные стойкостные испытания инструментов из различных инструментальных материалов.

5. Разработать математическую модель оптимизации режимов фрезерования ДСП и периода-стойкости инструмента и определить область рационального использования инструмента •

с резцами из различных инструментальных материалов.

6. Провести производственные испытания для.проверки разработанных в диссертации рекомендаций.

Во второй главе проанализированы особенности строения и свойства ДСП и их влияние на обрабатываемость плит резанием.

ДСП представляет собой композиционный материал, являющийся гетерофазной системой.

Наследования структуры плиты с помощью растрового электрошюго микроскопа и стереоскопического микроскопа с большой глубиной резкости показали, что в макро и микрообъемах ДСП имеет ячеистое строение. В макрообъемах такое строение создают пустоты, разделягацие частицы древесины и цементного камня, а в микрообъемах - поры в цементном камне и клетки древесины. ' 1

Цеыонтшй камень является кашишрно-ггористым телом, состоящим из различных фаз, предетавляицих преимущественно субмикрокристаллы высокой степени дисперсности.

В структуре цементного камня можно выделить три структурные составляющие:

кристаллический сросток, образованный сросшимися друг • с другом кристалликами гидроалюминатов кальция, гидрата окиси кальция, а также гидросульфоалюшгата и гидросульфоферри-та кальция;

тоберморитовый гель,в котором дисперсной фазой являются субмикрокристаллы гидросшшкатов кальция, образующиеся при гидратации силикатных фаз цементного клинкера (двух и трех-кальциевого силикатов). Он является основной структурной составлящей цементного камня, занимающей примерно 75 % его объема;

промежуточные фазы и не до конца гидратированные зерна цемента. Процесс гидратации крупных клинкерных зерен не возможен до конца за весь период старения цементной массы, поэтому в структуре цементного камня наблюдается негидратиро-ванная часть клинкера размером от нескольких до сотен микрометров. Частицы промежуточной фазы, близкие по форме к сферической, соответстуют по составу окислам $С,Са, Мд, а также ферритной фазе и имеют достаточно высокую микротвердость 5500. ..9000 Ша.

Поры в цементном камне образуют систему тонких каналов -капилляров, разобщенных цементным гелем, который в свою очередь имеет поры, но существенно меньших размеров. Строение поров'ого пространства многообразно. х

Древесный наполнитель используется в ЦСП в виде стружки или дробленки. Древесина состоит из клеток округлой или многогранной формы, размеры, которых в поперечном сечении составляют 10...100 мкм, в продольном от 0,1 до 8 мм, т.е. но размерам сопоставимы с другими структурными составляющими плиты. Основными органическими-веществами, образующими клеточную оболочку древесины, являются целлюлоза, лигнин и ге-ккцеллгалоза; содержание которых зависит от породы. Эти вещества оказывают отрицательное воздействие.на процесс твердения цементного теота, поскольку гемщеллюлоза гидролизу-ется с щелочью с образованием растворимых в воде Сахаров, отрицательно влияющих на процесс гидратации цементного кам-

ня. Кроме того процессам адгезии древеоных частиц с цементным вяжущим препятствуют тонкие пленки, которые образуют на поверхности частиц масла (смесь жиров пальмонтина и стеарина).

Для нейтрализации этих явлений в плиты добавляют растворы сернокислого алюминия или хлорида кальция, применяемые как отдельно, так и в сочетании с жидким стеклом. Они препятствуют воздействию щелочи на компоненты древесной клетчатки и ускоряют .процеЬс' твердения цементного камня. Одновременно с этим они изменяют состояние клеточного пространства древесных частиц. Микроскопические исследования поверхности древесных частиц и внутриклеточного пространства выявили наличие на стенках клеток игольчатых кристаллических новообразований, сросшихся с тканью клетки и гак бы армирующих ее.

Процесс разрушения материала плиты под действием режущей кромки резца можно представить следующим образом. По мере увеличения напряжений в зоне резания элементы структуры плиты испытывают упругие деформации до момента потери устойчивости, цроявлением которого могут быть отрыв древесной частицы от цементного камня, смятие клеток древесной частицы или разрушение перегородок между структурными пустотами цементного камня. Существенная деформация составляющих плиты возможна за счет уменьшения объема пустот на межфазных границах, следствием которого является потеря устойчивости следующих частиц, оказавшихся более прочными, чем первые. Разрушение может происходить на некотором расстоянии от режущей кромки резца в зоне напряженного состояшш материала. Результатом деформирования клеток древесной частицы и микроразрушений цементной составлягацей является деформирование древесного волокна и цементного камня.

Сравнительные эксперименты по прямолинейному резанию показали, что наибольшие касательные и нормальные силы возникают при резании березы в торец, несколько меньше при резании ЦСН и наименьшие при резании березы...вдоль и поперек волокон. В то же время предел прочности на сжатие цементного камня составляет 25...35 МГТа, древесины-- 45...65 Ща,А цемент-но-стружечной плиты около 10 МПа. Соотношение сил при резании объясняется тэм, что резание протекает в микрообъемах

материала, где рожущая кромка инструмента перерезает элементы структуры прочностью намного выше, чем плита в целом.

Процесс стружкообразования при резании ДСП в основном мало упорядоченный. Только при плоском продольном резании, когда происходит перерезание древесных частиц вдоль и поперек волокон, моааго наблюдать лзнтообразную и многоугольную с тру чеку.

При фрезеровании ДСП стружкообразосанио происходит в результате деформации и разрушении древесных частиц и цементного вяжущего передней проверхностью резца. Стружка представляет собой рыхлую массу, состоящую из отдельных плохо связанных между собой частиц древесного наполнителя и цементной составляющей. Поверхность обработки характеризуется ворсистостью и расслоениями древесных частиц, возникающих при перерезании торцовых частиц, а также вырывами и структурными пустотами.

Влияние находящегося в шште цементного камня на процесс резания нельзя ограничивать только увеличением сил резания. . Цементный камень, имея в своем составе минеральные включения, оказывает значительное влияние на износ и затупление режущей кромки инструмента, вызывая интенсивный абразивный износ. Воздействие абразивных частиц на контактные площадки инструмента интенсифицируется динамическими'процессами, возникающими в зоне контакта по причине прерывистого характера резания при . фрезеровании. При скорости резания до 30 м/с скорость деформации обрабатываемого материала может достигать значений Ю"4. ..10 ® сТ1поскольку деформирование осуществляется в локальном объеме. С увеличением скорости деформации повышается, продел упругости материала и напряжения, нормальные к поверхности приложения сил. Кроме того, уровень напряжений зависит от 'физико-механических свойств деформируемого материала, в частности, от плотности, которая у ЦСИ выше, чем у дрове-сины или ДОтП.

В рэзультате многократного соударония зубьев фрезы с обрабатываемы материалом на контактных площадках инструмента возникают и достигают больших 'значений силовые воздействия, которыо в свою очередь определяют уровень тепловых явлений. Б этих условиях изнашивание поверхностей инструмента мотет происходить1в двух формах.

. Первая форма связана с динамическим внедрением зерен абразива в.поверхность и формированием микрорельефа; вторая

форма - относительным проскальзыванием частиц по поверхности и образованием направленной шероховатости в виде рисок, царапин. Такую работу могут производить частицы, твердость и прочность которых превосходит, твердость и прочность изнашиваемой поверхности инструмента.

По причине цикличности резания существенный вклад в изменение характера изнашивания вносит термоцикличэская усталость, развипапцаяся в микрообъемах материалов. Напрявднно-деформированное состояние локализуется в тонком поверхностном слое, ограниченном размерами контактной площадки, где происходит зарождение и развитие микротрещин, по которым происходит отрыв микрообъемов материала.

Передняя поверхность резца испытывает значительно меньшее силовое воздействие, чем задняя поверхность, поэтому изнашивание резца происходит преимущественно по задней поверхности с образованием фаски износа.

По результатам металлографических исследований поверхностей изнашивания,выполненных с использованием растрового электронного микроскопа, выявлены механизмы изнашивания резцов из различных инструментальных материалов.

В твердосплавных резцах происходит изнашивание, основанное на механическом диспергировании связки вольфрзмо-ко-бачьтового сплава цементным гелем и сдвиге монослоя зерен карбйда вольфрама в результате пластической деформации кобальта. Этому процессу способствует термощцшгческие явления в зоне резания и высокие механические напряжения, вызыващие выдавливание кобальта из межкарбидного пространства' на поверхность износа. Немаловажную роль в процессе изнашивания играет хрупкое разрушение зерен карбида вольфрама, характерное для крупнозернистых сплавов.

В основе механизма изнашивания сверхтвердых материалов лежит разрушение связущей фазы под действием циклически повторяицейся нагрузки и вырывание зерен нитрида бора. Для повышения износостойкости этих материалов ^необходимо повышение фияико-механических свойств с&чзки и улучшение тедло-физических свойств, способствующих сохранению механических свойств в условиях высокотемпературного нагружения. Серьезным недостатком всех видов сверхтвердых материалов по срзвне-

нию с твердыми сплавами является повышенная хрупкость, сшгжакь щая надежность инструмента.

Прочность лезвия резцов из поликристаллических алмазов достаточно высока, алмазные зерна имеют на меифазных границах прочные связи, которые препятствуют вырыванию отдельных частиц, поэтому износ режущей кромки происходит преимущественно- вследствие механического диспергирования алмазных зерен. Износ резцов происходит с одинаковой интенсивностью по передней и задней поверхностям.

Потеря работоспособности инструмента из керамических материалов в долом наступает в результате выкрашивания и сколов режущей кромки.

Для объективного выбора инструментального материала при фрезеровании ЦС11 необходимо решить оптимизационную задачу, позволянцую установить наиболее эффективную область и условия использования каждого из них.

Наиболее универсальным и комплексным критерием оптимизации процессов резания в настоящее время признана себестоимость обработки. При этом можно рассматривать себестоимость обработки I пог.м. обрабатываемых заготовок или себестоимость обработки одной заготовки заданных размеров. В качестве критерия оптимизации нами был принят первый, который дает более общую информацию для анализа экономической эффективности производства.

Структура оптимизационной модели: • 3—»min, (I)

c£max, i» 1.....1, (2)

П(Х«,...,Ху, Хуц,...,Хц) Ь Пщ£п , . (3)

Pr(Xi.....*i,XM,...,XH J^Prmax, <4>

Pn(Xi,...,Xy,XSM....,X„;£Pnrm,K, (5) X/mir! i. X/ 6 Xjm<»)C,/=» if", 3 , (6) X mm ¿я ^ Xm ^ Xm т<х%, tn-3+1,...j H, (7) где 3 3 - затраты на обработку I пог.м. ДСП;

(У и Cimtt~ фактическое и максимальное " допустимое значение L -ой погрешности обработки;

I - число учитываемых погрешностей обработки;

и Пшсп - фактическая и минимально допускаемая производительности; Рг(Х(,...,Х!),ХУМ,...,Хм)и РгП>а* - фактическая и максимально допускаемая мощности механизма главного движения; Рл(Х|,...,Ху,Х<|<ь...,Хм)ц Рптаг- фактическая и максимально допускаемая мощности механизма подачи;

Х| ,...,Х</ - оптимизируемые параметры процесса; Xу4{ Хм- исходные характеристики процесса;

Л/тСи • Хуи X] - минимально и максимально допускаемые и фактическое значения / -го оптимизируемого параметра процесса; Х|п(п , ХгпаУ и Хм - минимальное, максимальное и фактическое значения т -ой исходной характеристики процесса. С целью получения исходных данных и зависимостей для решения целевой функции потребовалось проведение стойкосттшх испытаний резцов из различных инструментальных материалов.

В третьей главе изложены основные методические положения экспериментального исследования, в которой выполнялись следущие работы;

1. Исследования механизмов изнашивания и затупления резцов, изготовленных из различных инструменталышх материалов.

2. Исследования влияния режимных факторов на интенсивность изнашивания резцов.

3. Сравнительные ресурсные испытания для установления периодов стойкости резцов из различных инструментальных материалов.

4. Производственные испытания инструмента с резцами из инструментальных материалов, показавших наивысшую износостойкость.

Экспериментальные исследования проводились на установка, выполненной на базе фрезерного станка ФСИЫ1.

При изучении процессов на контактных площадках, инструмента варьируемым фактором был материал режущей части. Наиболее полно была представлена группа вольфрзмо-чобальтопих

твердых сплавов: серийно выпускаемые - ВК6, BKG0M, ВК8, BKI0, BKI00M, ВКЮКС, ВКЮХОМ, EKI5; выпускаемые опытными партиями -BPKI5, ВК10ХШ. Сверхтвердые материалы были представлены тремя марками - композит 05, композит 10 и Томал 10, имеюцие наибольшие размеры режущих пластин.и применяемые на операциях фрезерования в металлообработке, а также поликристаллическим алмазом марки СВБН. Для изучения износа резцов из минерало-кера.мики били использопаны материалы марок B0I3, В0К75, 0НТ-20, силинит Р и В0К75, армированный карбидом кремния. Остальные факторы оставались постоянными и имели сроднив про-■ изводе твешше значения.

Шифоструктурше исследования поверхностей изнашивания производились на растровых электронных микроскопах (РЭМ) моделей Sieteosian 180• (Франция) n3Stt25S" (Япония), а также на стереоскопическом микроскопе МБСЮ.

Зависимости износа резцов от режимных факторов определялись при переменных значениях скорости резания V =15; 25 и 35 м/с и подачи на резец St =1,5; 2,0 и 2,5 мм. Для установления зависимостей параметров износа и затупления от пути резания, подачи на резец и скорости резания были использованы методы математической теории планирования эксперимента. Ур'оэни варьирования переменных факторов приведены в таблице.

Таблица

Уровни варьирования переменных факторов

Факторы Фактический путь резания ¿ф- io}, м Подача на резец S2 , мм Скорость резания V, м/с

Основной уровень (0) 2,0 2П

Интервал варьирования ¿t0 0,5 10

Верхний уровень ( +I) ft ,5 2 5 35

Нижний уровень (-1) ' 0,5 1,5 15

Параметры износа и затупления измерялись на модернизированное лрофидографв - профилометрэ модели 201 завода "Калибр".

Определяющей качество обработки была пршшта величина сколов на пласти плиты, которая измерялась с помощью бинокулярной лупы с измерительной шкалой. Измерения проводились на участке длиной 100 мм л определялось среднее значение величины сколов.

Четвертая глава содержит результаты экспериментального исследования.

Стойк.оспше испытания резцов из различных материалов дали следующие результаты:

картина износа резцов из различных марок твердого сплава одинакова; после периода интенсивного износа (примерно 1000 м фактического пути резания) наступает период установившегося износа, который апроксимируется линейной зависимостью; изнашивание происходит преимущественно по задней поверхности; радиус округлэштя ре-кущей кромки имеет лишь слабую тенденцию к увеличению; стойкость резцов из твердого сплава повышается с понижением содержания.кобальта.

Металлографические исследования показали, что хрупкому разрушению подвержены в первую очередь крупные зерна карбида вольфрама. Для подтверждения этой гипотезы был проведен специальный эксперимент, в котором участвовали твердые сплавы одинакового химического состава (Со - 10 vfC - 9С %), но имеющие средний размер зерна карбида вольфрама I; 2,5 и 3,5 мкм. Результаты опыта подтвердили данные металлографических исследований - с ростом размера зерна увеличивается износ контактных площадок резца.

Наивысшую стойкость показали резну из твердого сплава марок BPKI5, BKS0M и ШООМ.

Характер износа резцов из соерхтвердах' материалов ань- -логичен твердосплавному инструменту; износ происходит в основном по задней поверхности, радиус округления режущей кромки на этапе установившегося износа изменяется несущественно. Наилучшие результаты из исследовэшшх марок СИЛ показали резцы, оснащенные композитом Томал 10.

Резцы лз поликрисгаллического алмаза показали стойкость намного превосходящую все остальные материалы. На пути р-еза-ния 12000 м величина фаски износа по задней поверхности составляла не более 100 мкм, причем износ по передней и задней

поверхностям был практически одинаков.' В процессе резания происходил медленный, но постоянный рост радиуса округления от величины 40 мкм в начале периода установившегося износа до величины 45...50 мкм в концо его. Период приработки .составлял около 4000 м фактического пути резания.

Испытания резцов из 'керамических инструментальных материалов показали, что износ происходит преимущественно по задней поверхности, а радиус затупления остается практически неизменным. Необходимо отметить, что интенсивность изнашиванш материала очень высока и на пути резания 2000 м фаска износа но задней поверхности составляла около 400 мкм (Силинит Р) и 300 мкм (В0К75). Фактически для эл1х материалов характерно отсутствие выраженного периода приработки. Керамика, армированная нитевидными кристаллами ЭьС , показала наименьшую склонность к хрупкому разрушению, однако и она в условиях ударного воздействия крупных абразивных частиц имела невысокую стойкость. 1

Сравнение результатов стойкостных испытаний показало, что наивысшую износостойкость из всех.исследованных материалов имели резцы из поликристаллического алмаза СВБН. Резцы из СИ марки Томал 10 имели стойкость, 'превосходящую стойкость лучших марок твердого сплава ВРК15 и ВК60М. Керамические инструментальные материалы имели невысокую стойкость и не мо!7т быть рекомендованы для обрабртга ДСП фрезерованием.

. Исследования зависимостей параметра износа от режимных факторов позволили подучить следующие регрессионные уравнения для резцов из:

твердого сплава ВК8

А^ЧЗБ-О^^Шг^ОЛЭ^+О.МШф-Ь.Мг-^, (9) р = 17,08+ 3,32-Ф( - (Ю)

твердого сплава ВРК15

(II)

р = /*/,53*5,«Ц>-О.ЗЫ.? Г1?)

твердого сплава ВК60М

Д3 = 19,52-0,03V+0,82Sz+13,86L9+0,<5U4,-¿,3Si-Lq,, (Ш

j)~1bfi9*3,72L<p-0,i9 L%

- сверхтвердого материала Томал 10

Аз-.ЗД-О^У'О^гЧ^бЦ, , (15)

р - <3,23 - 0.36 L% (Ifi>

поликристаллического алмаза СВБН

Д5 = 13,28 +7,5Uq>-0,25L% , (17)

Р = 12,01 +¡i,ML<p -0,32¿£ (Ш

Анализ полученных экспериментальных результатов и зависимостей износа по задней поверхности А3 и радиуса округления режущей кромки р от исследуемых факторов показал, что закономерности процесса изнашивания всех исследуемых материалов имеют схожий характер.

Увеличение скорости резания У незначительно влияет на износ по задней поверхности А3 при малом значении фактического пути резания L<p . По мере увеличения пути резания и затупления резцов износ по задней поверхности несколько интенсифицируется при больших скоростях резания. Увеличение скорости резания практически не влияет на величину радиуса округления р,

.Уменьшение подачи на зуб?г незначительно увеличивает износ по задней поверхности, что несколько более заметно по мере затупления резца и увеличения пути резания. На величину радиуса округления р подача нд. зуб влияния практически на оказывает.

Увеличение пути резания приводит к монотонному росту износа резцов по задней поверхности. Радиус округления Р по мере увеличения пути резания на начальном этапе возрастает, а при больших значениях ¿<р проявляет тенденцию к стабилизации, которая более заметна для износостойких материалов.

Решение задачи оптимизации режима обработки ЦСП позволило получить следующие результаты.- Наименьшая себестоимость обработки достигается при использовании в качестве инструментального материала твердого сплава ВК60М. Применение сплавов ВК8 и BFKI5 приводит к некоторому повышению себестоимости обработки (I...I0 %). Использование же в качестве инструментального материала Томал 10 дает рост себестоимости по отношению к BKS0M на 5.-..30 %, а СНБН - на 20... 120 %.

Для всех исследуемых материалов с увеличением глубины фрезерования оптимальная частота вращения инструмента заметно убывает и стабилизируется на уровне, близком к нижней границе варьирования данного фактора. Заметна тенденция к стабилизации оптимальной частоты вращения у более твердых и износостойких материалов (Томал 10 и СББН). Очевидно, влияние скорости резания на износ резцов для них несущественно. Эта закономерность позволяет выделить твердый сплав марки BPKI5, для которого оптимальная частота вращения меняется в значительно меньшем диапазоне, чем для сплавов Ж8 и BKG0M.

Для твердого сплава BPKI5 без большого ущерба для стоимости обработки можно рекомендовать постоянную частоту вращения, близкую к оптимальной, а именно, 3000 мин"*. При этом управление режимом обработки существенно упрощается и сводится только к изменению скорости подачи.

Твердый сплав BPKI5 имеет величину оптимального пути резания в диапазоне 4,5...13,5 тыс.м., в зависимости от режима обработки, в то время, как ВК60М и ВК8, в более широком диапазоне от 1,5 до 13,5 тыс.м. Это позволяет избежать допол-. нителышх остановок оборудования, связанных с заменой инструмента.

Оценивая все аспекты выбора наиболее стойкого инструментального материала можно рекомендовать для фрезерования с толщиной срезаемого слоя до 5 мм твердый сплав ВРИ5 с частотой вращения инструмента 3000 мин"* (скорость резания около 25 м/с). Область применения твердых■сплавов ВК60М и ВК8 по сравнегош с BPKI5 несколько ужо. О практической точки зрения использование в качестве инструментальных материалов сверхтйордого материала марки Томал 10 и поликристал-личаского алмаза СВБН экономически нецелесообразно.

ШВОЯЦ

1. Процесс резания ЦСП состоит в деформировании и перерезании в различных сочетаниях структурных составляющих плиты: обычных и минерализованных древесных частиц, пористого цементного вяжущего с включениями минеральных частиц высокой твердости и структурных пустот.

2. В основе механизма изнашивания режущей кромки лежит ударно-абразивное изнашивание, вызванное ударным воздействием абразивных частиц высокой твердости. Скольжение по абразиву вызывает интенсивный износ задней поверхности .инструмента с образованием фаски износа.

3. Выявлена физическая сущность процессов, происходящих на контактных площадках инструмента. Износ резцов из твердого сплава происходит а результате механического диспергирования связки сплава цементным гелем и уноса зерен карбида вольфрама при пластической деформации кобальта. В СИЛ процесс разрушения-связки, происходящий под действием циклической нагрузки, вызывает вырывание из нее зерен кубического нитрида бора. Однако, в отличие от твердых сплавов СШ имеют более стойкую к истиранию связку, но обладавдую большей хрупкостью. Следствием этого является склонность к хрупкому разрушению режущей части инструмента в условиях действия динамических нагрузок.

4. Прочность резцов из поликристаллических алмазов достаточно высока, так как алмазные зерна имеют прочные связи

на межфазных границах, которые препятствуют вырыванию отдельных частиц, поэтому износ режущей кромки происходит преимущественно вследствие механического диспергирования алмазных зерен.

5. Потеря работоспособности инструмента из керамических материалов наступает в результате выкрашивания и сколов режущей кромки инструмента по причине недостаточной вязкости разрушения этого материала. Интенсивность износа контактных поверхностей инструмента выше по сравнению с резцам:!, оснащенными твердым сплавом. Высокие теплофизические свойства материала оказались нереализованными в условиях фрезерования ЦСП.

6. Картина износа резцов из различных марок твердого сплава идентична: после периода интенсивного износа (около 1000 м фактического пути резания) наступает период установившегося износа, в течение которого износ происходит преимущественно по задней поверхности!резца. Радиус округления режущей кромки имеет слабую тенденцию к увеличению. Стойкость резцов повышается о понижением содержания кобальта и уменьшением среднего размера зерна карбида вольфрама. Наивысшую • стойкость показал твердый сплав марой ВРК15, БК60М и ВК100М. Характер износа резцов из СИЛ аналогичен характеру износа резцов из твердосплавного материала. Наивысшую износостойкость имел СТМ марки Томал 10. Износ резцов из поликристаллического алмаза происходит по передней и задней поверхностям почти с одинаковой интенсивностью.

7. Сравнительные стойкостше испыташш инструментальных материалов показали, что наивысшую износостойкость имели резцы из поликристаллического алмаза СВБН. Высокая стоимость и трудность, подготовки этих инструментов к работе не позволяют рекомендовать их для широкого внедрения. Резцы из СТМ превосходят по стойкости твердые сплавы марок ВРК15 и ВК60М, но имеют склонность к хрупкому разрушению. Керамические инструментальные материалы имеют невысокую стойкость и не могут быть рекомендованы в качестве инструмента для обработки ДСП фрезерованием.

8. Увеличение скорости резания в диапазоне 15...35 м/с или уменьшение подачи на резец до 1,5 мм незначительно интенсифицируют износ резцов по задней поверхности при малом значении пути резания. По море затупления резцов интенсивность износа возрастает. Изменение скорости резания и подачи на резец практически не влияет на величину радиуса округления режущей кромки.

9. Расчет долевой функции оптимизации показал, что наименьшая себестоимость обработки достигается при использовании в качестве инструментального материала- твердого сплава ВК60М. Применение' твердых сплавов ВК8 и ВРК15 приводят к небольшому повышению себестоимости обработки (1...10 %). Использование сверхтвердого материала марш: Томал 10 вызывает • новышоние себестоимости обработки по отношению к твордому сплаву БК60М на 5...30 %, а СВБН - 20...120 %.

Ю.Сформулированы требования,предъявляема к инструментальному материалу и обеспечивайте необходимую стойкость и надежность работы инструмента при фрезеровании ЦСП.

II. Получены уравнения регрессии, позволяющие выбрать оптимальный путь резания для любого сочетания параметров обработки и режима фрезерования или оптимальные режимы для заданного пути резания.

Основные положения диссертации с достаточной полнотой изложены в следующих статьях:

1. Абразумов B.D. Перспективные материалы для режущего инструмента. //Научн. тр./Моск.лесотехн.институт.-1990.-Вып.228-с.64 - 66.

2. Абразумов В.В. Режущие свойства твердого сплава с кобальторениевой связкой. //Научн.тр.Д1оск. лесотехн. ин-т .-1991.-Вып.243-с.79-02.

3. Амалицкий В.В., Абразумов В.В., Квачадзо Т.Д. Исследование режущих свойств керамики при фрезеровании ЦСП. //Научн.тр./Моск.лесотехн.ин-т.-1991.-Вып.23б-с.5-10.

4. Абразумов В.В., Амалицкий Вит.В.Исследование режугах свойств поликристаллических сверхтвердных материалов при фрезеровании ЦСП. //Паучн.тр./Моск.лесотехн.ин-т.-1992,-

Внп. 2^0-с .117-124.

5. Абразумов В.В. О механизме изнашивания твердых сплавов при фрезеропании ЦСП.//Научн.тр./Моск.лесотехн.ин-т.-1992-Вып.251-с.67-72.

6. Абразумов В.В., Сапронова З.Н. Исследование режущих свойств сплавов, легированных рением,при фрезеровании ЦСП. //Hayчн. тр. ЛЛоск. лесоте хн. ин-т^-1992. -Зып. 251-с. C8-G2.