автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Повышение износостойкости дисковых пил для обработки некоторых композиционных древесных материалов

Г,

V; 11

На правах рукописи

~ „ л р '

п и

ШУЛЕНИНА Татьяна Ивановна

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДИСКОВЫХ ПИЛ ДЛЯ ОБРАБОТКИ НЕКОТОРЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

05.02.04 - Трение и износ в машинах

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Брянск - 1997

Работа выполнена в Брянской Государственной инженерно-технологической

академии

Научный руководитель: доктор технических наук, '

профессор ПАМФИЛОВ Е.А.

Научный консультант: кандидат технических наук,

доцент БУГЛАЕВ A.M.

Официальные оппонентны: доктор технических наук,

профессор БУШЕ H.A.

кандидат технических наук, доцент ГОРЛЕНКО А.О.

Ведущее предприятие: АО "БРЯНСКМЕБЕЛЬ".

Защита состоится " 30 " сентября 1997 года в " 14.00 " на заседании диссертационного Совета Д 063.28.01 Брянского Государственного технического университета по адресу: 241035, г.Брянск, бульвар им. 50-летия Октября, 7, БГТУ, ауд.220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского Государственного технического университета.

Автореферат разослан "yff' Q& 1997 года

Ученый секретарь диссертационного Совета доктор технических наук,

профессор I/|Г ^ В.П.ТИХОМИРОВ

кЛ-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В настоящее время в мебельной промышленности и стройиндустрии широко используются композиционные древес ные материалы. Достоинством таких материалов является то, что основой для их производства служат отходы лесозаготовок, лесопиления, фанерного производства и пр., а также продукты переработки неделовой древесины, при условии получения высококачественной конечной продукции.

При многих положительных свойствах эти материалы обладают существенным недостатком - сложной обрабатываемостью резанием, вследствие чего для их эффективной обработки преимущественно используются инструменты с твердосплавными режущими элементами. Однако и их стойкость не в полной мере отвечает требованиям промышленности.

В то же время результаты ранее выполненных исследований не дают возможности установить благоприятный уровень показателей качества рабочих поверхностей инструментов, обеспечивающих повышение их износостойкости, поэтому важным вопросом является изыскание эффективных путей увеличения стойкости твердосплавных дереворежущих элементов.

Анализ возможности повышения срока службы деревообрабатывающих инструментов показывает, что существенный эффект может достигаться за счет использования поверхностной упрочняющей обработки. Наиболее перспективной является лазерная обработка, позволяющая концентрировать энергию в требуемой зоне и локально изменять характеристики поверхностных слоев для достижения благоприятной совокупности свойств и оптимальной структуры. При этом можно полагать, что управляя режимами лазерного упрочнения и используя новые схемы обработки, можно достигнуть такого сочетания параметров шероховатости, микротвердости, остаточного напряженного состояния и др., при которых будет обеспечено существенное повышение износостойкости инструментов.

Однако закономерности влияния режимов и условий выполнения лазерной упрочняющей обработки на износостойкость рабочих поверхностей твердосплавного инструмента исследованы недостаточно .• Поэтому проведение исследований по изысканию наиболее благоприятных инструментальных материалов, условий и режимов выполнения их лазерной упрочняющей обработки с последующем внедрением полученных результатов в промышленность, является актуальным.

Исследования по данному направлению выполнялись в соответствие с планом научно-исследовательских работ Государственного комитета СССР по науке и технике на 1986-1990 гг. (постановление №422 от 17.09.1986 г), а также в соответствии с запросами ряда деревообрабатывающих предприятий.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Повышение работоспособности дисковых пил с твердосплавными режущими элементами путем создания поверхностных слоев, обладающих комплексом свойств, обеспечивающих повышенную износостойкость за счет более эффективно-

го использования лазерной упрочняющей обработки и выработка производственных рекомендаций по выполнению лазерного упрочнения с последующим внедрением их в промышленность.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. в' проведенных исследованиях использованы основные положения теории резания древесины и материалов на ее основе, материаловедения, триботехники, теории вероятности и математической статистики. Для определения свойств поверхностных слоев материалов использованы металлографический, профилографический и микроскопические методы анализа.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ:

-уточнены основные виды и зоны изнашивания рабочих поверхностей твердосплавных режущих элементов пил;

- установлены требования к характеристикам поверхностных слоев рабочих элементов дисковых пил, опеспечивающие их повышенную износостойкость;

-предложены и обоснованы более эффективные схемы лазерной упрочняющей обработки, позволяющие обеспечить формирование благоприятного уровня характеристик качества поверхностных слоев за счет лазерного воздействия на поверхности с переменной отражательной способностью по зонам с различными условиями фрикционного взаимодействия в процессе изнашивания;

-разработаны технологические основы и установлены закономерности формирования регулярных микрорельефов на рабочих поверхностях образцов при лазерной обработке.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Разработаны производственные рекомендации 'по повышению износостойкости дисковых пил с твердосплавными пластинками для обработки некоторых композиционных древесных материалов, заключающиеся в воздействии лазерного луча на поверхности с различной отражательной способностью и формировании на рабочих поверхностях режущего клина различных уровней свойств и регулярных микрорельефов; обеспечено внедрение выработанных рекомендаций в производство в результате чего достигнуто повышение износостойкости рассматриваемых инструментов в 1,3-1,5 раза.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

-Международных научно-технических конференциях

"Износостойкость машин" г.Брянск, 1994 г., 1996 г.; "Современные проблемы машиностроения и технический прогресс" г.Севастополь, 1996 г.;

-Всесоюзных научно-технических конференциях "Роль молодых ученых и специалистов в повышении эффективности использования древесины и ее отходов в народном хозяйстве", г.Архангельск, 1986 г.; "износостойкость машин" г.Брянск, 1991 г.;

-Научно-технических конференциях "Прогрессивные технологии - основа качества и производительности обработки изделий" г.Нижний Новгород, 1991 г., 1995' г.;

-Республиканской научно-технической конференции

"Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин", г.Курган, 199i г.;

-Научно-технических конференциях "Вклад ученых и специалистов в национальную экономику", г.Брянск, 1995 г, 1996 г.; "Прогрессивные технологии - основа качества и производительности обработки изделий" г.Нижний Новгород, 1995 г;

-Школе передового опыта "Прогрессивные методы изготовления и подготовки дереворежущего инструмента" г.Ивано-Франковск, 1990 г.;

-Областной научно-технической конференции

"Материаловедческие проблемы в машиностроении" г.Брянск, 1997 г.

По теме диссертации опубликовано 13 работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти основных разделов, общих выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 132 наименования и приложения (материалы внедрения). Работа изложена на 184 страницах машинописного текста, содержит 4 3 рисунка, 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ включает обоснование актуальности работы, ее цель, характеризует научную новизну и практическую ценность .

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ рассмотрены свойства обрабатываемых материалов, выполнен анализ условий эксплуатации и закономерностей изнашивания дереворежущих инструментов. Показано, что основными факторами, оказывающими влияние на изнашивание режущих элементов инструмента являются: характер приложения нагрузки; силы и напряжения, действующие в режущей части; скорость резания; температурный режим работы; хими-' ческое воздействие обрабатываемых материалов при резании и др.

Анализ работ Буше Н.А.,Грубе Э.В.,Воскресенского С.А., Колева И.Н., Моисеева A.B., Остафьева В.А., Памфилова Е.А., Рыжова Э.В., Суслова А.Г., Ящерицына П. И. и др. показал, что изнашивание в рассматриваемых условиях представляет сложный процесс, интенсивность и закономерности протекания которого определяются, наряду с характером взаимодействия, .комплексом характеристик и структурой поверхностного слоя режущих элементов. При этом отмечается, что влияние многих факторов на износостойкость режущих элементов сложно и неоднозначно. Во многих случаях на износостойкость поверхностей существенное влияние оказывают условия их формирования и упрочнения. Существенный эффект в повышении износостой- .

кости может быть достигнут за счет поверхностной упрочняющей обработки.

Большими возможностями в этом плане обладают методы обработки концентрированными потоками энергии, в частности, лазерное' упрочнение.

По данным работ Горленко O.A., Григорьянца А.Г., Коваленко B.C., Памфилова Е.А., Филимоненко В.Н. и др. лазерное упрочнение с успехом можно применять для обработки поверхностей с различными исходными характеристиками, в местах, недоступных или труднодоступных для других методов обработки, концентрируя энергию в требуемой зоне и локально изменяя характеристики поверхностных слоев.

Кроме того, лазерная упрочняющая обработка может служить базой для создания новых способов повышения износостойкости инструментов. Используя такие способы и управляя режимами лазерного воздействия можно достигнуть благоприятного сочетания параметров шероховатости, микротвердости, остаточного напряженного состояния и пр., при которых будет обеспечено повышение стойкости режущих элементов инструмента .

В то же время в литературе не имеется сведений о многофакторной связи режимов лазерной обработки различных материалов с комплексом формируемых в процессе ее выполнения физико-химических и геометрических характеристик поверхностных слоев, определяющих износостойкость дереворежущего инструмента. Поэтому для решения проблемы повышения износостойкости твердосплавного инструмента для обработки некоторых композиционных материалов на основе древесины, в работе ставился ряд задач, основными из которых являлись следующие :

-уточнить основные виды и зоны изнашивания твердосплавных режущих элементов пил для обработки некоторых композиционных материалов на основе древесины, установить параметры пове'рхностных слоев, управляя которыми можно повысить износостойкость инструмента;

-теоретически обосновать и разработать более эффективные способы упрочняющей обработки, позволяющие обеспечить формирование благоприятного уровня физико-механических и микрометрических характеристик поверхностных слоев по зонам с различными условиями фрикционного взаимодействия в процессе изнашивания;

-разработать методику экспериментальных исследований влияния условий и режимов лазерного воздействия на износостойкость режущих кромок и прилегающих к ним поверхностей режущих элементов;

-провести экспериментальные исследования' влияния режимов лазерного упрочнения на характеристики поверхностных слоев и их износостойкость;

-выработать рекомендации по выбору условий и режимов лазерной упрочняющей обработки дисковых пил с пластинками

твердого сплава для обработки некоторых композиционных древесных материалов;

-провести производственные испытания экспериментальных инструментов и внедрить в. производство выработанные рекомендации.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ рассмотрены теоретические аспекты механизма изнашивания инструмента для обработки некоторых композиционных древесных материалов и обоснованы возможности повышения износостойкости.

В результате анализа условий эксплуатации и механизма изнашивания дисковых пил уточнены закономерности изнашивания твердосплавных рабочих элементов инструмента, определены основные виды и зоны изнашивания, разработана расчетная модель изнашивания, согласно которой механизм изнашивания инструмента представляет собой сочетание двух механизмов: выкрашивание режущих кромок- и постепенное изнашивание поверхностей их образующих. При этом,в зависимости от условий эксплуатации инструмента, свойств обрабатываемого и инструментального материалов, а также от характеристик рабочих поверхностей, соотношение их колеблется в широком диапазоне на протяжении периода стойкости.

При разработке расчетной модели изнашивания предполагалось, что износ режущей части инструмента складывается из суммы частных его величин: износа режущей кромки выкрашиванием; постепенного износа режущей кромки; износа задней и передней поверхностей. Причем износу выкрашиванием преимущественно подвергается режущая кромка, а задняя, передняя и боковые поверхности зуба являются зонами постепенного износа .

Для того, чтобы иметь более полное представление об особенностях механизма изнашивания были проанализированы механизм изнашивания режущей кромки инструмента выкрашиванием и механизм постепенного изнашивания рабочей части. Установлено, что изнашивание выкрашиванием в значительной степени осуществляется в результате развития до некоторого предельного состояния микротрещин, которые уже имелись, перед началом эксплуатации инструмента или же были образованы в процессе работы. Поэтому при выполнение упрочняющей обработки режущих элементов инструмента необходимо стремиться к созданию условий, обеспечивающих сдерживание роста трещин за счет увеличения коэффициента интенсивности напряжений материала в зоне кромки.

В связи с этим были получены оценочные модели износа режущей кромки путем микровыкрашивания.. Расчеты строились с учетом того, что в прикромочной зоне имеется некоторое количество исходных микротрещин, которые в дальнейшем интенсифицируют процесс изнашивания.

При постепенном изнашивании значительную роль играет абразивное воздействие связующих ДСтП и ЦСП, причем изнашивающее действие оказывают как частицы закрепленного абразива на поверхности среза изнашивающего материала, так и сво-

бодные частицы, образовавшиеся в результате деструкции обрабатываемого материала. При этом изнашивание режущих элементов инструмента развивается в результате динамического внедрения зерен абразива в поверхность и относительного проскальзывания частиц абразива по поверхности. В данном случае более вероятны•процессы, связанные с усталостным механизмом изнашивания поверхностей.

По мере затупления инструмента, отмечается увеличение высотных параметров шероховатости обрабатываемой поверхности, что приводит к возрастанию контактных давлений, температуры в зоне резания, увеличению на поверхности контакта количества свободных абразивных частиц.

Принимая во внимание вышеуказанное, износ режущей части инструмента можно представить в следующем виде:

И = 2Ы(Ю-АЬ(Ю , (I)

где R - объемный радиус абразивной частицы, находящейся в зоне контакта режущий элемент - обрабатываемый материал;

N(R) - число частиц, с условным радиусом;

й h(R) - линейный износ, производимый единичной частицей.

На основе преобразования данной формулы, линейный износ, производимый частицей на площади изнашиваемой поверхности Аа к моменту ее дробления определяется:

(2)

где - условное напряжение разрушению частицы;

сРь - относительное удлинение материала при разрыве. Если считать, что большинство частиц составляет величину, равную ±3 6" , то согласно нормальному закону распределения объемный износ режущих элементов можно предста-

вить в виде:

ИпЙу

bW(lf, - f,)

-о-о) ""■к

I

c/nWX

(3)

Полученная зависимость может служить для оценки величины изнашивания и позволяет выделить параметры состояния поверхности, воздействуя на которые, можно повысить износостойкость .

В работе также установлено, что возможность протекания химического изнашивания инструмента при обработке резанием материалов на основе древесины обусловлена наличием в их составе химических соединений, которые обладают определенной активностью по отношению к материалу инструмента. Роль

химических реакций при обработке ДСтП.проявляется в большей степени, т.к. в их состав входят весьма активные резольные формальдегидные смолы.

Существенное влияние на изнашивание режущей части инструмента оказывает насыщение поверхностных слоев инструментального материала водородом, который образуется за счет действия ионов водорода, выделяющегося при катодной поляризации или диссоциации газообразного водорода в условиях высоких температур и давлений в зоне резания.

Таким образом, на основании вышеизложенного, при реализации механизма постепенного изнашивания, износостойкость рабочей части инструмента определяется следующими факторами :

-условиями фрикционного взаимодействия при резании;

-микрогеометрией поверхностей и характеристиками контакта;

-наличием абразива в зоне пропила;

-сопротивляемостью химическому и электрохимическому действию инструментальных материалов в процессе обработки;

-механическими и химическими свойствами инструментальных материалов.

Исходя из вышеизложенного, в работе были намечены пути повышения износостойкости режущих элементов круглых пил и предложены методы лазерной обработки рабочих поверхностей, заключающиеся в следующем.

Учитывая, что изнашивание режущих элементов инструмента протекает по разным механизмам, лазерное упрочнение следует осуществлять исходя из конкретных условий фрикционного взаимодействия локальных участков режущей части с обрабатываемым материалом. Исходя из этого в работе были выработаны требования к изнашиваемым зонам инструментов (рис.1) и предложены схемы упрочняющей обработки, заключающейся в формировании благоприятного уровня физико-механических и микрогеометрических характеристик в области режущей кромки и поверхностей ее образующих, а на некотором удалении от нее создание регулярных микрорельефов за счет лазерного воздействия на поверхности с переменной отражательной способностью.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ изложены основные методические положения экспериментальных исследований;

представлен анализ состава и основные физико-механические свойства исследуемых твердых сплавов; приведены результаты их металлографических исследований;

- разработана методика испытаний на изнашивание, включающая в себя испытания в условиях приложения постоянных нагрузок; в условиях удара с последующим проскальзыванием; резанием композиционных древесных материалов (ДСтП и ЦСП) экспериментальными образцами пил;

- разработана методика упрочняющей обработки рабочей части инструмента, включающая методику упрочнения прикромоч

ной зоны режущего элемента и рабочих поверхностей с созданием на некотором удалении от кромки регулярных микрорельефов за счет лазерного воздействия на поверхности, имеющие различную отражательную способность;

- разработана методика исследования характеристик качества твердосплавных рабочих элементов;

- разработана методика оценки величины износа образцов.-

минимальная формирование

Рис.1 Основные требования и схема лазерной упрочняющей обработки режущих элементов

Микроструктурные исследования поверхностей изнашивания проводились на металлографическом микроскопе МИМ-8, а также на стереоскопическом микроскопе МБС10.

Отражательная способность поверхности твердых сплавов измерялась на экспериментальной установке, разработанной в БГИТА.

Параметры шероховатости определялись на профилографе-профилометре модели 205, микротвердость на микротвердомере ПМТ-3.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА содержит результаты экспериментальных исследований влияния режимов и условий выполнения лазерной упрочняющей обработки на износостойкость рассматриваемых твердых сплавов.

В результате исследований изнашивания твердосплавных образцов в условиях приложения постоянных нагрузок и в условиях удара с последующем проскальзыванием установлено, что в обоих случаях интенсивность изнашивания образцов возрастает с увеличением содержания кобальта в сплаве и размера зерен карбидной фазы.

При испытаниях экспериментальных пил в условиях резания установлено, что количество отрывов твердосплавных пластин, выкрашиваний и сколов режущей кромки снижается с увеличением содержания кобальта в сплаве и размера зерен карбидной

фазы. В то же время величина затупления.режущих кромок возрастает.

Таким образом, для повышения работоспособности исследуемых инструментов с одной стороны для уменьшения количества отрывов и сколов твердосплавных пластин необходимо стремиться к использованию твердых сплавов с повышенным содержанием кобальта и размером зерен карбидной фазы, а с другой - для повышения износостойкости режущих кромок следует уменьшать как один параметр, так и другой. Это может быть достигнуто за счет использования режущих элементов, имеющих повышенную износостойкость в зонах фрикционного взаимодействия, т.е. в области кромки и поверхностей ее образующих, а в объеме самого инструментального материала обеспечения характеристик, позволяющих создать высокую адгезию при пайке и повышенную сопротивляемость сколам. Однако получение твердосплавных пластинок, обладающих переменным уровнем свойств в общем объеме и на поверхности весьма затруднительно. Поэтому проводились исследования -возможности поверхностного упрочнения перспективных марок твердых сплавов.

Упрочняющая обработка проводилась по предлагаемой в работе схеме с воздействием луча на поверхности, обладающие переменной отражательной способностью по зонам с различными условиями фрикционного взаимодействия.

Учитывая, что отражательная способность поверхности в значительной степени определяется ее шероховатостью, в работе были выполнены исследования влияния шероховатости поверхности на коэффициент ее отражения.

В результате исследований установлено, что при лазерном воздействии на поверхности формируется особый характер микрорельефа, отличающийся образованием своего рода возвышений в зоне действия луча. Причем, с увеличением шероховатости поверхностей высота следа лазерного воздействия увеличивается. С увеличением содержания кобальта в сплаве при одинаковом коэффициенте отражения поверхности увеличение плотности энергии ведет к возрастанию высоты следа лазерного воздействия. Максимальная высота следа лазерного воздействия достигается при обработке поверхностей с коэффициентом отражения И = 20 %.

Однако обеспечивающая такую степень отражения шероховатость (Яа > 1,55 мкм) поверхности является неприемлемой для изготовления режущих элементов инструмента.

Поэтому для дальнейших исследований были выбраны поверхности, обладающие высотными параметрами шероховатости, соответствующими благоприятным условиям контактного взаимодействия при резании композиционных материалов40мкм).

С целью обеспечения должной степени упрочнения в зонах преобладающего изнашивания, выполнялось искусственное снижение отражательной способности исследуемых поверхностей путем нанесения красящих покрытий (типографская краска ТУ № 29-02-771-92 марки 2111-011) с 65 до 20 %.

Экспериментальные исследования влияния красящих покрытий на отражательную способность и увеличение высоты следа лазерного воздействия при лазерной обработке, позволили заключить, что при обработке поверхностей с искусственным изменением отражательной способности расширяется возможность варьирования режимами упрочнения.

Установлено, что при воздействии лазерного излучения на поверхности с переменным уровнем .отражательной способности по зонам с различными условиями фрикционного взаимодействия, согласно предложенной схеме, наблюдается увеличение микротвердости обрабатываемых поверхностей (рис.2). Причем возрастание микротвердости в результате лазерного воздействия по отношению к исходной микротвердости сплавов наблюдается, при увеличении содержания кобальта в сплаве.

Увеличение микротвердости поверхностных слоев после воздействия луча лазера .является следствием роста дисперсности материала и упрочнения кобальтовой связки. Причем, увеличение микротвердости на участках поверхности, подвергнутых чернению краской по сравнению с незачерненными участками, находится в следующем соотношении: ВК6 - 16,50/15,95 ГПа; ВК10 - 15,54/15,17 ГПа; BK15 - 15,60/15,48 ГПа (числитель - участки_ поверхности, подвергнутые чернению; знаменатель - незачерненные участки).

При исследованиях изнашивания упрочненного инструмента сравнение работоспособности проводилось по величине затупления режущей кромки по окончании времени испытаний.

Анализ полученных результатов позволил заключить, что сопротивляемость изнашиванию инструментов, упрочненных по предлагаемой в работе схеме лазерного воздействия, увеличивается по сравнению с обработкой по традиционной схеме (рис.3).

Таким образом, на основании проведенных экспериментов, и полученных данных о работоспособности твердосплавного инструмента, упрочненного по предложенному в работе методу лазерной упрочняющей обработки с формированием на рабочих поверхностях и в области режущей кромки благоприятного уровня физико-механических и микрогеометричсеских характеристик, установлено увеличение износостойкости инструмента на 4 0-4 5 % за счет снижения количества микровыкрашиваний и уменьшения интенсивности затупления режущей кромки. Это обеспечивает более продолжительную работу инструмента между переточками и увеличивает срок службы до полного .износа рабочей части.

ГЛа

15 5 »

14,5 13,5 12,5 11,5

ТП R

' 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 3,0 fy , Дэ^мм1

РИС.2 Графики зависимости микротвердости поверхностного слоя твердых сплавов с различным содержанием кобальта от плотности подводимой энергии: 1 - ВКб; 2- ВК10; 3 - ВК15

9*

мкм 220

180 140 100 60

90 120 150 180 210 i , мин

Рис.3 Зависимости величины затупления режущей кромки элементов из исследуемых марок твердых сплавов от времени работы инструмента: 1 - сплав ВК10; 2 - сплав ВК15; О, О -неупрочненные режущие элементы; • , ■ - элементы, упрочненные по традиционной схеме лазерного воздействия; С , И элементы, упрочненные по предлагаемой схеме воздействия

ПЯТАЯ ГЛАВА посвящена вопросам практической реализации результатов исследований работоспособности инструмента, упрочненного по предлагаемому в работе методу повышения износостойкости, содержит результаты производственных испытаний твердосплавного инструмента и результаты внедрения технологий лазерной обработки в промышленность с получением экономического эффекта 1,5 млн.рублей (в ценах, 1994 года).

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1 В результате литературного обзора и предварительных исследований установлено, что при обработке древесностружечных и цементостужечных плит затупление инструмента происходит за счет выкрашивания режущих кромок в начальный период изнашивания и преимущественного постепенного изнашивания после приработки. Одновременно показана возможность повышения работоспособности круглых пил с твердосплавными пластинками в качестве режущих элементов за счет создания на их рабочих поверхностях благоприятного уровня физико-механических и микрогеометрических характеристик поверхностного слоя.

2 Определены основные зоны изнашивания твердосплавного инструмента и установлено, что износ режущих элементов может быть представлен как сумма частных его величин: износ режущей кромки, износ передней и задней рабочих поверхностей. Износ режущей кромки складывается из износа выкрашиванием и постепенного износа, а передняя, задняя главные поверхности и радиусная часть зуба - зоны постепенного изнашивания .

3 Установлено, что для снижения интенсивности изнашивания необходимо обеспечить повышение микротвердости в при-кромочной зоне, разность степени упрочнения прикромочных зон и рабочих поверхностей с созданием повышенной ударной вязкости микрообъемов инструментального материала в области режущей кромки, а на некотором удалении от нее - формирование поверхности с регулярными микрорельефами, обеспечивающими снижение интенсивности постепенного изнашивания рабочих поверхностей инструмента.

4 Предложены способы и схемы лазерной упрочняющей обработки, заключающиеся в формировании благоприятного уровня физико-механических и микрогеометрических характеристик в области режущей кромки и поверхностей ее образующих, а на некотором удалении от кромки регулярных микрорельефов за счет лазерного воздействия на поверхность с переменной отражательной способностью.

5 Разработаны схемы испытаний на изнашивание: при постоянном нагружении; в условиях удара с последующим проскальзыванием; в условиях резания композиционных материалов.

6 Установлено, что при испытаниях в условиях приложения постоянных нагрузок и ударе с последующим проскальзыванием наибольшей износостойкостью обладают сплавы с содержанием

кобальта 6 % и размером зерен карбидной фазы 1,2 мкм. При испытаниях в условиях резания композиционных древесных материалов наибольшую'работоспособность с точки зрения минимизации отрывов пластин, сколов и выкрашивания режущих кромок, показали сплавы с содержанием кобальта 15 % и размером зерен карбидной фазы 2,4 мкм.

7 Экспериментально установлено, что на исследуемых поверхностях в результате лазерного воздействия формируется особый характер микрорельефа, отличающийся возвышениями в зоне действия луча. Поверхности твердосплавных образцов с коэффициентом отражения Я = 20 % являются наиболее благоприятными для формируемых характеристик, однако соответствующая им шероховатость (Я > 1,55 мкм) не приемлема для эксплуатации инструмента, что обусловливает целесообразность искусственного снижения отражательной способности нанесением красящих покрытий.

8 Работоспособность круглых пил, упрочненных по предлагаемой в работе схеме лазерного воздействия по показателю износостойкости режущих кромок выше на 35-40 % по сравнению с серийно выпускаемым инструментом.

9 На основании экспериментальных данных рекомендовано использовать инструмент, оснащенный режущими элементами из сплавов с содержанием кобальта 10-15 % и размером зерен карбидной фазы 2,4 мкм, а также выполнять лазерное воздействие по схеме с обеспечением защиты режущей кромки и упрочнением рабочих поверхностей, имеющих переменный уровень отражательной способности при условии создания на некотором удалении от режущей кромки регулярных микрорельефов. При этом рекомендованы следующие режимы лазерного воздействия: с!п = 3 мм, кп = 0,6; q = 1,8-3,4 Дж/мм2.

10 Внедрение результатов работы в производство позволило получить экономический эффект около 1,5 млн.рублей (в ценах 1994 года).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:.

1 Памфилов Е.А., Шуленина Т.И. Повышение стойкости дереворежущего инструмента методами лазерной обработки. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Роль молодых ученых и специалистов' в повышении эффективности использования древесины и ее отходов в народном хозяйстве".-Архангельск, 1986.-с.57-58.

2 Буглаев A.M., Шуленина Т..И. Повышение износостойкости твердосплавного дереворежущего инструмента. Тезисы школы передового опыта "Прогрессивные методы изготовления и под-

готовки дереворежущего инструмента".-Ивано — Франковск, 1990.-с.

3 Шуленина Т.И. Повышение работоспособности твердосплавного инструмента на основе лазерной обработки. Тезисы докладов ' Всесоюзной научно-технической конференции "Износостойкость машин", 4.2, Брянск, 1991.-с.45.

4 Северин В.Д., Шуленина Т.И. Технологическое обеспечение повышения износостойкости деталей машин и инструмента лазерной обработкой. Тезисы доклада Республиканской научно-технической конференции "Совершенствование .технологических процессов изготовления деталей машин".-Курган, 1991.-с.34-35.

5 Северин В.Д., Шуленина Т.И. Повышение стойкости деталей машин и инструмента концентрированными потоками энергии. Тезисы доклада Всесоюзной научно-технической конференции. -Нижний Новгород, 1991.-с.

6 Шуленина Т.И. Лазерная обработка - как способ повышения износостойкости деревообрабатывающего твердосплавного инструмента. Тезисы доклада Международной научно-технической конференции "Износостойкость машин", Ч.З, Брянск, 1994.-с.57.

7 Шуленина Т.И., Памфилов Е.А. Лазерное упрочнение твердосплавного инструмента для обработки материалов на основе древесины. Тезисы доклада Международной научно-технической конференции "Износостойкость машин", Ч.З, Брянск, 1994.-с.70-71.

8 Шуленина Т.И., Буглаев A.M. Исследование стойкости пил с твердосплавными пластинками в производственных условиях. Тезисы доклада научно-технической конференции "Вклад ученых и специалистов в национальную экономику", Брянск, 1995.-с.93-94.

9 Шуленина Т.И. Влияние режимов лазерной обработки на качество рабочих поверхностей твердосплавного инструмента для обработки материалов на основе древесины. Тезисы докладов научно-технической конференции "Прогрессивные технологии - основа качества и производительности обработки изделий". -Нижний Новгород, 1995.-с.

10 Памфилов Е.А., Пыриков П.Г., Буглаев A.M., Шуленина Т. И. Повышение стойкости дереворежущих инструментов электрофизическими методами упрочнения. Тезисы докладов научно-технической конференции "Вклад ученых и специалистов в национальную экономику", Брянск, 1996.-с.61-62.

11 Памфилов Е.А., Пыриков П.Г., Шуленина Т.И. Некоторые пути повышения износостойкости инструмента для обработки неметаллических материалов. Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Современные проблемы машиностроения и технологический прогресс",- Севастополь, 1996.-с.

12 Шуленина Т.И. Влияние режимов лазерной обработки на износостойкость инструмента для обработки материалов на основе древесины. Тезисы докладов Международной научно-

технической конференции "Износостойкость машин".- Брянск,

1996.-с.91-92.

13 Шуленина Т. И.', Памфилов Е.А.;, Буглаев A.M. Влияние режимов лазерного упрочнения на качество твердосплавных поверхностей с различной отражательной способностью. Тезисы областной научно-технической конференции

"Материаловедческие проблемы в машиностроении".-Брянск,

1997.-с.31