автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Повышение износостойкости и прочности твердосплавного режущего инструмента для обработки древесных материалов фрезерованием

r>

Vio

'i 3

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 674.055: [621.9.025.7+621.791.367J

КЛУБКОВ АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И ПРОЧНОСТИ ТВЕРДОСПЛАВНОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ ФРЕЗЕРОВАНИЕМ

Специальность 05.21.05 "Технология и оборудование деревообрабатывающих производств, древесиноведение"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

МИНСК -1997

Работа выполнена в Белорусском государственном технологическом университете.

Научный руководитель- кандидат технических наук, доцент Макаревич С.С.

Официальные оплоненты: действительный член Российской Академии естественных наук, заслуженный де тель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Амалицкий В.В.

кандидат технических наук, доцент Завойских Г.И. Оппонирующая организация-Институт надёжности машин

HAH Беларуси

Защита состоится января 1998 г. в /^час. на заседании

совета по защите диссертаций Д.02.08.06 в Белорусском государственном технологическом университете по адресу: Республика Беларусь, 220630, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, БГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного технологического университета.

Автореферат разослан " 3 " декабря 1997 г.

Учёный секретарь совета по защите диссертаций, кандидат технических наук

С.П.Мохо

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рост объёма производства и производительное! и труда неразрывно ;вязан с развитием новой техники. Создание новых высокопроизводительных деревообрабатывающих станков, автоматических и поточных линий, а также непрерывный рост объёма применения труднообрабатываемых древесных материалов предъявляют повышенные требования к качеству твердосплавного инструмента. Дальнейшее повышение эксплуатационной прочности и износостойкости твердосплавного инструмента невозможно без научного подхода к технологии его изготовления, обоснованного выбора материала и конструкции корпуса. Отсутствие обоснованной теории, объясняющей процесс развития остаточных напряжений и деформаций в паяном инструменте на основании физико-механических свойств твёрдых сплавов и стали, не позволяет развивать работы по совершенствованию твёрдосплавного инструмента,что делает тему работы актуальной.

Связь работы с крупными научными программами.Исследования 'выполнены в соответствии с планами НИР Белорусского государственного технологического университета в рамках Республиканской научно-технической программы "Инструмент".

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является повышение износостойкости и прочности твёрдосплавного дереворежущего фрезерного инструмента. Задачи исследований:

-разработать теоретический метод для определения остаточных напряжений и деформаций в паяном твердосплавном инструменте;

-исследовать влияние геометрических параметров поперечного сечения и марки стали для корпуса фрезерного ножа на величину остаточных напряжении и прогиба;

-провести экспериментальные исследования влияния величины остаточных гаяльных напряжений на износостойкость дереворежущих твёрдосплавных ножей на этапе их приработки;

-создать конструкцию твёрдосплавного ножа с рациональными геометрическими параметрами поперечного сечения;

-разработать метод для расчёта на прочность твёрдосплавного дереворежущего ножа, как двухслойной ^конструкции с переменным поперечным сечением;

-создать программное обеспечение для определения напряжённо-деформированного состояния твёрдосплавного ножа и расчёта ¡ннможног о места излома инструмента при резании древесных, материалов.

Научная новизна полученных результатов. Впервые разработан метод для определения остаточных напряжений и деформаций твердосплавных паяных дереворежущих ножей для фрезерования. Получены данные о влиянии величины ос гаточных напряжений на износостойкость инструмента на этапе приработки. Предложен новый метод определения напряжений в режущем инструменте, который можно применять для расчёта на прочность составного твёрдосплавного инструмента. Разработаны рациональные геометрические параметры поперечного сечения твёрдосплавного фрезерного ножа, обеспечивающие повышение износостойкости в 1,3-1,5 раза.

Практическая значимость полученных результатов. Разработанные теоретические методы расчётов, реализованные в виде программных продуктов для ЭВМ, позволяют обосновать выбор геометрических параметров поперечного сечения и материалов твёрдосплавного ножа, а также усовершенствовать, методику расчёта технологических режимов механической обработки древесных материалов. Усовершенствованная конструкция твёрдосплавного фрезерного ножа позволяет увеличить износостойкость в 1,3-1,5 раза. Выполненные исследования, создают предпосылки для создания . автоматизированных проектно-производственных линий для производства твёрдосплавного фрезерного инструмента повышенной износостойкости методом пайки.

Экономическая значимость полученных результатов. В результате внедрения опытной партии ножей с рациональными геометрическими параметрами сечения на Пинской мебельной фабрике фактический экономический эффект в ценах 1996 года составил 102 тыс. руб. на один нож. Разработано программное обеспечение, имеющее коммерческую ценность, которое позволяет сократить время на конструкторские и технологические расчёты. '

Основные положения диссертации, выносимые на защиту: -методика определения остаточных деформаций и напряжений, возникающих в твёрдосплавных ножах несимметричного' поперечного сечения после пайки;

-новый метод определения напряжений от сил резания в твёрдо-сплавном инструменте и расчёта резца на прочность;

-результаты исследований влияния геометрических параметров поперечного сечения и марки стали для корпуса ножа на его напряжённо-деформированное состояние;

-усовершенствованная конструкция твёрдосплавного ножа повышенной износостойкости с рациональными геометрическими параметрами поперечного сечения;

-результаты экспериментальных исследований влияния остаточных паяльных напряжений на приработочныП износ твердосплавного дереворежущего инструмента.

Личный вклад соискателя. Диссертация является результатом личной работы соискателя. Автором разработаны теоретические методы расчёта: остаточных деформаций и напряжений, возникающих при пайке твердосплавных фрезерных ножей для обработки древесных материалов; напряжений, возникающих в твердосплавных фрезерных ножах, от сил резания при обработке материала.

Соискателем выполнены теоретические и экспериментальные исследования: оценки влияния размерных факторов сечения и марки стали для корпуса твердосплавного ножа на величину остаточных напряжений и деформаций после пайки; износостойкости твердосплавных фрезерных ножей в зависимости от напряжённо-деформированного состояния лезвия ножа после пайки.

Автором диссертации создано программное обеспечение для расчёта: остаточных деформаций и построения эпюр остаточных напряжений в .любых точках учения твёрдосплавного паяного ножа; прочности твёрдосплавного инструмента при обработке древесных материалов фрезерованием.

Апробация результатов диссертации. Основные положения работы доложены на Международной научно-практической конференции "Лес-95", а также на университетских научно-технических конференциях (19931997 г., г.Минск, БГТУ).

Опубликопанность результатов. По материалам диссертации имеется восемь печатных работ, в том числе: 3 статьи в научных журналах, 2 статьи в сборниках научных трудов, 2 .депонированные статьи, 1 в виде тезисов докладов научной конференции, а также имеется 2 отчёта, 1 акт внедрения и 1 акт производственных испытаний.

- Структура и объём днссертацпнн.Работа состоит из введения, пяти глаз, выводов, списка использованных источников и приложений. Полный объём работы 165 страниц, в том числе 88 страниц текста, 46 иллюстраций представленных ,на 22 стр., 15 таблиц на 9 стр., 8 приложений объёмом 36 стр. Список использованных источников содержит 89 наименований и занимает 7 стр. .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении даёмся обоснование а! уалыюсти темы и необходимости проведения исследований, а также оценка современного состояния проилемы.

Перпая глава содержит обзор и анализ литературных источников по основным направлениям исследований, связанным с изготовлением и эксплуатацией твердосплавных фрезерных ножей:

- характер воздействия обрабатываемого материала на резец при фрезеровании;

- силы, действующие на поверхности резца при резании;

-. процесс внедрения резца в обрабатываемый материал при фрезеровании и сопровождающие его явления;

- причины износа твердосплавного фрезерного инструмента;.

- параметры микрогеомегрии износа и затупления режущего инструмента;

- интенсивность и характер износа на различных периодах работы фрезерного инструмента;

- особенности износа твердосплавных фрезерных ножей;

- проблемы пайки твердосплавных фрезерных ножей;

- математические модели и теоретические расчёты, разработанные для определения остаточных деформаций и напряжений в твердосплавных ножах после пайки.

Обзор; и анализ исследований, выполненных И.А. Тиме, П.А. Афанасьевым, М.А. Дешевым, С.А. Воскресенским, А.Л. Бершадским, Е.Г.Ивановским, А.Э.Грубе, Ф.М.Манжосом, В.В.Амалицким,

B.И.Санёвым, К.И. Демьяновским и другими уч шми в области изучения процесса механической обработки древесных материалов и износостойкости дереворежущего инструмента, а также исследований в области изготовления и повышения износостойкости твердосплавного инструмента H.A. Клочко, К.П. Имшенника, H.A. Бухмана,

C.Н. Лоцманова, Л.Г. Куклина, В.И. Сагалова, Г.Л.Хаета, С.П. Шабашова и ряда других учёных, позволили сделать следующие выводы:

-механизм изнашивания твёрдосплйвного деревообрабатывающего инструмента для фрезерования характеризуется, в большей степени, процессом микроаварийных изломов лезвия, вследствие воздействия усталостных и ударных нагрузок;

-на стадии приработочного износа явления выкрашивания н излома лезвия ножа носят преобладающий характер;

-приработочный износ оказывает значительное влияние на динамику процесса монотонного изнашивания твердосплавного инструмента;

-на износостойкость твердосплавного паяного инструмента оказывают влияние остаточгме напряжения, возникающие в материалах составного ножа после процесса пайки;

- отсутствие теории для расчёта остаточных паяльных деформаций и напряжений . применительно к твердосплавному дереворежущему инструменту несимметричного поперечного сечения;

- недостаточно изучено влияние геометрических параметров сечения корпуса ножа и твёрдосплавной пластины, а также марки стали для корпуса ножа и марки твёрдого сплава на величину остаточных паяльных деформаций и напряжений;

-отсутствие достаточно простого и точного метода определения напряжений от сил резания в твердосплавном инструменте и расчёта его на прочность.

В результате проведенного анализа литературных источников была обоснована необходимость проведения исследований.

Во второй главе содержится теоретический анализ процесса деформирования паяных твёрдосплавных ножей и сопровождающего его процесса возникновения остаточных напряжений, а также рассмотрен вопрос возникновения напряжений в режущем инструменте от сил резания при фрезеровании древесных материалов. На базе проведенного анализа разработаны метод определения остаточных напряжений и деформаций ножен после пайки и новый подход к методике расчёта режущего инструмента на прочность.

В главе сформулированы основные требования, предъявляемые к фрезерному дереворежущему инструменту. На основанни^этих требований проведен сравнительный анализ режущих свойств инструментальных сталей и твёрдых сплавов и обоснована необходимость применения твердосплавного инструмента при фрезеровании плитных древесных материалов. Далее рассмотрены физико-механические свойства сталей, которые применяют для изготовления корпусов фрезерных твёрдосплавных ножей, и твёрдых сплавов, используемых для оснащения дереворежущего инструмента. Анализ физико-механических свойств материалов, образующих паяное соединение, позволил сделать вывод, что причиной образования внутренних напряжений и остаточных деформаций является различие коэффициентов линейного расширения и упругих свойств стали и твёрдого сплава. На основании этого вывода рассмотрены особенности пайки твердосплавного дереворежущего инструмента и описан механизм возникновения внутренних напряжений в паяном соединении.

При определении остаточных деформаций и напряжений приняли следующую модель процесса пайки и допущения: заготовка иржа состоит из двух связанных слоев с разными упругими свойствами; прохлаждении составной заготовки ножа во всех точках элементов температура одинакова; считается справедливой гипотеза плоских сечений; изменение

размеров паяного шва. связанное с его коэффициентом линейного расширения, не оказывает существенного влияния на величину напряжений и деформации в паяном соединении.

Физическую сторочу задачи описывали законом Гука с учётом температурных деформации!'

Так как поперечное сечение ре;шьной заготовки ножа является многослойным и несимметричным, то для определения напряжений приняли следующую расчётную схему (рис.1).

Рис. 1. Расчётная схема для определения остаточных напряжений в многослойной заготовке твердосплавного ножа: У0 и Х0- произвольные оси; У и Х- центральные оси, параллельные осям Уп и Х„; и й V- главные

упругие оси; элементарная площадка в 1-м слое; а- угол наклона

главных упругих осей.

.. Далее, рассматривая геометрическую сторону задачи при изгибе в плоскостях ZV и 7\}, находим координаты упругого центра сечения и положение осей и и V.

и

X ^ Дуо

хс =

2 ЕЛ

Ус

1=1

£ЕДхо

¿ел

0)

1=1

tgf2a) = ---щ—;--—: (2)

1=1 1=1

где Е; - модуль упругости ¡-го слоя.

-статические моменты сечения 1-го слоя относительно осей

Х.иУ0;

-центробежный момент инерции сечения 1-го слоя относительно осей X, У ;

¡у -осевые моменты инерции сечения ¡-го слоя относительно осей

' ХнУ.

Используя условия равновесия отсеченной части заготовки, находим напряжение для пр «вольного ¡-го слоя

I

= Ei - ■КУ М - «V Ц - аД )' (3>

где £0 - деформация в начале координат;

ОС, * коэффициент линейного расширения ¡-го слоя; Л: - изменение температуры 1-го слоя;

^ V и - кривизна в направлении осей V и и;

У( и и, - координаты расчётной точки в системе осей УН

Прогиб ножа в направлении осей V и и определяется по формулам

где В- длина ножа.

Суммарный прогиб направленный к оси V под углом Я буде! равен

{ = № + .5)

Искомый прогиб по оси У находили по формуле

Гу = Г♦ соэ(лг - Л).

(6)

Полученные расчётные соотношения позволили разработать алгоритм и составить программу для численных исследований остаточных напряжений и деформаций в зависимости от геометрических параметров Сечения ножа.

Для выявления возможности снижения выкрашивания лезвия резца разработан метод расчёта прочности режущей кромки дереворежущего инструмента. В качестве расчётной схемы принят клин резца с углом рас-сеченньЙ1 цилиндрическим сечением с центром на острие ножа и радиусом г •(рис.2). При этом была принята гипотеза о том, что кривизна цилиндрического сечения не меняется при деформировании клина.

Рис.2. Расчётная схема для вывода уравнений радиальных напряжений: АВСО - элементарный участок резца: АВ * неподвижное цилиндрическое сечение с радиусом г; СО - сечение ножа с радиусом г+<1г; С| - сечение СО после поворота на угол О- центр цилиндрического сечения; О, - центр сечения после поворота на угол &(р. д1- удлинение при повороте сечения; «9 - угол расчётного слоя шп к оси X.

Для расчёта напряжений, возникающих от силы, приложенной к острию резца, были введены следующие геометрические характеристики цилиндрических сечений ..

Dx = |x2dA = + sin/?), (7)

A

DXY = JxydA = 0,

где и осевые моменты инерции; О - центробежный момент инерции.

Для расчёта радиальных напряжений от действующего на резец изгибающего момента М получили уравнение

(Г.. =

Mr s:n5

~DV

(8)

Предложенный метод позволил получить простые расчётные уравнения для определения радиальных напряжений в резцах, состоящих из нескольких, связанных между собой слоёв из различных материалов. Для расчёта на прочность резцов с напаянными твердосплавными пластинами получили следующую зависимость для определения радиальных напряжений в цилиндрическом сечении многослойного резца

MExsinλ.

£E,DiX

¡=1

(9)

где Е( - модуль упругости материала 1-го слоя;

>9 ( - угол расчётной точки к оси X, проходящей через нейтральный слой рассматриваемого цилиндрического сечения многослойного реши:

DiX- момент инерции площади цилиндрического сечет

1-ГО слоя

относительно оси X.

Расчётами установлен характер распределен! и напряжений в

цилиндрическом сечении, состоящем из двух слоёв. при нагружении на

острие резца. Наибольшие растягивающие напряжения розникают на

А

передней поверхности резца. А наибольшие сжимающие - на задней поверхности, и в твёрдом сплаве на границе раздела со сталью.

В_третьей главе изложена методика экспериментального

исследования, цел'» которого состоит в проверке результатов теоретического исследования, изучении влияния геометрических размеров сечения и марки стали для корпуса твёрдосплавного ножа на величину остаточных деформаций ножа после пайки, исследовании влияния остаточных паяльных напряжений на износостойкость твёрдосплавных ножей. Кроме того, в этой главе описывается порядок проведения экспериментов.

Для проведения исследований по пайке твёрдосплавного инструмента •обосновывается выбор:

- марки стали для корпуса инструмента и марки твёрдого сплава;

- марки припоя и флюса;

- геометрических размеров сечения ножа.

На основании проведенного анализа были определены основные геометрические параметры сечения твёрдосплавного ножа (рис. 3).

12 ^

■ъ*.........

шш -С

Со 1

Рис.3.Геометрические параметры сечения заготовки твёрдосплавного ножа.

Исследования по пайке проводили на высокочастотном генераторе марки ВЧП-25/0,44, а измерение остаточных деформаций ножей -специальным приспособлением индикаторного типа. Параметром, характеризующим остаточные деформации, являлся прогиб ножа продольной плоскости.

В ходе экспериментального исследования влияния марки стали для корпуса ножа и геометрических размеров сечения на величину остаточных деформаций предусматривалось четыре серии опытов:

1. Исследовалось влияние марки стали для корпуса ножа и толщины

корпуса И, .Испытывапнсь ножи с корпусами из сталей 45,40Х и 30 ХГСА, с толщинами корпуса Ь. = 3;4;5 мм.

2. Исследовалось влияние размера фасок С0 и Ь5. Испытывались ножи с размерами С0= 0; 4 мм и Ь,= 0; 3 мм. Корпуса ножей были изготовлены из стали 40Х.

3. Изучалось влияние размера к . Этот размер принимал значения к = =0; 0,5; 1; 2 мм

4. Изучалось влияние размера ширины твердосплавной пластины 12.Опыты проводили для двух типоразмеров твердосплавных пластин: с шириной 12 = 15 мм и с 12 = 12 мм.

В главе описывается последовательность проведения экспериментальных исследований по пайке твердосплавного инструмента и по изучению влияния остаточных паяльных напряжений нй величину линейного приработочного износа при фрезеровании плит МОР.

Опь<гы по исследованию приработочного износа проводили на специальной установке на базе четырёхстороннего продольно-фрезерного станка марки С26-2. В качестве испытуемых были выбраны ножи с различными расчётными остаточными напряжениями на лезвии. Для измерения износа использовали специальную фрезерную головку с измерительным приспособлением индикаторного типа. Сравнивается три вида твёрдосплавнмх ножей:

- с расчётными остаточными напряжениями сжатия на лезвии резца;

- с расчётными остаточными напряжениями растяжения на лезвии резца;

- ножи с непаяными пластинами твёрдого сплава, не имеющими остаточных паяльных напряжений, механически закреплёнными в корпусе фрезерной головки.

Критерием исследования является линейный износ и радиус округления лезвия на этапе приработочного износа.

В четвёртой главе приведены результаты экспериментальных исследований остаточных деформаций и напряжений после пайки инструмента. Как и предусматривалось методикой проведения исследований, было проведено 4 серии экспериментов с общим числом опытов - 39.

На основе экспериментов первой серии установлено, что марка стали влияет на величину прогиба незначительно, а толщина Ь,

оказывает существенное влияние. С увеличением размера И, от 3 до 5 мм происходит уменьшение величины прогиба на 30-35 %. у

Вторая серия опытов показала незначительное влияние^размеров Сп и И 5 на остаточные деформации. С увеличением размера С „от 0 до 4 мм

происходит снижение величины прогиба на 5-6 %. Увеличение размера Ь 5от 0 до 3 мм влечёт за собой увеличение величины прогиба на 4-5 %.

Опыты третьей серии показали, что с увеличением к от 0 до 2 мм происходит уменьшение величины прогиба на 65-70 %.

В четвёртой серии опытов изучалось влияние ширины

твёрдосгшавной пластины 12 ш> величину прогиба. Из двух типоразмеров твердосплавных пластин меньшие деформации были у ножей с шириной пластины 1г = 12 мм. Применение твердосплавных пластин с шириной 12 = 12 мм позволяет уменьшить величину прогиба по сравнению с ножами, оснащёнными пластинами с шириной 12 = 15 мм, на 10-12 %.

Что касается длины но \а В, то все четыре серии опытов показали, что с увеличением длины ножа происходит увеличение прогиба по квадратичной зависимости. Это соответствует расчётным формулам (4)-(6).

Экспериментальные исследования подтвердили достоверность разработанных теоретических методов расчёта остаточных деформаций. По полученным уравнениям для всех опытов были произведены расчёты остаточных деформаций и напряжений в точке а (см.рис.3) сечения ножа. Проведен сравнительный анализ теоретических и опытных результатов. Исследования показали возможность расчёта величины прогиба по полученным уравнениям с достаточно высокой степенью точности.

Далее приведен теоретический анализ длияния геометрических параметров сечения ножа на величину остаточных напряжений в точке а.

; Толщина корпуса под твёрдосплавной пластиной Ь, влияет на остаточные напряжения в точке а следующим образом: при Ь, = 3 мм значение напряжений в точке а равно+130 МПа у ножей с корпусами из стали 45, + 139 МОау ножей с корпуса; из стали ЗОХГСА и +77 МПа у ножей с корпусами из стали 40Х. С увеличением Ь,~до 5 мм напряжения в указанной точке принимают значения" -384 МПа у ножей, имеющих корпус из стали 45, -33 МПа у ножей, имеющих корпус из стали ЗОХГСА, и -453 МПа у ножей/имеющих корпус из стали 40Х.

Размер фасок С0 и Ь5 оказывает на величину остаточных

напряжений незначительное влияние. Увеличение размера С0 от 0 до 5 мм приводит к изменению величины остаточных напряжений на 20-25 %. С увеличением размера И5 от 0 до 2 мм происходит изменение величины остаточных напряжений на 10-15 %. В целом с увеличением размеров С0 и Ь5 происходит уменьшение сжимающих, либо увеличение растягивающих остаточных напряжений в то чке а.

Размер к оказывает на величину остаточных напряжений значительное: влияние. С увеличением размера к от О до 2 мм происходит изменение величины остаточных напряжений в точке а на 75-НО %. С увеличением размера к происходит уменьшение. растягивающих, либо увеличение сжимающих напряжений, в зависимости от других размеров сечения заготовки твердосплавного ножа.

На 40-45 % изменяется величина остаточных напряжений в точке а при оснащении ножей твердосплавными пластинами с шириной 12 = 12 мм, по сравнению с ножами, имеющими пластины шириной 12 = 15 мм. Ножи с шириной пластины 12 = 12 мм имеют большие напряжения сжатия в точке а,

чем ножи с твердосплавными пластинами шириной 12 = 15 мм и аналогичными другими параметрами сечения.

Проведенные экспериментальные и теоретические исследования позволили сделать некоторые выводы о влиянии размерных факторов сечения ножа на напряжённо-деформированное состояние заготовки ножа после пайки.

Наибольшее влияние на величину остаточных деформаций и напряжений оказывигот; I) толщина корпуса под твердосплавной

пластиной И,; 2) размер выступа корпуса над твердосплавной пластиной к;

3) ширина твёрдосплавной пластины 1

Незначительное влияние на эти величины оказывай»: 1) марка стали щм корпуса; 2) размеры фасок С(| и И,.

Проведенные исследования показали возможность использования разработанш 'х теорий расчёта для работ по усовершенствованию конструкции твёрдосплавного паяного инструмента.

В пятой главе представлены - результаты исследования износостойкости твёрдосплавных ножей и расчётов их на прочность.

Для исследования износостойкости были выбраны ножи, у которых по расчёту различные остаточные паяльные напряжения на острие. Кроме того, испытаны на износостойкость непаяные твердосплавные ножи с механическим крепление« пластины в фрезерной головке. Износостойкость ножей исследовалась на этапе приработочного износа. Каждый резец проходил путь резания 1280 м. Исследуемыми параметрами затупления эыли линейный износ А и радиус округления лезвия р.

Полученные результаты свидетельствуют о том, чте) остаточные напряжения после пайки оказывают значительное '-влияние на пноеостойность твердосплавных ножен. Ножи, у которых по расчёту на эстрие были остаточные напряжения сжатия, имели большую

износостойкость нежели те. у которых по расчёту на острие были напряжения растяжения (рис.4).

Самыми износостойкими были непаяные ножи с механическим креплением твердосплавной пластины. У этих ножей на пути резания Ь= = 1280 м износ был равен А^ =13 мкм, р=8 мкм в то время как у ножа с

остаточными напряжениями СТ^ т =-425 МПа износ составил А^ =

= 18 мкм, р-10 мкм, а у ножа с £Хж т =+159 МПа наблюдался износ А^ = =52 мкм, р =22 мкм.

-Л25

-203 -108

9 6 ->-15 9

^ост МПа

Рис.4. Зависимость линейного износа А^от величины остаточных напряжений на острие твердосплавного ножа: О - путь резания Ь=320 м; О - путь резания Ь= 1280 м.

По результатам экспериментов построены кривые износа для всех испытанных ножей. '

По полученным во второй главе формулам были проведены расчёты резца на прочность. Расчёты проводили от силы распределённой по закону треугольника на передней поверхности резца. Величина расчётной нагрузки равнялась среднему усилию резания, рассчитанному по мощности резания, измеренной при испытаниях ножей на износостойкость в начальный период работы резца.Вычисление проводили для точек, расположенных на передней поверхности резца, где возникают наибольшие радиальные растягивающие напряжения в цилиндрическом сечении.

Аьализ расчетов подтвердил предположение о том, что на этапе приработки износ имеет характер микроаварийных изломов и выкрошин и происходит и -результате превышения напряжениями.возникающими от сил резания, предела прочности твёрдого сплава.

15

ВЫВОДЫ

1. Разработан теоретический метод для определения остаточных напряжений и деформаций, возникающих после пайки твердосплавных ножей, применяемых для фрезерования древесных материалов. Теоретические зависимости позволяют осуществить совершенствование конструкции и процесса изготовления твердосплавного фрезерного дереворежущего инструмента.

2.Теоретические и экспериментальные исследования показали, что наибольшее влияние на величину остаточных напряжений и прогиба оказывают такие геометрические параметры поперечного сечения ножа, как толщина корпуса ножа под твердосплавной пластиной с рациональными значенш ш в интервале 4,5-5 мм, и величина выступа корпуса ножа над твердосплавной пластиной, рекомендуемая в пределах 1 -2 мм.

3. На основании результатов исследований износостойкости твердосплавных фрезерных ножей установлена зависимость стойкости инструмента в период приработочного износа от остаточных напряжений, возникающих после пайки твердосплавного ножа. На пути резания 1280 м у ножей с остаточными напряжениями на режущей кромке +159 МПа, линейный износ составил 52 мкм, п у ножей, имеющих остаточные напряжения -425 МПа, наблюдался линейный износ 18 мкм. Характер зависимости показывает, что износостойкость и прояность режущей кромки паяного твердосплавного инструмента можно регулировать за счёт изменення остаточных напряжений.

4. Полученные расчётным путем рациональные размеры поперечного сечения стального корпуса позволяют увеличить износостойкость инструмента в среднем в 1,3-1,5 раза, снизить трудоёмкость и энергоёмкость его изготовления, сократить расход алмазно-абразивных и вольфрамосодержащих мaтqзиaлoв.

5. Создана конструкция твердосплавного фрезерного ножа повышенной износостойкости с рациональными геометрическими параметрами поперечного сечения. Фактический экономический эффект от внедрения опытной партии ножей, усовершенствованной конструкции, в ценах 1996 г. составил 102 тыс.руб. на один нож.

6. Разработан новый метод определения напряжений в режущем инструменте от сил резания. Полученные зависимости позволяют вести расчёт на прочность как однородного, гак и паяного твердосплавного инструмента. ^

7. Разработано программное обеспечение для определения напряжённо-деформированного состояния твёрдосплавного ножа,которое позво-

ляет ускорить проектные и конструкторские расчёты фрезерного дереворежущего инструмента на деревообрабатывающих и инструментальных предприятиях.

8. Результаты тес ретических и экспериментальных исследований могут быть рекомендованы как руководство при проектировании, изготовлении и эксплуатации твердосплавных ножей для фрезерования древесных материалов.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

< > \

1. Макаревич С.С., Клубков A.A. Теоретические исследования, напряжённо-деформированного состояния в биметаллическом инструменте при пайке// Известия высших учебных заведений.Лесной журнал.-1992.-№ 6. -С.62-65.

2. Макаревич С.С., Клубков A.A. Расчёт остаточных напряжений в биметаллической заготовке дереворежущего инструмента после индукционной пайки // Труды БТИ. Серия 11. Лесная и деревообраб. промышленность.-1993.-Вып.1.-С.110-115.

3. Макаревич С.С., Клубков A.A. Остаточные напряжения в двухслойной заготовке фрезерного ножа с несимметричным поперечным сечением //Труды БГТУ. Серия И. Лесная и деревообраб. промышленность. -1994. -Вып. 2 -е. 112-115. ' . '

4. Клубков А.П., Гришкевич A.A., Клубков A.A. Сборная фреза с поворотными и бмстросъёмными сегментами // Деревообрабатываюишя промышленность.-1994.-№ 4. -С. 17.

5. Макаревич С.С., Клубков A.A. Прочность дереворежущего инструмента // Лес-95: Тез. докл. межд. научно-практической конф. -Минск, 1995.-С.63.

6. Клубков A.A. Расчёт остаточных напряжений и деформаций, возникающих при пайке твердосплавного фрезерного, ножя / Ред. журн. "Человек и экономика". -Минск, 1995. -2 с. -Деп. в БелИНФОРМПРОГНОЗ 16 10.95, №Д 199545.

7.Клубков A.A. Расчёт касательных и нормальных напряжений, возникающих в твёрдосплавном ноже при фрезеровании древесины / Ред. журн. "Человек

и экономика". -Минск, 1995. -2 с. -Деп. в БелИНФОРМПРОГНОЗ 16.10.95. №Д199546.

8. Клубков A.A. Определение остаточных деформаций в твердосплавных ножах// Деревообрабатывающая промышленность. -1996. -№ 2. -С,9-10.

РЕЗЮМЕ ■ Клубков Александр Анатольевич ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И ПРОЧНОСТИ ТВЕРДОСПЛАВНОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ФРЕЗЕРОВАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: твёрдосплавный инструмент, фрезерование, ' износостойкость, приработочный износ, панка, остаточные напряжения н деформации, сечение, расчёт, прочность лезвия.

Объект исследования. Пайка твёрдосплавного дереворежущего инструмента, напряжённо-деформированное состояние инструмента после пайки, износостойкость твёрдосплавного инструмента при фрезеровании древесных материалов.

Цель работы. Повышение износостойкости твёрдосплавного фрезерного инструмента, снижение остаточных паяльных деформаций ножей.

, Метод исследований и аппаратура. Метод исследований заключается в проведении теоретических и экспериментальных исследований деформирования ножа после пайхн; установлении влияния остаточных напряжений на износостойкость инструмента, сопоставлении и анализе результатов. Теоретические расчёты и усовершенствование конструкции инструмента проводились на ПЭВМ. Для экспериментальных исследований использовали специальные измерительные приспособления, опытные . установки и промышленное оборудование.

Полученные результаты и новизна. Разработаны теоретический метод расчёта остаточных деформаций и напряжений после пайки и метод расчёта прочности твёрдосплавного дереворежущего инструмента. Установлена зависимость износостойкости твёрдосплавного инструмента от. остаточных напряжений. Разработано программное обеспечение для расчёта остаточных- деформаций и напряжений в сечении ножа после пайки, для расчёта фрезерного инструмента на прочность.

Рекомендации по использованию н область применения. Результаты исследований можно использовать при изготовлении твёрдосплавного дереворежущего инструмента. Использование расчётных методов, реализованных в виде программных продуктов для ПЭВМ, позволяет прогнозировать износостойкость и прочность проектируемых видоз инструмента, разрабатывать конструкции твёрдосплавного ножа с рациональными размерами сечения, окращать сроки проектных и конструкторских работ.

РЭЗЮМЭ Клубкоу Аляксандр Анатольев1Ч ПАВЫШЭННЕ ЗНОСАСТОЙКАС1Д1 I ТРЫВАЛАСЦ1 ЦВЁРДАСПЛАУНАГА РЭЖУЧАГА 1НСТРУМЕНТА ДЛЯ ФРЭЗЕРАВАННЯ ДРАУНЯНЫХ МАТЭРЫЯЛАУ

Ключавыя словы; цвёрдасплауны жструмент, фрэзераванне, зносастойкасць, прыработачны зное, пайка, астаткавыя напружанш 1 дэфармацьн, сячэнне, раз л ¡к, трываласць ляза.

Аб'ект даследавання. Пайка цвёрдасплаунага дрэваапрацоучага ¡нструмента, на!тружана-дэфармаваны стан ¡нструмента пасля пайи, зносастойкасць цвёрдасплаунага ¡нструмента пры фрэзераванш дра^няных матэрыяла$>.

Мэта работы. Павышэнне зносастойкасщ цвёрдасплаунага фрэзернага ¡нструмента, зшжэнне астаткавых паяльных дэфармацый нажо$>.

Метад даследавання ! апаратура. Метад даследавання заключаецца у правядзенш тэарэтычных 4 эксперьп ентальных даследаванняу дэфармавання нажа пасля пали, вызначэнш уплыву »астаткавых напружанняу на зносастойкасць ¡нструмента, супастауленш 4 анатзе вышкау. Тзарэтычныя разлш 1 удасканаленне г-шетрукцьп ¡нструмента праводзип на ПЭВМ. Для эксперыментальных даследавання) выкарыстоупал1 спецыяльныя вымяральныя прыстасаванш, даследчьи устаноую I нрамысловае абсталяванне.

Атрыманыя вынт { нав1зна. Распрацаваны тэарэтычны метадразлк} астаткавых напружанняу 1 дэфармацый пасля пайю 1 метад paзлiкз трываласад цвёрдасплаунага дрэварэжучага ¡нструмента. Вызначаш залежнасць зносастойкасщ цвёрдасплаунага ¡нструмента ад астаткавы) напружанняу. Распрацавана праграмнае забеспячэнне для -разшю астгГткавых дэфармацый 1 напружанняу у сячэнш нажа пасля пайк!, дге разлшу фрэзернага ¡нструмента на трываласць.

Рэкамендацьп па выкарыстоуванш | галша ужывання. Вышк даследаванняу можна выкарыстоуваць пры вытворчасщ цвёрдасплаунап дрэсарэжучага ¡нструмента. Прымяненне разлшопых метадау, р:шнзаваны: у выглядзе праграмных сродкау для ПЭВМ, дазваляе прагназ{равац зносастойкасць ! трываласць праектусмых в1дау ¡негру ментг распрацоуваць канструкцьн цвёрдасплаунага нажа з рацыянальньш набегам! сячэния. скарачаць тэрмшы праектных 1 канструктарсетх работ.

SUMMARY Alexander A. Klubkov INCREASE OF WEAR-RESISTANCE AND~STRENGTH OF THE TUNGSTEN CARBIDE TIPPED PLANING KNIVES FOR CUTTING OF

WOOD MATERIALS

The key words: tungsten carbide tipped (TCT) tools, planing, wear-resistance, running-in wear, brazing, residual stresses and bending strains, cross-section, analysis, strength of the blade.

Subject of research. Brazing of the wood TCT planing knives, brazing stress-strain state of the knives, wear-resistance of the TCT planing knives for wood materials.

TI) purpose of research. Increase of wear-resistance of the TCT planing knives, decrease of residual bending strains of the knives after brazing.

The researching method and equipment. The reserch method consist in the theoretical and experimental investigations of the bending strains of the TCT knives after brazing, effect of residual stresses on the wear-resistance of the TCT knives, comparison and analysis of obtained results. PC were used for theoretical calculations and refinement of design of the TCT . tools. Special measuring arrangements, experimental and industrial installations were used for experimental investigations.

The obtained results and novelty. The theoretic method of analysis of the residual stresses and bending strains after brazing, and the method of strength analysis of the TCT tools have been developed. The function of wear-resistance of TCT knives depending on the residual stresses has been established. Software has been developed for calculations of the residual stresses and bending strains after brazing, and strength analysis of the TCT knife.

Recommendations for use and usage area. The results of the reserch could be used for producing of the TCT knives for woodworking. The using of softv ire allows to forecast the wear-resistance and strength of the blade, to design TCT knives with rational dimensions of a cross-section, to reduce projecting and designing time.

Клубков Александр Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ изноахггойкости И ПРОЧНОСТИ ТВЕРДОСПЛАВНОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСОДХ МАТЕРИАЛОВ ФРЕЗЕРОВАНИЕМ

Подписано в печать 20.11.9?. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1.4. Усл. кр. -отт. 1,4. Уч. -изд. л. 1,2. *Д'ираж 100 экз. Заказ 393 .

Белорусский государственный технологический университет 220630, Минск, Свердлова, 13а.

Отпечатано на ротапринте Белорусского государственного теннологического университета. 220630, Минск, Свердлова, 13. - -