Глава 19. Инструментальные материалыи их термическая обработка

Раздел III. ПОДГОТОВКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ДЕРЕВОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Глава 18. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДГОТОВКЕИНСТРУМЕНТА

 

Подготовка режущего инструмента к работе — это комплекс технологических процессов, обеспечивающих оптимальные рабо­чие параметры инструмента при минимальных трудозатратах. Со­став технологических операций и процессов подготовки конкрет­ного типа режущего инструмента к работе определяется его конст­рукцией и условиями работы. Он включает операции заточки, ба­лансирования, правки, выверки, установки в станок и т.д.

Технологические режимы содержат сведения о составе техни­ческих средств (об оборудовании, приспособлениях, контрольно­-измерительных инструментах) и режимах выполнения операций. Кроме того, на предприятиях должны быть описания и инструк­ции по эксплуатации всех технических средств подготовки режу­щего инструмента.

В понятие «эксплуатация инструмента» входят: обеспечение ин­струментом рабочих мест (своевременное приобретение, поддер­жание фондов инструмента, доставка на производственные участ­ки и возврат в инструментально-раздаточную кладовую и др.) и технический надзор за его эксплуатацией. Технический надзор заключается в систематическом контроле качества подготовки ре­жущего инструмента, выявлении и устранении причин чрезмер­ного износа инструмента, во внедрении экономически выгодной системы смены режущего инструмента. Важным разделом техни­ческого надзора является контроль правильности эксплуатации и режимов работы инструмента на рабочих местах.

Режимы работы дереворежущего инструмента должны соответ­ствовать Руководящим техническим материалам и технологичес­ким режимам.

 

Глава 19. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫИ ИХ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

 

Инструментальные стали. Дереворежущие инструменты работа­ют в условиях совместного механического, химического и абра­зивного изнашивания. Высокие скорости резания (до 100 м/с), малые углы заточки (20...60°) резцов, их высокая острота, нали­чие в древесине влаги, а в древесных материалах — частиц связую­щего определяют сложную картину износа и комплекс довольно жестких требований к инструментальным материалам. Они долж­ны обладать прочностью, пластичностью, твердостью, теплостой­костью и устойчивостью против коррозии.

Твердость материала является важнейшим показателем его свойств. В дереворежущих инструментах она характеризуется чис­лом твердости по методу Роквелла HRC₃. По этому методу в поверх­ность инструмента на специальном приборе — твердомере ТР — вдавливается алмазный конус, и глубина внедрения отсчитывает­ся по индикатору прибора. Обычно при испытаниях общая нагруз­ка на конус составляет 1500 Н. Показания отсчитываются по шка­ле С_э, поэтому рядом с числом твердости указывается метод изме­рения HRC₃ (ГОСТ 9013-59, ГОСТ 23677-79).

Для изготовления современного станочного дереворежущего инструмента применяют углеродистые, легированные и быстро­режущие стали и твердые сплавы.

Углеродистые инструментальные стали представ­ляют собой сплав железа с углеродом. Чем выше содержание угле­рода, тем выше предел прочности стали, ее твердость, но ниже пластичность, способность сопротивляться ударной нагрузке. Для изготовления режущих инструментов применяют высокоуглероди­стые высококачественные стали с содержанием углерода от 0,9 до 1,3 %: У8А, У9А, У10А (ГОСТ 380 — 71); из них изготавливают ин­струменты для обработки древесины мягких пород или работаю­щие на малых скоростях резания, например ручные.

Легированные инструментальные стали кроме железа и углерода содержат специальные легирующие добавки, введение которых позволяет повысить износостойкость и прока- ливаемость стали. Большинство станочных инструментов для обра­ботки натуральной древесины изготавливают из этих сталей (9ХФ, 9Х5ВФ, Х6ВФ, Р4 по ГОСТ 5950-73).

Быстрорежущие инструментальные стали содер­жат те же легирующие добавки, но в значительно больших коли­чествах. Основная легирующая добавка — вольфрам (до 10...25 %), обеспечивающий сохранение твердости и режущей способности инструмента при нагреве до 500...550°С.

Из быстрорежущих сталей Р6МЗ, Р9, Р18 (ГОСТ 9374—77) целесообразно изготовлять только режущий элемент в виде навар­ной пластинки или вставного зуба для инструментов, интенсивно нагревающихся при резании, например при обработке клееных деталей, ДСтП.

Все положительные свойства легированных и быстрорежущих сталей в полной мере могут проявиться лишь при условии их пра­вильной термической обработки. Ее цель — измельчение строения (структуры) металла путем нагрева до определенной температуры с последующим охлаждением.

Твердые сплавы. В деревообработке нашли применение литые и вольфрамокобальтовые металлокерамические твердые сплавы.

Из литых твердых сплавов наиболее распространены стелли­ты и сормайты. Стеллиты (В2К, ВЗК) представляют собой сплав на кобальтовой, а сормайты (№ 1, 2) — на железистой основе (табл. 42). Износостойкость литых твердых сплавов в 3... 4 раза выше износостойкости легированных сталей.

Литые твердые сплавы применяют в основном для наплавки зубьев ленточных и рамных пил, а также тонких круглых пил. Эти сплавы можно наплавлять электродугой или газовой сваркой.

Таблица 42. Химический состав литых твердых сплавов, %

Марка сплавов	Углерод	Хром	Воль­фрам	Ко­бальт	Марга­нец	Ни­кель	Крем­ний	Железо
Стеллит:
В2	1	32	15	45	1,0	2,0	1,0	2,0
ВЗ	1,25... 1,5	28...32	28...32	27...36	0,5	2,0	2,0	2,0
Сормайт:
№ 1	4	30	—	—	2,0	4,0	4,0	56
№ 2	2	15	—	—	1,0	2,0	2,0	78

 

Металлокерамические твердые сплавы получают при спекании прессованных порошков карбидов вольфрама (WC). В качестве цементирующей связки служит металлический кобальт (Со). Этот тип твердого сплава обозначают буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта (%). Например, сплав ВК15 содержит 85% WC и 15% Со. Если после цифры, обозначающей процент содержания кобальта, стоит буква М, сплав мелкозерни­стый, если буква В — сплав крупнозернистый.

Инструменты, оснащенные твердым сплавом группы ВК, име­ют твердость HRC₃ 85... 90 и не теряют режущей способности при нагревании до 800...900°С, что обеспечивает повышение периода стойкости в 20... 50 раз даже по сравнению с быстрорежущей сталью. При этом эффективность твердого сплава тем выше, чем труднее материал поддается обработке резанием. Применять в деревообработ­ке титановольфрамокобальтовые, минералокерамические и безволь- фрамовые твердые сплавы нецелесообразно ввиду их хрупкости.

При проектировании инструментов, оснащенных твердым сплавом, следует помнить о его высокой хрупкости: во избежа­ние аварийного износа угол заточки? должен быть не меньше 40…50⁰. В деревообработке наиболее часто используют следующие марки твердых сплавов: ВК15 для обработки древесины хвойных пород; ВК10 для обработки ДСП и ДВП; ВК8, ВК6М для обра­ботки твердолиственных пород древесины и ДСтП.

Глава 20 ПОДГОТОВКА ПИЛ

 

Подготовка пил к работе заключается в подготовке полотен, зубьев, установке пил в станок и ремонте пил. Операции подго­товки зубчатых венцов пил различной конструкции практически одни и те же.

Подготовка рамных пил. Подготовка рамных пил состоит из сле­дующих операций: выявления и правки дефектов формы полотна; контроля напряженного состояния полотна; вальцевания; заклю­чительного контроля плоскостности и напряженного состояния полотна пилы.

Дефекты выявляют прикладыванием контрольной линейки к поверхности пилы, уложенной на поверочную плиту. Зазор между линейкой и полотном не должен превышать 0,15 мм. Правка пилы заключается в исправлении местных дефектов полотна: выпучин В, тугих мест Т, слабых мест С, изгиба И (рис. 44, а). Дефектные места исправляют ударами проковочного молотка по определенным точ­кам пилы, уложенной на наковальню.

Напряженное состояние полотна оценивают величиной стрелы прогиба f пилы 2, изогнутой с радиусом R = 1,75 м (рис. 44, б). Стрелу прогиба измеряют проверочной линейкой и щупами или спе­циальной линейкой 1 с индикаторами 3 и оценивают средним ариф­метическим двух замеров: при положении пилы вверх сначала одной стороной, а затем другой. Оптимальная величина прогиба зависит от размеров пилы и лежит в диапазоне от 0,8 до 0,35 мм.

Вальцевание рамных пил — одно из мероприятий повышения жесткости и устойчивости пил в работе. В процессе работы рам­ная пила нагревается, особенно у зубчатого венца. Режущая кромка удлиняется и под действием сил резания теряет устойчивую плос­кую форму. Происходит блуждание пилы в пропиле, что приво­дит к волнообразному или криволинейному пропилу. Жесткость рамных пил обеспечивается главным образом продольным натя­жением их в пильной рамке. Однако только за счет продольного натяжения не удается обеспечить необходимую жесткость пил ввиду того, что сила натяжения ограничена прочностью захватов и пильной рамки, воспринимающей силы натяжения всех пил постава.

Сущность вальцевания заключается в том, что среднюю часть полотна пилы 4 прокатывают под давлением между двумя вращающимися бочкообразными роликами 5 и 7 (рис. 44, в), базируя по ролику 6 нерабочей кромкой. В месте прохода ролика пила удлиня­ется и растягивает смежные, невальцованные части полотна. В ре­зультате натяжения вальцованной пилы в пильной рамке в край­них частях пилы будут достаточные растягивающие напряжения при относительно небольших растягивающих усилиях (рис. 44, д, е). Количество, расположение и порядок нанесения следов вальцева­ния 1—5 показан на рис. 44, г.

П о окончании вальцевания проводят оценку плоскостности и напряженного состояния пилы так, как описано выше для невальцованных пил. Если обнаружены местные дефекты (отклонение отплоскостности превышает 0,15 мм), производят дополнительную правку. Если напряженное состояние пилы не соответствует нор­мальному, проводят дополнительное вальцевание.

Установка рамных пил. Установка рамных пил в станок заклю­чается в формировании постава, креплении в продольном и попе­речном направлении, натяжении пил, проверке их положения и оценке жесткости пил. Согласно плану раскроя выбирают проклад­ки, устанавливаемые между пилами. В поперечном направлении крепление пил и прокладок осуществляется струбцинами, кото­рые закрепляют на вертикальных стойках пильной рамки.

Типовое крепление пилы в продольном направлении показано на рис. 45, а. Верхний захват пилы приспособлен для ее натяжения. Щечки 1 захвата подводятся под планки 2 пилы. Щечки осью 3 связаны между собой и со стержнем 4, передающим усилие натя­жения на поперечину пильной рамки 5. Эксцентрик 6, укреплен­ный в верхней части стержня, опирается рабочей профилирован­ной поверхностью через подэксцентрик 7 на подушку 8, лежащую на поперечине. Натяжение пилы осуществляется поворотом эксцентрика. Шарнирная связь стержня со щечками обеспечивает ус­тановку пилы стребуемым уклоном по упорам: верхнему 9 и ниж­нему 10.

На пилу со стороны древесины в процессе резания действуют силы по трем направлениям: резания F_x — вверх (при рабочем ходе пилы вниз), отжима F_z — по направлению подачи бревна, боковая F_y, возникающая из-за неодинакового давления на пилу слева и справа. Сила F_y наиболее опасна, так как в направлении ее дей­ствия пила (тонкая пластина) имеет минимальную жесткость. Для придания жесткости в рабочих условиях пила должна быть натяну­та. Показателем жесткости (у, Н/мм) служит отношение боковой силы F_y, Н, к величине вызванного ею прогиба полотна z, мм:

Обычно работают пилами, имеющими жесткость 60... 80 Н/мм. Такая жесткость достигается натяжением пилы силой N, при ко­торой растягивающие напряжения по поперечному сечению пилы? = 80... 120 МПа. В случае приложения силы N по оси полотна (рис. 45, б) ее величина равна N₀ =?ab, где а — ширина, b — толщина пилы, мм. Так, при а = 180 мм, b = 2 мм и ?_ср = 100 МПа сила натяжения N = 100 • 10⁶ (Па) • 180 • 10^-3 (м) * 2 * 10^-3 (м) = 36 * 10³ (Н) = 36 (кН).

Однако со стороны древесины усилия действуют главным обра­зом на зубья пилы. Поэтому рациональнее придавать большую жест­кость части пилы, прилегающей к зубьям, за счет перераспределе­ния по ширине полотна напряжений? в сечении пилы. Техничес­ки это можно решить путем эксцентричного приложения сил на­тяжения (рис. 45, в ) по отношению к оси полотна пилы. Вели­чина смещения линии натяжения е, мм, называется абсолютным эксцентриситетом. Но для пил разной ширины влияние одного и того же эксцентриситета различно. Поэтому для сравнения вво­дится понятие относительного эксцентриситета i:

При внецентренном растяжении напряжения по сечению рас­пределены неравномерно: эпюра имеет форму трапеции, напря­жения уменьшаются по линейному закону от ?_тах до ?_min:

где

Напряжения у зубьев ?_тах, как и ?_ср, всегда растягивающие. Напряжения ?_min с увеличением i могут стать равными нулю (при i = 0,17 и 6 i = 1) или при i > 0,17 изменить знак — будут сжимающими.

Если i = 0,25 (по рекомендациям ЦНИИМОД), то

?_max = ?_cp (1 + 6 • 0,25) = 2,5 ?_ср; ?_mjn = ?_ср (1 – 6 • 0,25) = - 0,5 ?_ср.

Сравним усилия натяжения при осевом (N₀) и эксцентричном (N_Э) расположении линии натяжения, если напряжения растяже­ния у зубьев ?₃ будут одинаковыми ?₃ =? = ?_тах:

Как видно, при эксцентричном натяжении тот же эффект дос­тигается силой N₃, в 2,5 раза меньшей, чем N₀. Однако наличие на задней кромке сжимающих напряжений (-0,5 ?_ср) может вызвать ее поперечные колебания (вибрации), усиленное трение о стенки пропила, нагрев и дальнейшее ослабление жесткости вследствие удлинения от нагрева. Вот почему рекомендуется ограничиваться эксцентриситетом i = 0,1 или немного большим.

Условия натяжения пилы, установленной в рамке с уклоном, зна­чительно ухудшаются. Поэтому уклон желательно придавать пильной рамке в целом (а не пилам) или применять толчковую подачу за рабо­чий ход, не требующую уклона. Выверка пил в пильной рамке заклю­чается в проверке уклона, параллельности пил направлению движе­ния подачи и направлению движения рамки. Для контроля жесткости может быть использован жесткомер конструкции ЦНИИМОД.

Ремонт полотен рамных пил состоит в обрезке полотна и при­клепке планок.

Подготовка ленточных пил. Подготовка полотен ленточных пил включает в себя соединение концов ленты сваркой или пайкой, контроль напряженного состояния полотна, правку дефектов фор­мы полотна, вальцевание, заключительный контроль напряжен­ного состояния полотна пилы.

Сварка концов ленты встык состоит из следующих приемов: обрезки и выравнивания концов, сварки, отпуска и зачистки шва. Концы ленты при сварке должны быть обрезаны точно под углом 90° к кромке пилы, тщательно зачищены и обезжирены.

Для соединения концов ленточной пилы методом стыковой сварки применяют специальные агрегаты АСЛП18 или АСЛП23 для пил шириной до 175 и 230 мм соответственно.

Для соединения пайкой необходимы: станок для скашивания концов ленточной пилы с фрезой или со шлифовальным кругом; приспособление для снятия фасок вручную напильником; аппарат для спайки ленточных столярных пил ПЛ6; пресс с паяльными брусками, приспособление для зачистки шва после пайки (выпук­лая опора с зажимами).

Соединение концов пилы пайкой по сравнению со сваркой бо­лее трудоемкий процесс, дающий менее прочное соединение. Поэтому оно допускается лишь при отсутствии сварочного агрегата. Спайка концов ленты внахлестку состоит из следующих приемов: разметки шва и обрезки концов, скашивания концов (снятия фа­сок), зачистки фасок, спайки, закалки, отпуска и опиловки (за­чистки) шва. Ширина фасок (шва) должна быть у столярных пил 8 … 10 мм, у делительных 10... 15 мм. Концы лент необходимо ска­шивать на клин в пределах ширины шва, чтобы при наложении концов толщина шва равнялась толщине пилы. Применяют при­пои серебряные, латунные и медно-цинковые.

При спайке стык нагревают до расплавления припоя, вложен­ного между скошенными концами ленты, после чего обжимают специальным устройством для закалки шва. При отпуске место пайки нагревают до коричнево-красного цвета побежалости. Окончательная толщина шва должна быть равна толщине ленты или меньше ее на 0,1...0,2 мм.

Дефекты полотен ленточных пил бывают общими и местными. Местные дефекты полотен ленточных пил те же, что и у рамных (выпучины, тугие участки, слабые участки). Устраняют их аналогично.

К общим дефектам относятся скручивание, покоробленность, крыловатость, продольная волнистость, отгиб задней кромки по­лотна, непрямолинейность кромок. После исправления общих де­фектов полотна выявляют и устраняют местные дефекты.

Напряженное состояние полотна ленточной пилы оценивают по величине стрелы прогиба полотна в поперечном сечении при его продольном изгибе (0,1...0,23 мм), а также по величине стре­лы выпуклости задней кромки полотна (0,05... 0,1 мм). Оба показа­теля измеряют на каждом метре длины пилы.

Если величина стрелы прогиба полотна меньше нормативной, пилу вальцуют симметрично или на «конус». По первому способу удлиня­ют среднюю часть пилы. Его применяют при выпуклых шкивах лен­точного станка. При этом сначала вальцуют середину пилы, затем, отступая по 10... 15 мм от первого прохода, делают новые проходы, постепенно уменьшая давление роликов. Последние проходы долж­ны отстоять от задней кромки и линии впадин зубьев на 15...20 мм. По второму способу пилу вальцуют на «конус». Этот способ применя­ют при наклоне верхнего шкива во избежание сползания пилы со шкивов. Удлиняя вальцеванием заднюю кромку пилы, компенсируют ее более сильное натяжение за счет наклона шкива. При этом сначала вальцуют на расстоянии 15...20 мм от линии впадин, а затем делают проходы через 10... 15 мм, постоянно уменьшая давление роликов.

Установка ленточных пил. При установке ленточных пил долж­ны быть соблюдены следующие условия:

 

1.
Режущая кромка пилы должна выступать за край пильного шкива на высоту зуба.

2.
Смещение ленты по шкивам предотвращают регулированием положения оси верхнего шкива (вместе со шкивом) в вертикаль­ной (наклон вперед — назад) и горизонтальной (разворот влево — вправо) плоскостях. Угол наклона шкива вперед (на рабочего) равен 0,2...0,3°.

3.
Усилие натяжения пилы, Н, суммарное для обеих ветвей лен­ты, устанавливают в зависимости от ширины и толщины пилы:

где? — напряжение растяжения в сечении ленты (50...60 МПа); а, b — ширина и толщина ленты, мм.

 

3.
Зазор между направляющими устройствами и пилой должен быть 0,1...0,15 мм. Соприкосновение пилы с направляющими устройства­ми допускается только при выпиливании криволинейных деталей.

Ремонт полотен ленточных пил. Ремонт включает в себя локали­зацию трещин, вырезку дефектных зон полотна и подготовку от­резков вставок. Локализации подлежат одиночные трещины дли­ной не более 10... 15 % ширины пилы, но не более 15 мм. Локализа­ция осуществляется засверливанием отверстий в конце трещины.

При наличии одиночных длинных трещин, а также групповых трещин (4...5 шт. на длине 400...500 мм) и выломанных подряд двух зубьев дефектное место вырезают. Длина вырезки должна быть не менее 500 мм во избежание затруднений при правке.

Пилы, подготовленные к работе, должны отвечать техничес­ким требованиям по точности линейных и угловых параметров, а также шероховатости поверхностей ленты и зубьев:

Предельное отклонение размера, мм: