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 Сэ, 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 местТ, 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 4прокатывают под давлением между двумя вращающимися бочкообразными роликами 5и 7 (рис. 44, в), базируя по ролику 6нерабочей 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 2пилы. 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 Fx — вверх (при рабочем ходе пилы вниз), отжима Fz — по направлению подачи бревна, боковая Fy, возникающая из-за неодинакового давления на пилу слева и справа. Сила Fy 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 Fy, 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 понятиеотносительного 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 6i = 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 (NЭ) 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: