Экспериментальные исследования периода стойкости двухлезвийных ножей с твердым сплавом при обработке древесины на фрезерно-брусующих станках

А. А. Гришкевич

В настоящее время в деревообрабатывающей промышленности на ряду с натуральной древесиной различных пород применяют труднообрабатываемые древесные материалы: древесностружечные и древесноволокнистые плиты, древеснослоистые пластики, фанеру, мебельный щит и др. Наличие синтетических связующих, органических и минеральных наполнителей приводит к тому, что обработка этих материалов инструментом из инструментальных легированных сталей малоэффективна и не всегда является экономически оправданной. Для обработки таких древесных материалов применяют цельный, составной или сборный режущий инструмент, оснащенный твердым сплавом [1, 2].

Твердые сплавы представляют собой тугоплавкие, износостойкие материалы повышенной твердости. Они имеют условное разделение на металлокерамические и литые сплавы. Такое деление обусловлено назначением, составом, физико-химическими свойствами и технологией изготовления. Металлокерамические твердые сплавы получают методом порошковой металлургии. Основой сплавов являются зерна карбидов вольфрама, титана, тантала и в качестве связки чаще используется кобальт. Процесс изготовления металлокерамических твердых сплавов включает следующие основные операции: смешивание порошков карбидов и связующего, прессование с получением заготовок необходимых формы и размеров, спекание сформированных заготовок при высокой температуре в защитных средах [7].

Для изготовления различного по назначению дереворежущего инструмента широко применяют вольфрамокобальтовые твердые сплавы, так как они обладают достаточной износостойкостью и более высокими физико-механическими свойствами по сравнению с инструментальными легированными сталями [3].

Традиционно режущий инструмент фрезерно-брусующих станков изготавливают из различных инструментальных сталей, например углеродистой стали У8А, инструментальных легированных сталей 6ХС и 9ХС повышенной прокаливаемости, применяются высоколегированные стали марок 4Х5МФ, 55Х6В3СМ и 55Х7ВСМФ. Для фрезерно-брусующих станков также рекомендуются легированные инструментальные стали марок 6Х6В3МФС и 5Х3В3МФС. Инструмент подвергают термической обработке с обеспечением твердости в единицах по HRC 57-61 [5].

На основании лабораторных исследований и полученных результатов, приняв за базовый вариант эксплуатируемую на деревообрабатывающем предприятии ОАО «Борисовский ДОК» конструкцию цельного двухлезвийного ножа из инструментальной легированной стали 4Х5МФ спиральной фрезы фрезерно-брусующих станков (ФБС) PSP 500, нами разработаны и изготовлены составные двухлезвийные ножи, оснащенные металлокерамическими твердыми сплавами вольфрамо-кобальтовой группы и проведены их опытно-промышленные испытания (рис. 1).

Последовательность мероприятий при проведении опытно-промышленных испытаний составных двухлезвийных ножей, упрочненных металлокерамическими твердыми сплавами, состояла из следующих этапов.

- Подготовка режущего инструмента к работе. На правую сборную торцово-коническую фрезу был установлен составной двухлезвийный нож с пластиной металлокерамического твердого сплава ВК15 вольфрамо-кобальтовой группы, а на левую - базовый нож из инструментальной легированной стали 4Х5МФ для обеспечения идентичных условий работы. Ножи имели следующие угловые параметры: угол заточки короткого и длинного лезвий по 40є, задний угол на лезвиях ножа составлял 3-5є. Каждый нож был заточен и доведен до радиуса округления кромок лезвий 4-6 мкм, выставлен по ножевой спирали с необходимым смещением на толщину щепы 5 мм в корпусе фрезы при помощи специального шаблона.

- Подготовка и обработка древесины на промышленных режимах. Обрабатывались свежесрубленная древесина сосны и ели влажностью 35-40% с вершинным диаметром бревна 14-28 см на фрезерно-брусующем станке PSP 500 первого ряда со скоростью главного движения вторых порядковых ножей спирали 18, 8 м/с и скоростью подачи 38, 5 м/мин в соответствии со спецификацией предприятия по выпуску продукции. Древесина проходила предварительную сортировку, через металлоискатель - устройство, позволяющее определять в древесине наличие металлических включений, измерительное устройство и окорочный станок. Обработка древесины хвойных пород на фрезерно-брусующем станке осуществлялась до полной потери ножами режущей способности. Критерием потери ножами режущей способности являлось неудовлетворительное качество поверхности пласти 2-кантного бруса или наличие появившихся на пластях бруса сколов и отдельных вырывов, при которых процесс обработки бревен прекращался. Фиксировались параметры обработки (порода, вершинный диаметр, количество, высота бруса).

Рис. 1. Составной двухлезвийный нож c пластиной ВК 15 твердого сплава

- Измерение радиуса округления режущих кромок двухлезвийных ножей. Радиусы округления режущих кромок составного с пластиной твердого сплава и базового из легированной стали 4Х5МФ двухлезвийных ножей определялись экспериментально методом слепков с последующим измерением значений на японском растровом электронном микроскопе JEOL JSM-5610, установленном в лаборатории физико-химических методов исследования БГТУ.

- Расчет суммарного пути резания ножами. Суммарный путь резания, м, двухлезвийными ножами определялся по зависимостям, представленным в литературе [4]. По рассчитанным значениям суммарного пути резания и измеренному радиусу округления кромки ножа рассчитывалось приращение е, мкм/м, радиуса округления режущей кромки ножа при прохождении им пути резания в 1 м.

Сводные данные параметров обработки древесины на станке PSP 500 ОАО «Борисовский ДОК» составными двухлезвийными ножами, упрочненными твердым сплавом, представлены в таблице.