ОСОБЕННОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ ШТАМПОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Прозоров Я.С. (БГИТА, г. Брянск, РФ)
This article describes the problems of the wear process of the stamps at manufacturing of the products from wood materials. The classification of wood composite materials is at the centre of attention. The review is about scientific researches in this field also.
Древесина – это один из наиболее важных природных материалов, используемых человеком в свой практической деятельности. Всевозрастающая потребность производства в этом ценном сырье обусловила создание композиционных материалов на ее основе.
В качестве исходного сырья для этих композиционных материалов используют массивную древесину (в производстве клееных досок, брусков, брусьев), шпон (в производстве фанеры, фанерных плит, древесных слоистых пластиков), их комбинацию (столярные плиты), древесную стружку (ДСтП, фибролит, цементно-стружечные плиты), волокна (ДВП), опилки и древесную крошку (ксилолит и др.). Особое место среди этих материалов занимают древесно-металлические материалы промышленного назначения, состоящие из модифицированной древесины и введенной в нее металлической фазы различной формы и дисперсности. В качестве классификационных признаков древесных композиционных материалов принято выбирать состав компонентов, сферу использования (назначение), параметры и ориентацию наполнителей, основной показатель качества (среднюю плотность). В табл.1 рассмотрена классификация по составу компонентов.
Таблица 1 - Компоненты композиционных древесных материалов
|
Число компонентов |
Компоненты |
Материалы |
|
1 |
Целлюлоза и лигнин древесины |
Прессованная древесина (термомеханически модифицированная) |
|
Древесина, модифицированная химически (обработанная аммиаком и ацетилированная) и химико-механически (лигнином) |
||
|
Плиты и изделия из частиц древесины (баркалаит, пьезотермопластики, лигноуглеводные пластики) |
||
|
2 |
Древесный и металлический |
Древесно-металлический материал (модифицированная древесина с введенной в нее твердой металлической фазы различной формы и дисперсности) |
|
Металлизированная древесина (пропитанная металлами, имеющими низкую температуру плавления) |
||
|
Древесина, пропитанная растворами солей, восстановленными до чистых металлов |
||
|
Древесный и полимерный |
Древесина, модифицированная полимерами (древесно-пластмассовый материал, “Лигномер”, “Импрег”), клееные деревянные конструкции, состоящие из досок и брусьев, соединенных клеями |
|
|
Фанера, ДСП, ГКЗ, ДСтП, ДВП, МДП, ДКК, фенольные прессовочные и литьевые массы, содержащие термореактивные связующие |
||
|
Древесно-наполненные термопласты и древесно-полимерные плиты (ДПП, “Бизолен”, “Вудсток”, “Поливуд”), термопластические связующие |
||
|
Древесный и силикатный |
Фибролит и арболит (древобетон), состоящие из частиц древесины, цемента или магнезиальных вяжущих |
|
|
Плиты и изделия из частиц древесины и жидкого стекла. |
||
|
Цементно-стружечные плиты |
||
|
3 и более |
|
Антифрикционная прессованная древесина (АПД), стабилизированная (АПСД) и реализующая фрикционный перенос (АПД-ФП), содержащие цельную уплотненную древесину, полимерные связующие и смазывающие компоненты |
|
|
|
Плиты, профили и изделия, облицованные натуральными или синтетическими шпоном, пленками, тканями или декоративным бумажно-слоистым пластиком |
|
|
|
МДП антифрикционные, графитизированные, содержащие стеклянные или углеродные волокна |
В таблице 2 приведена классификация композиционных древесных материалов общетехнического назначения, характеризующийся более низкой температурой эксплуатации по сравнению с материалами инженерно-технического назначения. При повышении температур понижается σи, σр ,Еи , Ер и увеличивается ползучесть материалов. Поэтому при длительной нагрузке древесных материалы общетехнического назначения применяют в конструкциях, температура эксплуатации которых не превышает 50oС. Для общетехнического назначения при температурах эксплуатации до 50oС используют пластифицированный и непластифицировнный ПВХ с древесными наполнителями, вспенивающийся полистирол с древесными наполнителями; при температурах до 90 oС - ПЭВД, ПЭНД, ПП, ПС, УПС и АБС с древесными наполнителями, жесткие ППУ с древесными наполнителями.
Таблица 2 - Классификация древесных композиционных материалов по назначению
|
Назначение |
Разновидность материала |
|
Конструкционное |
Эксплуатация при температуре до 50 oС |
|
Эксплуатация при температуре до 90 oС |
|
|
Эксплуатация при температуре до 120 oС |
|
|
Эксплуатация при температуре до 140 oС |
|
|
Антифрицкионное |
Для узлов трения с подводом смазки извне |
|
Для “самосмазывающихся” узлов трения |
|
|
Для узлов трения с избирательным переносом |
|
|
Теплоизоляционное |
Не несущие нагрузку |
|
Несущие нагрузку |
|
|
Декоративное |
С декоративными свойствами по всему объему |
|
Облицованные пленкой, бумагой, ДБСП, тканью (с декоративными свойствами по поверхности) |
|
|
Облицованные ворсом и волокном (с декоративными свойствами по поверхности) |
|
|
Электроизоляционное |
Не несущие нагрузок |
|
|
Несущие нагрузки |
|
|
С антифрикционными свойствами |
|
|
В химстойком исполнении |
Древесные композиционные материалы инженерно-технического назначения имеют более высокие прочность σи, σр , σсж жесткость Еи, Ер, Есж и теплостойкость по сравнению с материалами общетехнического назначения. Их применяют для изготовления деталей машин, работающих под нагрузкой.
Для инженерно-технического назначения при температурах до 120 oС используют фенольные пресс-порошки, наполненные древесной мукой; ДВП, ДСтП, ДКК, ГКЗ, фанеру и фанерные плиты, содержащие КФ связующие (клеи); КФ и ФФ пенопласты с древесными наполнителями; при температурах до 140 oС - МДП, ДСП и фанеру, содержащую ФФ связующие (клеи).
Чтобы получать из древесных материалов детали с заданными свойствами при минимальных затратах материалов, труда и энергии, необходимо знать компоненты, технологию и свойства материалов и деталей из них, а также методы расчета прочностных, эксплуатационных и технологических свойств материалов и деталей.
Листовая штамповка как технологический процесс активно используется в отдельных отраслях промышленности (машиностроение, приборостроение, производство вычислительной техники, радиоэлектроника), используют ее и для изготовления изделий из древесных композиционных материалов. Широкое применение данной технологии обусловлено рядом преимуществ по сравнению с другими методами обработки давлением. Практика изготовления деталей листовой штамповкой показала, что основным недостатком технологии является ухудшение качества штампуемых деталей по мере увеличения износа рабочих элементов штампа. Исследователями предложен ряд методик оценки изнашивания рабочих элементов штампа, однако большинство из них описывают штамповку металлических материалов и применимы к конкретному частному случаю. Древесные композиционные материалы по своим свойствам и поведению в процессе деформирования в различных условиях существенно отличаются от металлов. Это объясняется как особенностью их структуры (неоднородность, анизотропность, слоистость и напряженность в исходном состоянии), так и специфическими особенностями разрушения этих материалов.
В литературе изнашивание матрицы и пуансона при штамповке древесных композиционных материалов объясняется комплексом процессов, включающим в различных сочетаниях механическое диспергирование, тепловой и окислительный износы, электрохимическую коррозию, электрическую эрозию, абразивный износ. Некоторые исследователи объясняют механическое диспергирование как усталостное поверхностное разрушение и считают его доминирующим процессом, интенсивность которого зависит от величины действующих усилий и коэффициента трения. Ряд авторов уделяет большое внимание абразивному износу рабочих элементов, обусловленному наличием в зоне контакта клеевых прослоек, кристаллических веществ составов пропитки и т.д. Отдельные специалисты в своих трудах подробно рассматривают определенный фактор, влияющий на процесс изнашивания: режим работы, геометрию рабочего элемента, физико-химические характеристики композиционного материала, скорость штамповки, температурные условия и пр.
Можно сказать, что задача теоретического определения износостойкости рабочих элементов штампа при штамповке деталей из древесных композиционных материалов и прогнозирование периодов их стойкости весьма сложна. Она вряд ли может быть решена на основе сведений, которыми располагает на сегодняшний день наука и практика. Это связано с тем, что изнашивание рабочих элементов вызывается проявление большого числа механизмов[6]. При этом условия реализации каждого из них четко не выявлены, нет и надежных сведений о факторах, определяющих интенсивность изнашивания по различным механизмам. Особенно сложными являются расчеты при одновременном проявлении нескольких механизмов, которые вносят сопоставимый вклад в достижении величин износа инструментов. Поэтому разработка расчетных методов для определения износа рабочих элементов при штамповке изделий из древесных композиционных материалов, по-видимому, явится задачей будущих исследований.