СОЗДАНИЕ УСТОЙЧИВОЙ ФОРМЫ РАВНОВЕСИЯ В ПИЛЬНОМ ДИСКЕ КРУГЛОЙ ПИЛЫ
Соловьёв И.И., Мелехов В.И., Поромов В.Н. (АГТУ, ПГУ, г.Архангельск, РФ)
The paper provides evidence the possibility of using induction heating devices for the creation of the normalized stresses in the disk circular saws and shows the advantages of this method.
Диск круглой пилы в процессе работы подвергается сложному воздействию силовых и температурных факторов и требует специальной подготовки. Основными факторами, влияющими на состояние круглой пилы, являются: недостаточная устойчивость и большие колебания диска, неправильная подготовка и неточная установка инструмента.
В процессе работы круглые пилы воспринимают ряд разнохарактерных сложных нагрузок: от действия центробежных сил инерции, нагрева пильного диска, возникающего при пилении, сил резания, боковых сил со стороны распиливаемого материала, касательных сил инерции, действующих при пуске и быстрой остановке пилы. Эти нагрузки вызывают в пильном диске удлинение полотна и напряжения, выводящие его из плоской формы упругого равновесия.
Диск пилы может надёжно работать лишь в том случае, если положенная в основу эксплуатации форма равновесия устойчива. Устойчивой формы равновесия добиваются путём создания нормированных напряжений в определённых зонах пильного диска.
Основными способами создания нормированных напряжений в пильном диске, которые используются на практике, являются классическая проковка-вальцевание пильного диска и термопластическая обработка посредством нагрева газовыми горелками или контактными электрическими нагревателями.
Термопластический способ натяжения основан на создании в диске неравномерных по радиусу температурных напряжений, превышающих предел упругости металла и приводящих к возникновению пластических деформаций, которые после остывания диска обеспечивают возникновение в нем благоприятных остаточных напряжений. Наиболее эффективная область применения способа - производство круглых пил, их подготовка в специализированных региональных инструментальных центрах.
Технология производства плоских круглых пил совмещают два процесса: процесс отпуска пильного диска после закалки и процесс создания нормированных напряжений. В настоящее время основное распространение получили две технологии отпуска – в пакетах и индивидуальный отпуск в электропрессах.
Индивидуальный отпуск предпочтительней, так как он даёт возможность нормировать остаточные напряжения в пильных дисках.
Принципиально возможны несколько способов индивидуального отпуска: а) отпуск диска в электропрессе со сплошными плитами с нормированным законом изменения температуры по их радиусу; б) отпуск всего диска с последующим нагревом периферийной зоны (кольцевой нагрев); в) отпуск периферийной зоны с последующим равномерным отпуском всего диска.
Первый способ реализуется с помощью электропрессов со сплошными плитами и нагревом, увеличивающимся от центра к периферии. Температурный закон по радиусу плит электропресса создается соответствующим размещением и включением электрических нагревательных элементов.
Для реализации второго и третьего способов используют теплопресс с плитами кольцевой формы.
Необходимый эффект по созданию нормированных напряжений в диске круглой пилы может быть получен при кольцевом нагреве и без зажатия диска: тепловая обработка дисков на роликовой шовной (сварочной) машине, нагрев газопламенными горелками. Как показали исследования, нагрев периферийной зоны диска приводит к созданию в ней нормированных остаточных напряжений растяжения.
В рассмотренных способах нагрева для создания термопластических напряжений в пильном диске применяется эффект контактной теплопередачи от нагревательного устройства к поверхности диска пилы. Это увеличивает время нагрева и не позволяет обеспечить требуемый локальный нагрев по заданному тепловому следу.
В тоже время локальный подвод тепла к кольцевому следу на диске пилы и быстрый нагрев может быть осуществлён индукционным способом. Энергия при этом передаётся от индуктора к разогреваемой поверхности посредством электромагнитной волны. Такой способ передачи энергии фактически исключает потери и обладает высоким КПД. Индукционный нагрев широко применяется в промышленности для решения различных технологических задач [3], достаточно изучен и может быть применён, по нашему мнению, для локального нагрева участков полотна круглой пилы при создании нормированных напряжений.
К достоинствам индукционного нагрева можно отнести:
- возможность равномерного прогрева поверхности диска по окружности заданного радиуса, с заданной шириной теплового следа с большой точностью путём изменения конфигурации полюсных наконечников индуктора;
- изменение частоты тока в индукторе при одновременном контроле состояния поверхности пильного диска позволяет регулировать в широком диапазоне мощность потоков энергии, направляемых на нагрев диска и управлять временными характеристиками процесса.
Многофазная система индукционного нагрева через полюсные наконечники позволяет нагревать и одновременно приводить во вращение пильный диск, что обеспечивает равномерность прогрева кольцевой зоны поверхности диска пилы непрерывно по заданному тепловому следу и обеспечивает создание нормированных напряжений в диске пилы.
Экспериментальное устройство для создания нормированных напряжений в пильных дисках круглых пил приведено на рис. 1.
Круглая пила 1 устанавливается на валу 2 и приводится во вращение индуктором переменного тока 3. Полюса индуктора с магнитроводами 4 установлены на станине 5. Питание на индуктор подаётся от источника питания 8 через клеммную плату 7. Магнитный поток, сознанный индуктором, замыкается по пути “магнитопроводы полюсов – окружность по заданному радиусу диска круглой пилы”. Вызванные переменным магнитным потоком вихревые токи приводят к разогреву участка диска пилы по кольцу с заданным радиусом. Ширина теплового следа регулируется посредством изменения формы полюсных наконечников 6.
Применение устройства индукционного нагрева для создания нормированных напряжений в диске круглой пилы позволяет обеспечить равномерный локальный нагрев полотна пилы по концентрическому следу заданного радиуса пильного диска.