УДК 674.05:620.16

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗНАШИВАНИЯ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

INVESTIGATION OF THE WEAR PROCESS OF CUTTING TOOLS FOR WOOD PROCESSING AND WOOD MATERIALS

Шевелева¹ Е.В., Памфилов² Е.А., Кузьмин² П.В., Иванин¹ И.Е.

(¹Брянский государственный инженерно-технологический университет,

²Брянский государственный технический университет, г. Брянск, РФ)

Sheveleva¹ E.V., Pamfilov² E. A., Kuzmin² P.V., Ivanin¹ I.E.

(¹Bryansk State Engineering-technological University,

²Bryansk State Technical University, Bryansk, Russia)

Рассмотрены основные направления разработки методологии износных испытаний инструментов для переработки древесины и древесных материалов.

The main directions of development of the methodology of wear testing of tools for processing wood and wood materials are considered

Ключевые слова: деревопереработка, режущий инструмент, износостойкость, изнашивание, испытание

Keywords: wood processing, cutting  tools, wear resistance, wear, testing

Решение задачи повышения надежности деревоперерабатывающих инструментов по показателю износостойкости часто связано с необходимостью использования эффективной методологии проведения комплекса исследований и соответствующего испытательного оборудования.

Проводя лабораторные испытания, используют специальные образцы, что позволяет определить основные закономерности изнашивания исследуемых инструментов. Такие исследования могут включать оптимизационные испытания для нахождения благоприятного сочетания  факторов, влияющих на износостойкость исследуемых образцов в различных условиях деревопереработки.

При проведении натурных испытаний уточняются возможности повышения износостойкости инструментов к заданным условиям эксплуатации. Эффективность разработанных рекомендаций можно установить после эксплуатационных испытаний.

Постановка натурных и эксплуатационных испытаний является трудоемкой вследствие сложности учета всей совокупности условий, в которых возможна эксплуатация инструмента. В связи с этим при планировании комплекса исследовательских мероприятий важно максимально увеличить долю лабораторных испытаний, так как они являются менее трудоемкими и менее дорогими.

Для снижения сложностей многофакторного влияния условий изнашивания на величину износа инструментов целесообразно предварительно на теоретическом обосновании выявить значимость факторов, которые определяют надежность инструментов. Также важно выявить те параметры, которые оказывают наибольшее влияние на сопротивляемость изнашиванию, и оценивать износостойкость исследуемых инструментов в зависимости от их уровня. Кроме этого при построении методик исследований надо иметь в виду, что закономерность влияния некоторых факторов на сопротивляемость инструментов изнашиванию часто проявляется неоднозначно [1, 2].

При проведении исследований, направленных на повышение износостойкости инструмента, часто необходима дифференцированная оценка сопротивляемости изнашиванию в локальных зонах, где процесс изнашивания протекает по различным механизмам. Поэтому важно в методике испытаний на изнашивание иметь возможность воспроизводить все возможные виды и механизмы протекания изнашивания. Для решения этой задачи можно проводить дифференцированную оценку результатов воздействия механизмов изнашивания на одном образце, который воспроизводит рабочую поверхность инструмента, а также по результатам проведения отдельных испытаний на различных образцах.

В процессе проведения исследований приходится решать задачу интенсификации изнашивания, реализуя ускоренные испытания путем увеличения нагрузок, скоростей, и других факторов, для ускорения получения результатов. Однако результаты таких испытаний могут исказить степень проявления и ведущие механизмы в общей картине процесса изнашивания.

Так, проводя экспериментальные исследования, важно иметь в виду, что неоднородность материалов и нестабильностью свойств поверхностных слоев могут повлиять на то, что полученные показатели износостойкости испытуемых образцов имеют заметную изменчивость при повторении испытаний и носят случайный характер в идентичных условиях. Поэтому полученные показатели износостойкости из опытов экспериментальных исследований оцениваются с определенной степенью точности [1-4].

Для разработки методологии испытания деревоперерабатывающих инструментов кроме эксплуатационных условий важно учитывать технологические особенности изготовления и упрочнения инструментов. Поэтому при исследовании процессов изнашивания инструментов необходимо воспроизводить механизмы потери работоспособности, реально протекающие при их эксплуатации. Также  при исследовании важно задавать такие факторы, которые способствуют интенсификации протекания механизмов изнашивания. Должны учитываться параметры динамического и скоростного нагружения, факторы и особенности химического и электрохимического воздействия, а также параметры состояния функциональных поверхностных слоев инструмента.

Особенности изнашивания деревоперерабатывающих инструментов в зависимости от характера условий эксплуатации, преобладающих механизмов изнашивания, а также воздействий, усугубляющих процесс изнашивания,  представлены в таблице.

Таблица 1 - Виды деревопереработки и особенности изнашивания инструментов

Используемые инструменты		Характерные эксплуатационные условия	Преобладающие механизмы изнашивания	Воздействия, усугубляющие процесс изнашивания
Обработка натуральной древесины малой влажности
Фрезы, ножи для фрезерования,  резцы токарные, пилы ленточные и дисковые, инструмент для обработки отверстий и гнезд	Преобладающее механическое воздействие на материал инструмента		Фрикционная усталость, усталостное микровыкрашивание	Воздействие электрических разрядов, неравномерность нагружения режущего лезвия
Обработка композиционных древесных материалов
Пилы дисковые,  ножи для фрезерования с пластинами из твердого сплава	Действие активных сред, выделяющихся в процессе резания, химическая и электрохимическая коррозия		Коррозионно-механическое изнашивание	Адсорбционное разупрочнение, наводороживание и обезуглероживание материала инструментов
Обработка при абразивном воздействии на инструмент
Рамные пилы, дисковые пилы,  коросниматели, режущие рабочие органы лесозаготовительной техники	Действие на инструмент твердых компонентов ДСтП, фанеры, и др. или абразива, вносимого в зону резания при обработке загрязненной древесины		Усталостно-абразивное изнашивание	Химическое воздействие  активных сред, поверхностное деформирование или микрорезание абразивными зернами
Резание древесины высокой  влажности или после гидротермического воздействия
Ножи лущильные, шпонострогальные	Действие активных сред, коррозия, кавитация, элементы граничной смазки		Коррозионно-механическое изнашивание	Неравномерность нагружения режущего лезвия по длине
Изготовление технологической стружки
Ножи стружечные	Действие активных сред, химическая и электрохимическая коррозия, динамический характер нагружения		Усталостно-абразивное изнашивание	Адсорбционное разупрочнение, наводороживание и обезуглероживание поверхностных слоев
Переработка мерзлой древесины
Режущие рабочие органы лесозаготовительной техники, инструменты для первичной переработки мерзлой древесины	Низкотемпературное изменение физико-механических свойств древесины		Ударно-усталостное  и ударно-абразивное изнашивание, микровыкрашивание, сколы	Низкотемпературное охрупчивание инструментальных материалов
Изготовление  щепы, бесстружечное резание  (штамповка) древесины и древесных материалов
Ножи рубильные, ножи гильотинных ножниц, штампы	Интенсивное ударно-циклическое воздействие на инструмент		Ударно-усталостное  и ударно-абразивное изнашивание, выкрашивание, сколы	Химическое воздействие  активных сред

Проведенные исследования показывают, что для эффективного решения задачи повышения надежности разных групп деревоперерабатывающих инструментов необходимо при разработке испытаний использовать способы задания и оценки влияния всех существенных рассмотренных факторов, которые определяют сопротивляемость инструментов изнашиванию.

Список использованных источников

1. Памфилов Е.А., Шевелева Е.В. Особенности исследования изнашивания режущих инструментов для переработки древесных материалов // Лесн. журн. 2017. № 6. С. 89–103. (Изв. высш. учеб. заведений).

2. Пилюшина Г.А., Памфилов Е.А., Шевелева Е.В. Повышение износостойкости сучкорезных ножей многооперационных лесозаготовительных машин // Лесн. журн. 2019. № 6. С. 174–184. (Изв. высш. учеб. заведений).

3. Памфилов Е.А., Капустин В.В., Шевелева Е.В., Пилюшина Г.А. Основы повышения износостойкости узлов технологических машин // Вестник машиностроения. 2022. № 4. С. 38–42.

4. Шевелева Е.В. Лысенко В.М. Методология исследования изнашивания дереворежущих инструментов // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2017. №50. С.62-65.