Покинуть портал деревообработки   Меценатам  |   Поддержка :  поддержка forestlive.ru  skype   |   лесная отрасль деревообработки письмо   |   лесная отрасль деревообработки  форум

режущий инструмент

Материалы для режущих инструментов, применяемых в деревообработке

Неослабевающий спрос на материалы для изготовления режущих инструментов с оптимальным соотношением цены и эксплуатационных характеристик, применяемых в деревообрабатывающей промышленности, за последние двадцать лет привел к внедрению в отрасль новых инструментов с режущими кромками из твердых сплавов. В области фрезерования также наблюдается смещение центра тяжести с инструментов из композиционных материалов на комбинированные инструменты и на применение составных инструментов с режущими элементами из поликристаллических алмазов.

Износ режущей кромки

инструмент в деревообработке

Износ можно определить как нежелательное изменение поверхности из-за удаления с нее небольших частиц материала в результате механического воздействия. В деревообработке термический и химический износ гораздо менее важен, чем в металлообработке. Из-за высокой скорости станочной обработки, деталь и стружка трутся о поверхность профиля резца и оказывают на него эрозирующее воздействие, то есть обнажаются более мягкие компоненты неоднородного материала, из которого изготовлен режущее твердой структурой сносятся с поверхности, что известно под названием "эффект парадонтоза".

Этот эффект можно рассмотреть на примере инструментов с режущими кромками из твердых сплавов.

Мягкое связующее (кобальт) "вымывается" из пространства между твердыми частицами карбида вольфрама, которые затем отделяются от поверхности и под воздействием срезающего усилия неизбежно отлетают от нее. Таким образом износостойкость материала резца зависит от процентного содержания в нем твердосплавных частиц и от твердости материала-связующего. К этому надо также добавить снижение до минимума срезающего усилия, что позволяет предохранить режущий элемент от появления сколов, возникающих в результате приложения к нему силы резания, действие на него знакопеременных сил во время непрерывного резания, практикуемого в деревообработке, и неоднородность структуры обрабатываемого материала (наличие слоев покрытия, клеевых соединений). Твердость и состав карбидной части здесь не так важны, и в этом заключается значительное отличие требований к этим резцам от требований к инструментам из стальных сплавов.

Материалы для режущих инструментов на основе стали

Несмотря на наличие высокоизносостойких материалов, как, например, стеллит, карбид вольфрама и алмаз, сплавы стали все еще играют значительную роль в деревообрабатывающей технологии. Стальные сплавы для режущих инструментов представляют собой жародеформируемые железо-углеродные сплавы с дополнительно наплавляемыми элементами, позволяющими добиваться требуемых характеристик резания. Твердость основы определяется процентным содержанием углерода, а на прочность, пригодность к закаливанию, ударную вязкость и прочие физические и химические свойства влияет содержание в сплаве таких элементов, как хром, вольфрам, молибден, никель и марганец.

С повышением содержания углерода и элементов, приводящих к образованию углеродных соединений увеличивается и пропорция карбида в сплаве. Помимо придания твердости структуре основы это определяет и износостойкость материала.

В технологии деревообработки делается различие между материалами на основе стали, идущими на изготовление режущих блоков линейного и ротационного действия для составных и комбинированных инструментов и сплавов для державок резцов.

Твердые литьевые сплавы

Из-за повышенного содержания углерода и сплавообразующих элементов процентное содержание карбида в железо-хромоуглеродном или в кобальто-хромоуглеродном сплавах настолько велико, что их получение становится возможным лишь с использованием литья или технологии порошковой металлургии. Для деревообрабатывающей технологии некоторый интерес могут представлять лишь кобальто-хромоуглеродные сплавы. Такие в прошлом фирменные названия, как "Стеллит" и "Де Лоро" теперь стали словами обиходного языка.

Стеллитные сплавы получаются путем внедрения твердых частиц хрома и карбида вольфрама в жесткую кобальтовую основу. Из-за относительно высокого содержания в некоторых сплавах металла связующего они пригодны для изготовления пилорам, ленточных и круглых пил. В деревообрабатывающей промышленности стеллит как режущий материал применяют в составных или в комбинированных инструментах.

Цементированные карбиды

Цементированный карбид — это материал, обладающий значительными преимуществами при промышленном его применении:

— обладает чрезвычайно высокой твердостью;

— износостойкостью;

— очень высокой прочностью на сжатие;

— высокой прочностью на изгиб;

— большим модулем упругости (модулем Юнга);

— требуемой ударостойкостью;

— хорошими машинными характеристиками;

— хорошо полируется;

— хорошими характеристиками скольжения;

— необходимой стойкостью к повреждению ржавчиной;

— позволяет обеспечить экономичность при изготовлении как единичных, так и серийных изделий.

Благодаря этим преимуществам инструменты с режущими кромками из карбидов в течение последних двадцати лет приобретали все большую популярность, и в будущем они также будут, без сомнения, играть очень существенную роль.

Требованиям, предъявляемым к материалам для режущих инструментов отвечают только карбиды, относящиеся в соответствии со стандартом ОВД 4990 к группе К. Принимая во внимание сложность определения материалов этой группы, при изучении карбидов, полученных различными способами, особое значение приобретает сравнение их физических характеристик.

Для различных целей применяются различные материалы этой группы; от сверхтвердого, мелкозернистого ПК 01 для обработки ДВП средней плотности и облицованных ДВП, мелкозернистого ТШ 06 для облицованных и необлицованных ДВП и многослойной фанеры, до жестких мелкозернистых и сверхмелкозернистых марок.

В последние годы на первый план выступили сверхмелкозернистые и микрозернистые марки. К сверхмелкозернистым карбидам относятся материалы с размером карбидного зерна менее 1 микрометра.

Первые мелкозернистые сплавы были разработаны в начале семидесятых годов в США ("Карболой") и Японии. В Европе эти материалы стали производить фирмы "Крупп", "Стеллрам" и "Лейко".

Металлокерамика

Металлокерамикой называют неоднородные сплавы, изготавливаемые из керамических карбидов и металлов в качестве связующего.

В настоящее время этим термином обозначают титаноуглеродный сплав с нитридом никеля, состав которого можно изменить, дополнив связующим с молибденом и кобальтом и добавив карбиды таких металлов, как молибден, вольфрам и тантал. Первым металлокерамическим материалом из никелесвязующего и титано-молибденовой карбидной смеси явился "Титанит С", изготовленный фирмой "Металлверк Планзее".

Прочность на изгиб и твердость этих материалов почти такая же, как и цементированных карбидов. До настоящего времени металлокерамику использовали в основном при механической обработке металлов и редко — в деревообработке. Из-за высокого содержания связующего (от 10 до 15%) хороших результатов можно добиться лишь при обработке массивной древесины.

Керамика

В прошлом при машинной обработке применялись как оксидированные,так и неоксидированные керамические материалы. Однако оксидированные материалы не обладают достаточной прочностью кромки на скол, необходимой для деревообработки, и только буквально в последние несколько лет, применив окись алюминия, усиленную материалом «SiC-Whisker» удалось добиться результатов, сопоставимых с получаемыми при применении карбидов. Однако из-за образования окалины при заточке, возможной канцерогенное «Whisker»'а и относительно высокой стоимости производства применение этих материалов пока все еще находится в стадии экспериментов. Жесткость неоксидированных материалов гораздо выше жесткости оксидированных, но стоимость их изготовления по сравнению с карбидами гораздо выше.

Алмазы

Алмазы в качестве режущих материалов в составных инструментах и как вставки в комбинированных инструментах впервые были применены в середине семидесятых годов. Эта технология развивалась неравномерно, поскольку сначала было необходимо найти наиболее подходящий для обработки древесины размер зерна

и такие связующие, которые бы позволили создать режущие инструменты из поликристаллических алмазов и карбидов. К тому же геометрия режущих инструментов из алмазов поликристаллической структуры существенно отличается от геометрии инструментов с карбидными режущими кромками: задний угол его заточки 70°, а угол заострения резца — 7°.

Процесс износа этих инструментов носит характер эрозии, приводящей к закруглению режущей кромки. Так называемый "парадонтоз", характерный для инструментов с режущими кромками из карбидов, у инструментов из поликристаллических алмазов не наблюдается (хотя, возможно, он и имеет место). В настоящее время алмазные инструменты в основном применяются при производстве серийных изделий из облицованных ДВП, поверхность которых обладает высокой истирающей способностью, и гораздо реже — для изготовления деталей с фасонной поверхностью.

Карбидные покрытия

Приблизительно с 1970 г. на резцы с режущими кромками из карбидов стали наносить покрытие — сначала из карбида титана, а затем — из смеси карбида титана (нитрид и сложные покрытия из карбидов), нитридов (окиси алюминия), а также сложные многокомпонентные покрытия. Все эти покрытия значительно снизили износ задней поверхности режущей кромки и кратерообразный износ в результате скольжения по ней стружки во время обработки металлов.

Из-за несоответствия геометрии резания требованиям деревообработки при использовании таких покрытий в этой области они сдираются уже после обработки всего нескольких метров материала. То же наблюдается с покрытиями из аморфного и кристаллического углерода. Хотя срок службы, по сравнению с долговечностью обычных инструментов с режущими кромками из карбидов, и повышается на 10—20%, все же пока эти материалы с нанесенным покрытием еще недостаточно экономичны.

Большинство разработок, направленных на совершенствование этих материалов, почти полностью относилось к металлообработке, где эксплуатационные условия сильно отличаются от деревообработки. И все же, если в дальнейшем будут учтены специфические требования обработки древесины и плит, вполне можно ожидать появления покрытий, подходящих для этой отрасли.

Заключение

В последние пятнадцать лет в деревообрабатывающей промышленности заметна тенденция к применению режущих кромок из сверхмелкозернистых карбидов, отличающихся высокой износостойкостью, прочностью и твердостью. Благодаря увеличению доли комбинированных инструментов за счет составных повышается эффективность эксплуатации высокоизносостойких карбидных материалов, в результате чего достигается лучшее соответствие технологических характеристик цене.

Применение резцов из алмазов поликристаллической структуры, резко повысившее экономичность обработки серийных изделий из ДВП с твердым покрытием, также можно считать важным новшеством.

Быстрорежущая сталь и стеллит еще сохраняют значение для деревообработки, но в дальнейшем они, по-видимому, будут вытеснены сверхмелкозернистыми карбидами. Керамика, металлокерамика и карбиды с покрытием пока еще не нашли заметного применения в этой отрасли промышленности.

Сайт разработан на ExpressionEngine
Copyright © ForestLive.ru, 2008-2013  ·  Все права принадлежат ForestLive.ru