Повышение эксплуатационных свойств соединений дереворежущих ленточных пил тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.06.02, кандидат технических наук Меньшуткин, Николай Николаевич

• Меньшуткин, Николай Николаевич
• кандидат технических наук
• 1983

Оглавление диссертации кандидат технических наук Меньшуткин, Николай Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Обзор работ по изучению напряжённого состояния, прочности, долговечности ленточных пил и их соединений. Выводы

1.2. Производственные наблюдения качества, долговечности сварных соединений ленточных пил

1.2.1. Методика производственных наблюдений

1.2.2. Содержание, последовательность наблюдений, их объём

1.2.3. Оценочные показатели наблюдений, методы их измерения, обработка результатов

1.2.4. Результаты производственных наблюдений. Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эксплуатационных свойств соединений дереворежущих ленточных пил»

Высшая цель экономической стратегии Коммунистической партии нашей страны - неуклонный подъём материального и культурного уровня жизни народа, создание лучших условий для всестороннего развития личности на основе дальнейшего повышения эффективности всего общественного производства, увеличения производительности труда, роста социальной и трудовой активности советских людей / I - 4 /.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Генеральным направлением развития лесной и деревообрабатывающей промышленности в XI пятилетке и в перспективе до 1990 года является дальнейшее улучшение использования лесных ресурсов при увеличении комплексной переработки древесины. Одним из путей решения поставленной задачи является широкое использование в деревообрабатывающей промышленности ленточнопильных станков для получения продукции из древесины /5 - 9 /.

К факторам, сдерживающим более широкое распространение ленточ-нопильных станков, относится и£низкая надёжность соединений ленточных пил. Отказы ленточных пил из стали 9ХФ в условиях эксплуатации на лесопильно-дерезообрабатывающих предприятиях г.Архангельска из-за нарушения целостности сварных соединений составляют 13-18 %. Этот недостаток может быть устранен путем исключения трещинообра-зования в соединениях ленточных пил, что важно не только для существующих условий эксплуатации, но и при улучшении качества ленточного пиления за счёт увеличения усилия натяжения, так как даже при повышении эксплуатационных свойств полотен пил их соединения в сравнении с исходным материалом будут иметь худшие показатели.

В связи с этим тема диссертации имеет теоретический и практический интерес, актуальна.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка рекомендаций по повышению эксплуатационных свойств соединений ленточных пил на основе снижения трещинообразования по их зонам.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. При разработке и анализе зависимостей для оценки долговечности и надёжности соединений ленточных пил в работе использован принцип линейного суммирования усталостных повреждений, методы интегрального исчисления, аппроксимации, исключения, теории вероятности и математической статистики. В работе применены методы испытаний образцов различных соединений на долговечность при одностороннем изгибе и одностороннем изгибе с растяжением в лабораторных условиях и сварных соединений ленточных пил на производстве, статистические методы обработки и анализа их результатов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы состоит в:

- уточнении особенностей усталостного разрушения паяных и сварных соединений ленточных пил,

- применении при изучении долговечности соединений пил схем нагружения - односторонний изгиб и односторонний изгиб с растяжением плоских образцов,

- использовании для оценки соединений ленточных пил метода, учитывающего количественные и качественные признаки их долговечности,

- разработке расчётных зависимостей для оценки долговечности соединений ленточных пил на основе линейной теории суммирования усталостных повреждений, изменчивости напряжений, режима нагружения, свойств идеального и реального соединения и использования их при обосновании направлений её повышения,

- обосновании возможности применения поверхностной упрочняющей роликовой обкатки, изменения режима нагружения для повышения долговечности соединений ленточных пил.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы:

- разработаны и проверены экспериментально в лабораторных и производственных условиях рекомендации по повышению эксплуатационных свойств соединений ленточных пил,

- уточнено влияние режимов нагружения, способов изготовления, толщины соединений пил на их долговечность,

- определены предельные напряжения для паяных и сварных соединений ленточных пил из стали 9ХФ,

- обосновано применение метода для оценки надёжности соединений ленточных пил при разработке и изготовлении, зависимостей для определения их долговечности,

- изготовлены испытательные установки для исследований образцов соединений пил на долговечность и выносливость, экспериментальный аппарат для упрочняющей обработки соединений по способу обкатки.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных рекомендаций по повышению эксплуатационных свойств сварных соединений ленточных пил за счёт уменьшения простоев ленточнопильных станков, расхода полотен пил, электроэнергии составит для отрасли II6538 руб.

По материалам диссертации опубликовано 4 статьи. Основные теоретические и практические результаты работы доложены, обсуадены и одобрены на научно-технических конференциях молодых учёных и специалистов ЦНИИМОД / Архангельск, 1980-1983 гг /, Второй всесоюзной творческой конференции молодых учёных и специалистов Министерства лесной, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности СССР / Химки, даИИМЭ, 1982 г.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА I.I. Обзор работ по изучению напряжённого состояния, прочности, долговечности ленточных пил и их соединений. Выводы. Напряжённое состояние дереворежущих ленточных пил рассматривали в своих работах / 10-24 / многие отечественные и зарубежные учёные. А.Э.Грубэ J 10,11 J приводит теоретическое толкование основным факторам, характеризующим напряжённое состояние пил. По мнению автора сложную картину напряжений, действующих в ленточной пиле, определяют напряжения изгиба, натяжения, инерционные, от сил резания, температурных перепадов, вальцевания, наибольшими из которых являются напряжения натяжения и изгиба. Автор подчёркивает неравномерность распределения по ширине полотна напряжений от сил резания древесины, теплового воздействия и прочих напряжений, являющихся результатом обработки и установки лент на шкивах. А.Е.Феоктистов / 12,13 / отмечает, что на ленточную пилу в процессе работы действует так же напряжение от ударов невыправленных мест спая, от скручивания полотна и другие, трудно поддающиеся определению и подсчёту, что при хорошей подготовке пил к работе и технически грамотной эксплуатации станка величина их незначительна. В.Ф.Фон-кин / 14 J отмечая, что наибольшие суммарные напряжения возникают в зоне касания передней кромки с ведущим шкивом на дуге покоя, рекомендует дополнительно учитывать напряжения от изгиба полотна в плоскости пропила. Е.Д.Добрынин / 15,16 / экспериментально определил, что напряжение изгиба - наибольшее в общем балансе напряжений ленточной пилы и его средняя, экспериментально полученная, величина совпадает с общепринятой расчётной.

Качественный и количественный анализ напряжений, действующих в ленточной пиле и рассмотренных в работах учёных / Ю/ показывает: I-напряжение от силы натяжения равномерно распределяется по всей ширине полотна пилы, рекомендуемая средняя величина напряжения натяжения из условий прочности (устойчивости) пилы составляет 50- 100 Н/мм ; 2 - напряжения изгиба по ширине полотна распределяются равномерно, но приложены они только к тем частям полотна, которые в данный момент изогнуты на шкивах, величина напряжений изгиба в среднем имеет значение 200-220 Н/мм2; 3 - инерционные силы, действующие на полотно пилы, проявляются только в процессе её движения, в пределах практических скоростей резания 30 - 50 м/с величина инерционных напряжений колеблется от 6 до 20 Н/мм ; 4 - среднее значение напряжений от сил резания и подачи, отнесенное ко всей ширине пилы, обычно не превышает 10-15 Н/мм , но так как местом приложения этих сил являются зубья пилы, напряжения от их действия, концентрируясь у зубчатой кромки, достигают значительных величин; 5 - при обычных условиях работы величина напряжений от температурных перепадов колеблется от 22 до 60 Н/мм ; распределение величин напряжений от вальцевания полотна неравномерно, при вальцевании на конус и угле наклона верхнего пильного шкива 10 - 151 передняя кромка будет испытывать напряжение на 20-26 Н/мм2 больше задней.

Исследуя характер нагружения ленточной пилы при работе учёные, сравнивая работу пил с работой детали / 17,18 / или ременной передачи / 19,24 /, находящихся в тяжелых условиях эксплуатации, делают вывод, что цикл нагружения внешних волокон полотна - асимметричный ( 13,16,20 ) с коэффициентом асимметрии 0,3 / 18,22 /, а внутренних волокон, прилегающих к ободу пильных шкивов - симметричный / 18 /.

Таким образом, по общему мнению учёных, в процессе пиления на полотно ленточной пилы действует комплекс сил, вызывающий в нём соответствующие по величине и знаку напряжения, суммарная величина наибольших напряжений - напряжений изгиба и натяжения, в общем балансе составляет примерно 70-80$; характеристики режимов нагружения наружных и внутренних волокон полотна различны.

Следует отметить, что особенности эксплуатации соединений с разными усилиями натяжения пильных лент исследователями изучены недостаточно полно: в работах / 13,16 / подчёркивается, что соединения пил работают в облегченных условиях, так как отожённый зуб, находящийся в их зоне, занижен.

Исследуя прочность, долговечность ленточных пил, их соединений, учёные отмечают, что величина суммарных напряжений в пиле значительна и может привести /10-19/, приводит /11,14,25,39,40/ к её усталостному разрушению. А.Э.Грубэ /II/ подчеркивает, что при повышении усилия натяжения пилы в два и более раз суммарное напряжение превзойдёт допустимое и при наличии местных дефектов (риски, острые углы от заточки, наклёп ленты по задней грани) это приведёт к возникновению трещин и разрушению пильной ленты. А.М.Дешевой /Ю/ рассматривая прочность соединений пил и считая, что прочность спая равна 500-600 Н/мм , обращает внимание на возможность разрушения их, так как величина максимальных напряжений значительна. В широком круге работ /11-26/ отмечается, что основная причина появления трещин - пульсирующий характер напряжений и наибольшее влияние на возникновение, развитие трещин усталости оказывают напряжения изгиба, что более подвержены усталостному разрушению наружные волокна полотна пилы /13,16,18,28/.

Б.Туннел /20/ отмечает, что напряжения в пиле имеют пульсирующий характер и частота, с которой происходит изменение напряжений, может привести к изменению числа циклов нагружения, что в свою очередь приводит к усталостному разрушению. Это утверждение автора вызывает сомнение, так как величина напряжений, их пульсация - основные причины усталостного разрушения, а изменение числа циклов влияет на скорость накопления, развития усталостных повреждений.

С.П.Почекутов, В.П.Власов, П.И .Орёл / 25 / исследуя прочность ленточных пил обращают внимание на понижение усталостной прочности материала пил в результате периодического изменения напряжений, подчёркивают, что усталость материала возникает в местах наибольшей концентрации напряжений, а именно в самой нижней точке межзубовой впадины, где возникают примерно 80$ трещин. М.А.Жерно-куй, Г.ПЛечкуров /28 / отмечая, что в полотнах ленточных пил для распиловки брёвен 7А% образующихся трещин располагаются во впадинах зубьев, 13% - на их спинке, 6,5$ - на тыльной кромке полотна, подчёркивают, что концентрация напряжений в сочетании с их цикличностью - не единственная причина образования трещин, так как необходимо учитывать так же соотношение относительной длины тыльной и передней кромок, нестабильность структуры и твёрдости полотна пилы.

К.А.Яейхтлинг, А.М.Кузнецов, М.С.Синяговская /29 / в результате экспериментального анализа сделали не традиционный вывод о том, что причиной усталостного трещинообразования ленточных пил являются не напряжения растяжения, а напряжения сжатия, возникающие при огибании шкивов на внутренней поверхности полотен.

Следовательно, мнение большинства учёных / 11-26/ об усталостном разрушении ленточных пил по всем зонам, как результате действия пульсирующих суммарных напряжений, совпадает. Необходимо отметить, что нестабильность структур характерна и для материала соединений, однако исследователи долговечность соединений в своих работах рассматривают не в полном объёме.

Оценивая надёжность работы ленточных пил, исследователи для определения запаса прочности обрабатывали диаграммы предельных напряжений /13,18,19,30/. При этом авторы работ / 13,19/ принимали эмпирические зависимости между пределом выносливости и пределом прочности материала пил, определяя предел выносливости при о симметричном цикле, равным 620-640 Н/мм , т.е. завышенным. На основании такого подхода С.Хикоити / 19 / приходит к выводу, что при обычных условиях эксплуатации запас прочности ленточных пил равен 3,0 и обращает внимание на возможность уменьшения прочности пиловой стали; А.Е.Феоктистов /13 / подчёркивает, что трещины усталости будут появляться для участков полотна, не подвергающихся нагреву при соединении концов, при величине суммарных напряжений

2 ? I000-II00 Н/мм , для соединений пил при 400-450 Н/мм , что вызывает сомнение, так как даже при меньшей величине суммарных напряжений в ленточных пилах возникают усталостные повреждения. И.И.Трубников / 18 / по диаграмме Смита определил предел выносливости материала полотна пил для симметричного цикла нагружения, равным о

500 Н/мм и считает расчётный коэффициент запаса прочности 1,56 заниженным. Г.Ф.Прокофьев, С.Г.Поромов /30/ отмечают, что увеличение усилия натяжения в два раза по сравнению с обычно применяемым для пил из стали 9ХФ с пределом выносливости при симметричном цикле О

410 Н/мм снижает запас прочности с 1,76 до 1,53. В.Ф.Фонкин /14/ рассматривая прочность холодно-катанной ленты (предел прочности 1500-1600 Н/мм^), приходит к выводу, что допустимые напряжения о для этой ленты 670-720 Н/мм обеспечивают сохранность её при неограниченном числе циклов нагружения.

Таким образом, авторы работ /13,18,19/ не располагая экспериментальными данными о выносливости материала пил для конкретного режима нагружения, используя эмпирические зависимости предела выносливости материала от предела прочности, определяли выносливость инструментальной стали пил, для условия асимметричного цикла нагружения по предельным диаграммам определяли величину допустимых максимальных суммарных напряжений для пил, рассчитывали их запас прочности, что является не совсем точным. Следует отметить, что при рассчёте коэффициентов запаса прочности исследователи не учитывали предел выносливости материала при отнулевом цикле нагружения.

Многие авторы /16,31-36/, исследуя прочность соединений ленточных пил, указывают на возникновение в них трещин усталости.А.Э.Гру-бэ / 31 / впервые обращает внимание на значительное число отказов пил из-за нарушения целостности соединений, подчёркивая, что вопросы прочности, долговечности соединений дереворежущих ленточных пил исследователями изучались недостаточно полно. А.Е.Феоктистов /26 /, Е.Д.Добрынин /15,16/ отмечают, что даже при облегчённых условиях работы соединений, вследствие занижения высоты отожённого зуба,там возникают трещины усталости. По данным Е.Д.Добрынина /16/ в соединениях ленточных пил возникают примерно 1&% трещин усталости.

A.Э.Грубэ / 31/ исследуя прочность паяных медноцинковыми, серебряными припоями соединений, делает вывод, что вне зависимости от природы припоя прочность соединений зависит от режимов паяния, рекомендует для ленточных пил соединения, паяные припоями с низкой температурой плавления. Автор подчёркивает, что при минимальном коэффициенте запаса прочности 2,0 и прочности спая 700-800 Н/мм допускаемое суммарное напряжение не должно превышать 300-400 Н/мм , отмечает перспективность соединений, изготовленных на аппаратах для электроконтактной сварки. Е.Д.Добрынин / 32 / экспериментально определив прочность паяных, сварных соединений, так же делает вывод о перспективности сварных соединений, изготовленных методом электроконтактной сварки.

B.П.Власов /33,34/ исследуя соединения пил, паяные серебряными припоями, отмечает, что прочность спайки практически равна прочности пильной ленты в зоне отпуска и в зоне шва не происходит повышения твёрдости. На основании испытаний сварных, паяных соединений (растяжение, изгиб) автор делает вывод о большей эффективности электроконтактной сварки, чем газовой, о превосходстве по общему уровню показателей сварных соединений, изготовленных на аппаратах для электроконтактной сварки, над паяными. На наш взгляд последнее утверждение автора носит частный характер.

А.В.Портер /21/ сообщая, что средняя величина предела прочности сварных соединений составляет примерно 2/3 прочности основного материала пил, подчёркивает, что при расчётах следует брать предел выносливости пиловой стали, а не сварного соединения. По его мнению, экспериментально не подтверждённому, предел выносливости сварного соединения больше, чем предел выносливости пилы с концентратором напряжений в виде впадины. Принимая коэффициент концентрации напряжений, равным 2,0-2,5, А.В.Портер подчёркивает, что именно поэтому трещины усталости неизменно возникают у основания впадин. Возникновение трещин усталости по соединениям пил автор полностью исключает, что представляется нам ошибочным.

Таким образом, многие учёные /11,20/ отмечают, что в процессе эксплуатации ленточных пил имеет место усталостное разрушение соединений, однако вопросы долговечности, выносливости их изучены не в полном объеме. Исследователи /31-35/ в основном проводили испытания соединений на растяжение, изгиб и на основании результатов оценивали их пригодность для различных условий эксплуатации. Вопросы более точной оценки разных соединений ленточных пил и пригодности для условий эксплуатации пил по единому показателю надёжности, полученному с учётом результатов испытаний соединений на долговечность, выносливость в работах исследователей /10-39/ не изучены.

Исследуя работоспособность ленточных пил, отмечая их большой аварийный расход многие исследователи обращают внимание в своих работах ДЗ,16,22,25,39,40/ на низкие усталостные свойства лиловой стали отечественного производства, на важность выбора геометрических параметров пил, зубчатого венчика, качества подготовки пил к работе, геометрической точности ленточнопильных станков с целью повышения работоспособности, долговечности пил. А.А.Настенко /37/ обращает внимание в целом на низкие эксплуатационные свойства ленточных пил для распиловки древесины, изготовленных из стали 9ХФ.

Ю.В.Малышев /22/ отмечает, что согласно теории усталостной прочности материал после предварительного циклического нагружения должен несколько упрочниться, однако опыты показали значительную разницу пределов выносливости образцов со стандартным и производственным профилем. Анализируя зависимость между твердостью, запасом прочности и коэффициентом усталостной прочности материала, автор делает вывод, противоположный выводу А.Е.Феоктистова /26/, что увеличение твердости материала пил приводит к увеличению их долговечности, отмечает при этом, что уменьшение коэффициента усталостной прочности объясняется более быстрым ростом предела прочности материала при увеличении твёрдости, чем предела выносливости.

Таким образом, при общем мнении большинства исследователей в отношении улучшения усталостных свойств материала ленточных пил, повышения качества их изготовления и эксплуатационных свойств с целью повышения работоспособности, долговечности (табл.1.1, 1.2), по вопросам влияния твёрдости материала пил на их долговечность, рекомендуемого натяжения пил, долговечности их по трещине усталости мнения и данные учёных не совпадают (табл.1.3, 1.4). В работах /11,13,14/ обращается внимание на улучшение качества изготовления соединений пил, однако работоспособность, долговечность их

Табл. I.I

Рекомендации для повышения долговечности дереворежущих ленточных пил.

Ш.

Авторы

Общие рекомендации

I. А.Э.Грубэ

2. А .Е .Феоктистов

Учитывать условия эксплуатации при определении геометрических параметров пил, зубчатого венчика, соблвдать толщину в соответствии с диаметрами пильных шкивов, увеличить радиус закругления межзубовой впадины, повысить геометрическую точность станков, улучшить качество подготовки пил к работе.

Снижать концентрацию напряжений у зубчатой кромки путём однократного прокатывания (вальцевания) с небольшим давлением, стабилизировать величину напряжения натяжения пил, увеличивать радиус закругления впадины, уменьшить твёрдость материала пил, более тщательно готовить пилы к работе.

Уменьшить напряжения изгиба, улучшить профилировку впадины, применять вместо паяных медно-цинковыми припоями соединений сварные соединения, изготавливаемые на аппаратах для электроконтактной сварки.

Применять поверхностный наклёп, более тщательно обрабатывать межзубовую впадину, улучшить усталостные свойства материала пил.

3. Е.Д.Добрынин

4. И.И.Трубников

С.П.Почекутов 5. В.П.Власов, П.И.Орёл

6. Ю.В .Малышев

Соблвдать геометрические параметры ленточных пил в соответствии с размерами пильных шкивов, увеличить радиус закругления впадины, улучшить качество подготовки пил к работе, усталостные свойства пиловой стали.

Увеличить радиус окружности впадин, уменьшить напряжения изгиба, улучшить усталостные свойства материала пил, повысить его твёрдость.

Продолжение

7 М.АДернокуй, Г .П. Печку ров

8. В.Ф.Фонкин

9. К.Я.Хуадв

10. А.А.Настенко

11. С.Хикоити

12. Б.Туннел

13. А.В.Портер

Г.Палич, ^• К .Путткаммер

В.И*Санёв, 15 • Л.ГЛвамм

Упрочнить полотно пил путём вытяжки на заводе-изготовителе, повысить выносливость инструмен ной стали, более тщательно контролировать напряжённое состояние полотен.

Стабилизировать величину напряжения натяжения, увеличить радиус закругления впадины, уменьшить напряжения изгиба, повысить геометрическую точность станков, усталостные характеристики пиловой стали, улучшить качество подготовки пил к работе.

Повысить, сопротивляемость полотна развитию усталостных трещин, увеличить радиус закругления впадины, улучшить качество её периметра.

Улучшить эксплуатационные свойства пиловой стали, обновить технику и технологию изготовления ленточных пил.

Уменьшить напряжения изгиба, более тщательно обрабатывать межзубовую впадину.

Уменьшить напряжения изгиба, увеличить радиус закругления межзубовых впадин, уменьшить частоту пульсации напряжений.

Уменьшить напряжения изгиба, более тщательно обрабатывать межзубовую впадину.

Выдерживать геометрические параметры пил в соответствии с размерами пильных шкивов, уменьшить напряжения изгиба, более качественно вести на всех операциях подготовку пил к работе.

Снизить содержание серы и фосфора в материале, используемом для изготовления ленточных пил, уменьшить ребровую кривизну пил, поступающих в эксплуатацию, концентрацию напряжений в зоне межзубовых впадин, напряжения изгиба, изменить угол поднутрия плющения зуба до 0 рад, применять поверхностный ультразвуковой наклёп.

Табл. 1.2.

Рекомендуемые соединения для дереворежущих ленточных пил. п/п Авторы Соединения Примечание

I 2 3 4

Паяные - П-Мц-42, Пср-45, Отмечает пер

I. Е.Д.Добрынин Сварные ( АСЛП-1 ) Паяные Пср-45, Пср-65, спективность сварных. Отмечает

2. А .Э .Грубэ П-Мц-42, Л62 Сварные ( АСЛП-1 ) Паяные -Пср-45, Пср-65, перспективность сварных

3. В.Ф.Фонкин П-Мц-42, Л63. Сварные ( АСЛП, К-274 ) Паяные - Пср-45, Пср-65,

4. Ф.В.Швырёв П-Мц-42, Л62 Сварные ( АСЛП )

Табл.1.3.

Среднее время работы ленточных пил до появления трещин усталости в межзубовых впадинах. п/п Исследователи Ф.И.О. Материал пил Отношение V2 Среднее время, час

I Фонкин В.Ф. 85ХФ 0,0012 12 - 15

2 Добрынин Е.Д. 85ХФ 0,001 8 - 12

3 Трубников И.И. 85ХФ 0,001 8-10

4 Жернокуй М .А. Печку ров Г.П. 85ХФ 0,0009 25-30

Примечание.

S - толщина ленточной пилы, мм,

5) - диаметр пильного шкива станка, мм. Табл. 1.4.

Рекомендуемые величины напряжения натяжения ленточных пил и твёрдости материала пильных лент.

J£ Исследователи Твердость Напряжение п/п Ф.И.О. HRC натяжения, Н/мм2

I Дешевой М .А. 40 - 50

2 Грубэ А.Э. 50 - 60

3 Феоктистов А.Е. 38 - 40 50 - 100

4 Швырёв Ф.А. 50 - 70

5 Лапин П.И. 50 - 70

6 Хикоити С. 70 - 100

7 Тунелл Б. 42 - 48 70 - 120

8 Добрынин Е.Д. 38 - 43

9 Малышев Ю.В. 48 - 50 — в условиях эксплуатации, варианты повышения эксплуатационных свойств изучены не. достаточно.

Исследование материалов /10-39/ позволяет сделать следующие выводы:

1. В практике эксплуатации ленточных пил имеет место значительное число отказов по причине нарушения целостности их соединений, однако многих исследователей в большей степени интересовали вопросы прочности, долговечности пил вне соединений, вопросы повышения усталостных свойств исходного материала. Необходимо подчеркнуть, что даже при улучшении усталостных свойств материала пил, их соединения (сварные, паяные) будут иметь в сравнении с основным материалом худшие свойства, весьма близкие к свойствам соединений пил, изготовленных из неулучшенных марок сталей.

2. Подводя итог исследований материалов следует отметить недостаточную изученность соединений дереворежущих ленточных пил не только с теоретических, но и с экспериментальных позиций.

3. Следовательно, для более полного анализа состояния вопроса необходимо изучить качество, долговечность соединений ленточных пил в производственных условиях.

Заключение диссертации по теме «Машины и механизмы лесоразработок, лесозаготовок, лесного хозяйства и деревообрабатывающих производств», Меньшуткин, Николай Николаевич

ОБШИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Отказы делительных ленточных пил из стали 9ХФ из-за нарушения целостности (трещины, разрывы) соединений, изготавливаемых на аппаратах для электроконтактной сварки, в условиях эксплуатации на лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях г.Архангельска составляют 13-18 %, табл. 1.7.

2. Резерв напряжений для соединений ленточных пил из стали 9ХФ при существующем уровне изготовления и эксплуатации минимален, так как суммарная величина напряжений в них может быть равна 350-400

Н/мм и более /II,13,14/,а предельные напряжения для паяных и свар. ных соединений имеют значения от 397 до 449 Н/мм , табл.3.5.

3. Показатели Q^ и Q^ .учитывающие количественные (среднее арифметическое значение величины) и качественные (среднее квадрати-ческое значение величины) признаки долговечности и оценивающие реальные соединения ленточных пил из стали 9ХФ в сравнении с идеальным (исходный материал), имеют значения от 77,23 до 85,60$,табл.3.2.

4. Наибольшую долговечность имеют образцы соединений, паяные припоем ПСр-45; долговечность образцов соединений, изготовленных на аппаратах для электроконтактной сварки и паяных припоем Д63, незначительно отличается друг от друга, табл.20П, рис.3.7.

5. Долговечность образцов соединений, паяных припоем ПСр-45, больше долговечности образцов соединений, паяных припоем Л63, в 1,8-2,5 раза, табл.20П, рис.3.7, что объясняется различием температурных режимов их изготовления.

6. Долговечность образцов соединений, паяных припоем ПСр-45, больше долговечности образцов соединений, изготавливаемых на аппаратах для электроконтактной сварки, в 1,4-2,2 раза, табл.20П, рис.3.7. Это объясняется отличием способов и режимов изготовления соединений,паяных серебряными припоями, и соединений, изготавливаемых на аппаратах для электроконтактной сварки.

-169

7. Разброс долговечности образцов паяных соединений больше, чем у образцов соединений, изготовленных на аппаратах для электроконтактной сварки, табл.2711, рис.3.7, что объясняется большим числом дефектов паяных соединений, чем сварных, наличие которых зависит от качества и свойств припоя, флюса, технологии паяния.

8. Разброс долговечности образцов сварных соединений больше, чем у образцов исходного металла на 40$, табл.23,2511. Это объясняется различием способов изготовления реального (сварное) и идеального (исходный металл) соединений, а так же недостаточной стабильностью работы аппаратов в обеспечении требуемых режимов изготовления соединений.

9. Предел выносливости образцов сварных соединений ленточных пил из стали 9ХФ, изготавливаемых на аппарате АСДП-18, для цикла нагружения с коэффициентом асимметрии 0,3 меньше, чем у образцов исходного материала на базе 1*Ю6 циклов на 253 Н/мм2, табл.33,39П, рис.3.17.

10. Уравнение долговечности образцов сварных соединений ленточных пил из стали 9ХФ (аппарат АСЛП-18) для цикла нагружения с коэффициентом асимметрии 0,3 имеет вид, табл.44П: tcjN= 8,4475 - 0,0042 б

11. Снижение долговечности образцов соединений для цикла нагружения с напряжениями от изгиба и растяжения при увеличении их толщины на 0,2 мм для режима (5max = const (<этах *co/nt ,(5Н= const) на 20-25$ (50-60$) или в 1,7-2,1 раза при переходе от цикла нагружения с коэффициентом асимметрии 0,3 к одностороннему плоскому изгибу образцов, табл.23,32П, рис.3.18, объясняется большим влиянием на интенсивность процесса накопления и развития усталостных повреждений напряжения от изгиба, чем от растяжения.

12. При уменьшении суммарного напряжения нагружения соединений ленточных пил за счёт исключения напряжений от сил резания долговечность их увеличивается на 13-20$,табл.47П. Это объясняется общей закономвряостью влияния напряжения нагружения на долговечность изделий.

13. Уравнение долговечности сварных соединений ленточных пил из стали 9ХФ (аппарат АСЛП-I) для цикла нагружения с коэффициентом асимметрии 0,3 имеет вид, табл.4411:

Т = 518,8 • 10 - 0>0043♦< бы+бн)

14. Влияние различных факторов на долговечность соединений ленточных пил не однозначно, табл.32,38,43,4711. Для диапазона суммарных напряжений 350-400 Н/мм долговечность соединений изменяется следующим образом:

- увеличивается на : 12-15$ при повышении предела выносливости р на Ю Н/мм ; 3-7$ в результате снижения напряжения от сил резания за счет уменьшения высоты зубьев на 0,1 мм; 10-12$ при увеличении длины ленточной пилы на I м; 20-25$ при уменьшении пробега пил на I с"1; 22-24$ при увеличении коэффициента асимметрии цикла нагружения на 0,1 для постоянного уровня нагружения за счёт уменьшения напряжения от изгиба и увеличения на такую же величину напряжения от натяжения;

- уменьшается на: 2-3$ при увеличении толщины соединений на 0,01 мм; 3-4$ при увеличении скорости резания на I м/с; 12-15$ при увеличении напряжения нагружения.

15. Повышение долговечности соединений ленточных пил в порядке влияния необходимо проводить в следующих направлениях: снижение максимальных напряжений, увеличение предела выносливости, изменение цикла нагружения в сторону увеличения коэффициента асимметрии и уменьшение пробега пил.

16. При изготовлении паяных и сварных соединений ленточных пил формируются следующие участки с пониженным сопротивлением усталостному разрушению: у паяных соединений - скос (стык) и границы контакта кромок паяльных брусков и полотна; у соединений, изготавливаемых на аппаратах для электроконтактной сварки,-участки на расстоянии 2-7 мм от линии шва.

17. Усталостное разрушение образцов паяных соединении по скосу с началом разрушения по линии скоса или в непосредственной близости от нее объясняется недостаточным сцеплением припоя и исходного металла^ разрушение по границам контакта кромок паяльных брусков и полотна - большим температурным перепадом и возникновением границ (зон) перехода от одной структуры к другой, имеющих пониженную сопротивляемость разрушению.

18. Усталостное разрушение образцов сварных соединений по участкам на расстоянии 2-7 мм от линии шва, где перепады твёрдости наибольшие (табл.5,611), объясняется различием зон термического влияния соединений, вследствие чего на участках с большим перепадом твёрдости образуются структуры с более низким сопротивлением повреждаемости границ зёрен, чем на других.

19. Разрушение образцов соединений, начинаясь с поверхностных слоёв, происходит по металлу, имеющему низкую усталостную прочность. У сварных и паяных соединений (за исключением дефектных) - это ото-жённый металл.

20. Увеличение выносливости отожённого металла соединений за счет поверхностного упрочнения - одно из основных направлений повышения их долговечности при существующем уровне изготовления и эксплуатации.

21. Большую значимость, из-за дефицитности и высокой стоимости припоев на серебряной основе и большего разброса долговечности паяных соединений, чем сварных, имеют работы в направлении повышения надежности и долговечности соединений, изготавливаемых на аппаратах для электроконтактной сварки.

22. Наибольшую долговечность имеют образцы сварных соединений ленточных пил из стали 9ХФ, дополнительно обработанные на аппарате для обкатки с усилием 700 Н, табл.52П. (Диаметр упрочняющего ролика 50 мм, профильный радиус 3 мм, число проходов 3).

23. Действие усилия обкатки на долговечность образцов сварных соединений ленточных пил из стали 9ХФ не однозначно: при увеличении усилия обкатки с 600 до 700 Е долговечность образцов возрастает.при дальнейшем повышении-уменыпается, табл.52П. Это объясняется явлениями недоупрочнения и перенаклёпа отожёйного металла соединений.

24. Показатель Qy сварных соединений ленточных пил из стали 9ХФ (аппарат АСДП-18), учитывающий количественные и качественные признаки равной долговечности исходному материалу, после обкатки с усилием ТОО Н увеличился на 11,46$, долговечность - в 2,8 раза, табл.4.3, рис.4.7, 4.8.

25. Долговечность ленточных пил по усталостному разрушению соединений (за исключением дефектных) больше долговечности их по трещине усталости в межзубовой впадине,табл.13,14,43П. Это подтверждает теоретическое предположение А.В.Портера /21/ о необходимости проверочных расчётов ленточных пил с учётом прочностных характеристик исходного материала, а не соединений, и не исключает важность проверочных расчётов последних.

26. Для оценки соединений ленточных пил при изготовлении или разработке применять показатель, учитывающий их эксплуатационные свойства и имеющий вид:

27. При определении долговечности соединений ленточных пил с учётом рассеивания напряжений применять формулу:

Методика применения формулы представлена в табл.48П. Формула может быть так же использована для определения долговечности полотен ленточных пил.

28. Целесообразно для контроля изготовления соединений и поло

Т = i

6336-А-е б^ЪЬ/в + ^-а тан ленточных пил оснастить лаборатории лесопильно-деревообрабаты-вающих предприятий и ГОПМЗ установками для ускоренных испытаний плоских образцов на долговечность.

29. Повышение требований к точности сварных соединений ленточных пил по толщине, уменьшение высоты зубьев, находящихся в зоне резания в период огибания соединением нижнего пильного шкива станка, до нижнего предела поля допуска на их разновысотность, дополнительная обработка соединений по способу обкатки целесообразны к внедрению на производство: отказы ленточных пил из стали 9ХФ из-за нарушения целостности соединений сократились с 13-18% до 3-4%,(разрыв по шву из-за дефектов сварки), расход полотен пил уменьшился на 7%,резерв напряжений для соединений,дополнительно обработанных по способу обкатки, увеличился на 82 Н/мм , табл.4.3, акты проверок, с.285.

30. В целях повышения долговечности соединений дереворежущих ленточных пил необходимо:

- проводить дополнительную обработку наружной пласти полотен пил в зоне соединений по способу обкатки; для соединений пил из стали 9ХФ, изготавливаемых на аппаратах для электроконтактной сварки, режим обкатки - усилие обкатки 700 Н, число проходов 3, диаметр упрочняющего ролика 50 мм, профильный радиус 3 мм,

- не допускать увеличения толщины соединений пил, верхнее отклонение допустимо не более 0,005 - 0,01 мм,

- применять при соответствующей ширине полотна ленточных пил минимальной толщины согласно стандарта,

- уменьшить высоту 3-4 зубьев, расположенных от стыка против направления движения пильной ленты на расстоянии, равном расстоянию между зоной резания и точной начала контакта рабочей ветви пилы с нижним пильным шкивом (например, для ленточнопильного станка модели ЛД125 это расстояние равно 620 мм), до нижнего предела поля допуска на разновысотность, обеспечив равномерность вогнутости их линии вершин на этом участке согласно технологических режимов подготовки ленточных пил,

- выбирать усилия натяжения для соединений ленточных пил с учётом предельных напряжений для них; использовать для соединений пил из стали 9ХФ таблицу определения усилий натяжения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Меньшуткин, Николай Николаевич, 1983 год

1. Ленин В.И. Очередные задачи Советской власти.- Полн.собр. соч., т.36, с.165-208.

2. Брежнев Л.И. Ленинским курсом. М.: Политиздат, 1979.-672 с.

3. Материалы ХХУ1 съезда КПСС.-М.: Политиздат, 1981. 224 с.

4. Брежнев Л.И. Речь на Пленуме Центрального Комитета КПСС 16 ноября 1981 года. Постановление Пленума ЦК КПСС.-М.: Политиздат, 1981. 16 с.

5. Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года.-М.: Политиздат, 1981. 95 с.

6. Валит А.А., Москвин Б.В. Развитие производительных сил Архангельской области. Архангельск: Сев.-Зап.кн.изд-во, 1981. - III с.

7. Вараксин Ф.Д.,Ступнев Т.К. Основные направления технического прогресса лесной и деревообрабатывающей промышленности.- М.: Лесная промышленность, 1973. 136 с.

8. Лобовиков Т.Е., Перов А.П. Экономика комплексного использования древесины.-М.: Лесная промышленность, 1976. 168 с.

9. Серов Н.А. Лесная, деревообрабатывающая промышленность в оди-надцатой пятилетке.-Деревообрабатывающая промышленность, 1981, Jfe 4, с. 1-2.

10. Грубэ А.Э. Дереворежущие инструменты.- М.-Л.: Гослесбумиздат, 1958. 472 с.

11. Грубэ А.Э. Дереворежущие инструменты.-М.: Лесная промышленность, 1971. 344 с.

12. Феоктистов А.Е. Исследование влияния некоторых факторов на устойчивость ленточных пил.: Автореф. Дис.канд.техн.наук.-ОД., 196I. 24 с.

13. Феоктистов А.Е. Подготовка ленточных пил к работе.- М.: Лесная промышленность, 1971. 71 с.

14. Фонкин В.Ф. Лесопильные станки и линии.- М.: Лесная промышленность, 1980. 317 с.

15. Добрынин Е.Д. Деформации и напряжения, возникающие в ленточной пиле при движении.-Изв.вузов.Лесной журнал,1962, №5, с.42

16. Добрынин Е.Д. Исследование напряжений в полотнах ленточных пил. -Дисс.канд.техн.наук. Архангельск, 196I.

17. Трубников И.И. Усталостное разрушение полотен ленточных пил.-Изв.вузов. Лесной журнал, 1965, № 6, с. 91-99.

18. Трубников И.И. Повышение эксплуатационных свойств ленточных пил поверхностным наклёпом.-Дис.канд.техн.наук.-Красноярск, 1965.

19. Сугихара X. Исследование сил, действующих на полотно пилы.-Jritnnationа&г Hohmarkt f 1955, £ 10, S. 8-13.

20. Туннел В. Устойчивость ленточных пил.- Ио(г ай Roh-unoi Wtibsto{i , 28.1970, В 9, S. 343-348.

21. Портер А.В. Некоторые инженерные соображения относительно ленточных пил с высоким натяжением. Jotat TzocLuetS 1ouxnaif 1971, Vot. 21, №24, p.24-32.

22. Малышев Ю.В. Исследование некоторых условий,обеспечивающих рациональную эксплуатацию ленточных пил с твёрдым сплавом для распиловки древесины.-Дис.канд.техн.наук.-Л.,1974.- 198 с.

23. Палич Г., Путткаммер К. Напряжения в ленточных пилах.- /Vo/z a 1% Roh -and Wezkitoffl , 30.1972, tb 5, S. 165-174.

24. Почекутов С.П., Власов В.П., Орёл П.И. Опыт подготовки к работе широких ленточных пил.-М.: Гослесбумиздат, 1963.- 54 с.

25. Феоктистов А.Е. Причины появления трещин в полотнах ленточных пил.-Деревообрабатывающая промышленность, I960, №5, с.12-14.

26. Фонкин В.Ф. Направления развития лесопиления Сибири.-Науч. тр./ВСНИПИЛесдрев, 1962, вып.5, с.48-50.

27. Жернокуй М.А., Печкуров С.П. Влияние отклонения формы и толщины ленточных пил на их устойчивость и прочность.-Деревообрабатывающая промышленность, 1979, № 2, с. 6-7.

28. Лейхтлинг К.А., Кузнецов A.M., Синяговская М.С. Характер трещин на ленточных пилах.-Механическая обработка древесины. Науч.-техн.реф.сб./ВНИПИЭИлеспром, 1971, № 10, с. 7-8.

29. Прокофьев Г.Ф., Поромов С.Г. О прочности ленточных пил.-Архангельск, 1978. 9 с. Деп. в ВИНИТИ.

30. Исследование паяния ленточных пил: Отчет/ЩИИМОД; руковод.

31. A.Э.Грубэ. Тема №69. Л., 1935. - 55 с.

32. Добрынин Е.Д. Исследование прочности места спая ленточных пил.: Изв.вузов. Лесной журнал, 1967, № I, с. 61-62.

33. Власов В.П. Спайка ленточных пил для распиловки брёвен и брусьев. Науч. тр./ВСНИПИЛесдрев, 1962, вып.5 .

34. Исследование и разработка технологического режима стыкования (сварка, спайка) ленточных пил: Отчет/ СибНИИЛП; руковод.

35. B.П.Власов, Тема №47/16-18, Красноярск, 1970.

36. Гозенпут М.Д. Стыковая электросварка ленточных пил.-М.: Лесная промышленность, 1965.- 32 с.

37. Зенькович С.И. Стыковая сварка ленточных пил под прямым углом. Тара деревянная. Науч.-техн.сб./ВНИПИЭИлеспром, 1971, № 9, с.13.

38. Настенко А.А. Повышение качества ленточных пил. Деревообрабатывающая промышленность, 1982, № 3, с.4-5.

39. Ввселков В.И., Шолин Г.В. О подготовке ленточных пил к работе.-Деревообрабатывающая промышленность, 1981, № 9, с.5-6.

40. Санёв В.И.,Швамм Л.Г. К вопросу долговечности ленточных пил для распиловки древесины В кн.: Прогрессивная технология и оборудование в деревообрабатывающей промышленности. Материалы научно-технического семинара. Л.,ЛДНТП, 1981, с.35-42.

41. Швамм Л.Г. Исследование и разработка методов повышения долговечности ленточных пил для распиловки древесины.: Автореф. Дис.канд.техн.наук.-Л., 1982. 20 с.

42. Положение по организации инструментального хозяйства лесопиль- ' но^деревообрабатывающих, мебельных, фанерных и лыжных предприятий. -Архангельск, ЦНИИМОД, 198I. 82 с.

43. Лапин П.И. Подготовка и эксплуатация режущего инструмента лесопильных предприятий.-M.jЛесная промышленность, 1978. 160 с.

44. Фонкин В.Ф. Справочник мастера-инструменталыцика деревообрабатывающего предприятия.-М.:Лесная промышленность, 1977. 175 с.

45. Швырёв Ф.А. Подготовка и эксплуатация дереворежущего инструмента. М.: Лесная промышленность, 1973. - 248 с.

46. Технологические режимы РИ 04 00. Подготовка делительных ленточных пил. - Архангельск, ЦНИИМОД, 1976. - 68 с.

47. ГОСТ 22975-75. Металлы и сплавы. Метод измерения твёрдости по Роквеллу при малых нагрузках.

48. Леонтьев Н.Л. Техника статистических вычислений.- М.: Лесная промышленность, 1966. 250 с.

49. Степнов М.Н. Статистическая обработка результатов механических испытаний. М.: Машиностроение, 1972. - 232 с.49