1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Разработка и выпуск пил

Разработка и выпуск пил

На хлопкоочистительных заводах по переработке хлопка-сырца широко используется джинные и линтерные зубчатые дисковые пилы с наружным диаметром – 320 мм, внутренним – 61 мм и толщиной 0,95 мм. Ежегодный выпуск джинных и линтерных дисковых пил для хлопкоочистительных машин достигает несколько миллионов штук. для повышения долговечности, эти изделия подвергаются термической обработке.

При упрочнении дисковых пил применяют объемную и индукционную закалку (ТВЧ). для изготовления этих изделий используется углеродистые инструментальные стали У8Г с твердостью HRA 67-70. Несмотря на повышенную твердость, стойкость дисковых пил недостаточна. В связи с этим ежегодно на изготовление дисковых пил расходуются несколько сот тонн весьма дорогостоящей стали У8Г. Дальнейшее повышение износостойкости за счет использования стали более высокой твердости не представляется возможным из-за трудности механической обработки (вырубка дисков, насечка зубьев).

Выбор материала и технологии упрочнения для достижения требуемого уровня износостойкости, сохранение плоскостности дисковых пил при термообработке и снижение их стоимости является актуальной проблемой.

Цель: повышение износостойкости дисковых пил хлопкоочистительных машин.

Задачи: – анализ существующих методов термообработки дисковых пил России, США и ФРГ;

– разработка новой технологии упрочнения тонкостенных стальных издании

– выявление роли наноструктуры на износостойкость дисковых пил;

– расчет напряжении, возникающие при термообработке дисковых пил;

– исследование износостойкости предварительно упрочненных дисковых пил как по базовой, так и по новой технологий термообработки.

Материалы и методы исследования

Стали У8Г и 65Г. Металлографический и рентгеноструктурный анализ, методы испытания на износостойкость, использование ЭВМ для расчета напряжении, возникающие при термообработке тонкостенных стальных изделий.

Результаты исследования и их обсуждение

В процессе эксплуатации дисковых пил на боковых поверхностях зубьев образуются следы «пропахивания» твердыми абразивными частицами, которые приводят к затуплению кромок и вершины зубьев пилы. Наличие абразивных частиц связано с запыленностью хлопка-сырца частицами песка (кварца) и глинозема (рис. 1).

Исследованы дисковые пилы различных производителей (Россия, США, ФРГ).

Структура пил американского производства представляет собой перлит, отличающийся степенью дисперсности частиц цементита, твердость HRC 22-24 (рис. 2а). При анализе состояния матрицы (основы) дисковой пилы было выявлено, что данные изделия подвергались холодной пластической деформации (наклеп) с повышенным уровнем плотности дислокации.

Структура дисковой пилы производства ФРГ состоит из пластинчатого перлита с небольшим включением феррита. Такая структура формируется при нормализации с твердостью HRC 26-28. (рис. 2б).

Структура дисковых пил российского производства имеет троститно-сорбитную зернистую структуру, хотя имеются участки перлита пластинчатого характера, которые образуются при улучшении (закалка плюс высокотемпературный отпуск) (рис. 2в).

Перечисленные способы упрочнения не обеспечивают высокую абразивную износостойкость изделий из-за низкой плотности наностуктуры (дислокации).

Для изготовления дисковых пил взамен инструментальной стали У8Г можно использовать более дешевую сталь 65Г, упрочненную по известной (российской) и разработанной нами технологиям.

Новой способ упрочнения заключается в предварительном нагреве дисковых пил до 400-450°С с последующей 3-кратной электротермоциклической обработкой (ЭТЦО) в интервале температур 920-700°С, закалка и отпуск при 250-300°С в специально сконструированной оснастке [1,2]. Нагрев до 400-450°С проводился с целью уменьшения температурных напряжений при последующей ЭТЦО. Измельчение зерен аустенита и повышения плотности дислокации достигается в результате многократных фазовых превращений при трехкратной ЭТЦО. После закалки с последнего цикла нагрева ЭТЦО формируется мелкоигольчатый мартенсит с максимальной плотностью дислокации, который после отпуска 200–250°С переходит в структуру бейнит (твердость HRC 40–42) (рис. 2г).

Известно, что повышение дефектности (дислокации) кристаллической решетки металла приводит к увеличению износостойкости. Влияние тонкой структуры сплава (наноструктуры) на износостойкость стали столь значительно, что с увеличением плотности дислокаций увеличивается абразивная износостойкость поверхностей стальных изделий [3].

Рис. 1. Микрострукутра стали У13: а – после закалки ТВЧ; б – после ЭТЦО+ИПО (Х300)

Плотность дислокаций определялась рентгенографически по уширению линий интерференции рентгенограмм в зависимости от угла отражения (θ). для подсчета плотности дислокаций (ρ) использовали соотношение [4]:

где β – физическая ширина рентгеновской линий; b – вектор Бюргерса (для ОЦК b=0.25 мм); θ – угол отражения.

Дисковые пилы, прошедшие упрочнение как по базовой, так и по новой технологии, подвергались испытанию на износостойкость на специальной установке, имитирующий работу изделий в хлопкоочистительных машинах. Сущность испытания состоит в том, что пакет из дисковых пил насаживается на вал и погружается на ¼ диаметра пилы в песочную ванну. Скорость вращения вала 750 об/мин и соответствует скорости вращения дисковых пил в очистительной машине, время испытания – от 10 до 80 мин. Перед испытанием проводились замеры высоты зубьев пилы в четырех взаимно перпендикулярных направлениях по диаметру. по разнице высот зубьев пилы до и после испытания судили о величине износа. Результаты приведены в табл. 1.

Рис. 2. Дислокационная структура стали У13 (выявленная методом ямок травления): а – после ЭТЦО; б – после ЭТЦО+ИПО (Х10000)

Рис. 3. Дислокационная структура стали У13 (электронная микроскопия): а – после ЭТЦО; б – после ЭТЦО+ИПО (Х40000)

Плотность дислокаций, твердость, величина износа

Круглые пилы. Развитие технологий производства

Как утверждают ученые, первые орудия труда, которые можно считать прародителями современных пил, были изготовлены более 4 тыс. лет назад. Они представляли собой зазубренные камни, которые использовались древними людьми в быту. Инструмент и технологии его изготовления были усовершенствованы в бронзовом веке, с появлением навыков обработки металлов.

Период от возникновения христианства до его распространения в Европе характеризуется развитием основных ремесел, в свою очередь повлекшим развитие форм и конструкций ручных пил, в том числе и двуручных (так называемых полосовых пил — прообразов рамных и ленточных пил), применявшихся в основном при строительстве домов, храмов, крепостей и кораблей. Они распространились почти по всему миру, составив конкуренцию топору. Наиболее широкое применение пилы получили в тех районах, где развивалась лесозаготовка: полосовые двуручные пилы применялись как для валки деревьев, так и для продольного раскроя бревен и получения пиломатериалов.

Читать еще:  Какой бензин заливать

Первую механизированную лесопилку, которая облегчала труд дровосека, изобрели в 1322 году в Германии. Сконструированное на базе пилы, приводимой в движение с помощью гидравлических механизмов, оборудование (прообраз цепной пилы) совершило переворот в методах вырубки леса в Германии.

Полосовые пилы для валки леса со временем получили распространение в Англии, Шотландии, Португалии. Как от внедрения иных видов техники, от их использования был и негативный эффект: дровосеки стали массово лишаться работы, что повлекло серьезную социальную напряженность вплоть до восстаний, в ходе которых «нововведения» уничтожались. Так, во время такого восстания в США пострадала первая в истории паровая лесопилка, предшественница распространенных сейчас бензопил (на базе цепных пил).

Новым этапом в конструировании полосовых пил (прообраза ленточных пил) стала переоборудованная из гидравлической в паровую лесопилка, которая была сконструирована в американском городе Бас (штат Мэн) в 1821 году. Первый инструмент подобного типа представлял собой стальную ленту с множеством зубьев, расположенных вдоль одного края ленты. Пила постоянно вращалась на двух вертикальных шкивах, зубья были направлены по направлению подачи распиливаемой древесины. Первыми такую конструкцию пил запатентовали англичане в 1808 году, а в 1834 году патент на пилы подобного типа был выдан во Франции. Первым американцем, запатентовавшим ленточную пилу в 1836 году, стал Б. Бейкер. В силу некоторых обстоятельств (в частности, из-за сложности изготовления оборудования и нестабильности его работы, пилы часто соскальзывали со шкивов и рвались вследствие перегрузок, налипания смолы и т. п.) ленточные пилы получили серьезное развитие только после 70-х годов XIX века.

В России лесопилки (на базе водяных мельниц) получили массовое распространение в годы правления Петра I при строительстве Санкт-Петербурга и военных кораблей. Пилы, в основном ручные, сперва покупали в странах Европы, но вскоре стали делать и в России. Внедряли их среди крестьян добровольно-принудительно: брали за пилу два рубля сразу (тогда для крестьянина это были немалые деньги), а затем требовали во время пользования ею еще по копейке с души. Сенат поощрял строительство пильных мельниц. В конце XVIII века в Вятской губернии действовало больше сорока лесопилок. На Урале почти все железоделательные заводы готовили для себя доски механическим способом. В XIX веке в России начали активно распространяться паровые лесопильные заводы. Уральские заводы — Златоустовский и Боткинский (сейчас Воткинский) — наладили выпуск разных пил, в основном рамных и круглых. Периодом массового внедрения в лесопильную отрасль круглых пил можно считать начало — середину XVIII века.

Рассмотрим технологии производства круглых пил в России и за рубежом в наше время.

Основные технологические этапы производства круглых пил

Все технологические операции изготовления пил вызывают изменение формы, размеров и физического состояния исходной стальной заготовки, что приводит к количественному изменению и перераспределению внутренних напряжений в каждом пильном диске (корпусе пилы). Основная проблема изготовления пил — это внутренние напряжения, возникающие в них, в частности, из-за вырубки зубьев пилоштампом, и приводящие к их неустойчивой работе. Эти напряжения нужно компенсировать, например, проковкой, вальцовкой, рихтовкой и т. п.

В настоящее время изготовление круглых пил с использованием пилоштампов, пайки твердосплавных пластинок на контактных станках с применением латунных припоев и флюсов на основе буры уходит в прошлое. После шлифования и насечки зубьев у всех пильных дисков, которые изготавливаются по этой технологии, по-разному распределяются внутренние напряжения, у каждой пилы свои дефекты и особенности, иначе говоря: нет двух абсолютно одинаковых пил. Поэтому требуется индивидуальная оценка каждой пилы, индивидуальная правка и проковка (вальцевание) корпусов, которые являются самыми ответственными и сложными операциями в технологии изготовления круглых пил.

В настоящее время использование высококачественных легированных инструментальных сталей для производства корпусов пил, их раскрой лазером, применение качественных серебряных и серебряно-медных припоев и соответствующих припоям флюсов, а также оборудования для бесконтактного нагрева и пайки зубьев пил (в настоящее время оно внедрено на всех ведущих предприятиях мира) позволяет обеспечить размерно-качественные характеристики изготавливаемых круглых пил. Так, например, применение лазерного раскроя стальных листов на заготовки для корпусов пил резко расширяет возможности любого завода по выпуску пил разной номенклатуры, профилей и типоразмеров и дает возможность в весьма сжатые сроки выполнять любые заказы потребителей. Кроме того, по сравнению со старыми технологиями значительно упрощаются операции по правке (рихтовке) и проковке (вальцеванию) круглых пил.

В процессе правки устраняются разные дефекты (выпучины, слабые и тугие места корпуса, коробления и др.), а при проковке (вальцовке) всей средней зоны корпуса пилам придают требуемое натяжение зубчатой кромки (зубчатого венца). Кстати, словосочетание «пильное полотно» более всего подходит для полосовых пил (рамных и ленточных). В настоящее время почти на всех крупных заводах-производителях круглые пилы диаметром до 800 мм вальцуются, а диаметром более 800 мм — проковываются.

Разработка методов, обеспечивающих нормальную, устойчивую работу круглых пил и необходимых технических средств, требует знания специфики явлений, происходящих в корпусе пилы в процессе работы. А рабочие и ИТР должны иметь высокую квалификацию, поскольку материалы, как инструментальные, так и обрабатываемые, а также режимы резания постоянно изменяются.

Технологические операции

Ниже приведены в качестве примера перечень технологических операций, рекомендуемых при изготовлении пил по ГОСТ 9769-79, и перечень подобных операций на предприятиях европейских производителей при изготовлении круглых пил для скоростных лесопильных линий.

Читать еще:  Технология укладки холодного асфальта

Технологический процесс изготовления круглых пил на российских предприятиях-изготовителях (по ГОСТ 9769-79) состоит из следующих основных операций: разрезания листа на заготовки, термической обработки (закалки, отпуска), черновой правки, шлифования поверхностей пил, штампования зубьев, чистовой правки и вальцовки корпуса, напайки зубьев из твердого сплава, заточки зубьев пил по четырем граням, пескоструйной обработки, чернения корпуса, полировки, сортировки пил, нанесения маркировки и упаковки.

Следует отметить, что большинство крупных лесопильных заводов как в России, так и за рубежом уникальны, поэтому изготовление пил для них требует специального подхода, в том числе получения заводом-изготовителем пил опросных листов от предприятий-пользователей, в которых в довольно полном объеме представлены все данные для правильного подбора и конструирования пил.

Приблизительный перечень операций в процессе изготовления лесопильных пил для фрезерно-пильных и фрезерно-брусующих линий на европейских заводах:

  • компьютерное проектирование круглой пилы (здесь очень важна полная информация о материале, оборудовании и режиме работы; проектирование выполняется согласно данным опросного листа, полученного от лесопильного завода);
  • распечатка технологической карты (каждое будущее изделие обеспечивается технологической картой, в которой указаны спецификация пилы, артикул, номер программы для лазера, который будет использоваться для вырезки заготовки корпуса пилы из проката, и т. д.;
  • вырезание тела (корпуса) пилы лазером из стального листа;
  • удаление грата (заусенцев) по контуру зубьев;
  • закалка корпуса пилы (как правило, в минеральном масле или в специальных газовых печах);
  • отпуск корпуса пилы (выполняется в специальных газовых печах или термопрессах);
  • хонингование (доводка) посадочного отверстия; посадочные отверстия вырезаются лазером с минимальным допуском в минус (доли миллиметра), то есть всегда чуть меньше, чем нужно, а после закалки и отпуска тела пилы выполняется доводка посадочного отверстия до нужного диаметра;
  • плоское шлифование корпуса пилы;
  • фрезерование крепежных отверстий в теле пилы;
  • вальцовка пилы (тело пилы становится устойчивым к силам резания и центробежным силам, возникающим в процессе эксплуатации пилы);
  • рихтовка пилы (тело пилы становится идеально плоским, что позволяет повысить устойчивость пилы при пилении и ресурс работы);
  • зенковка отверстий в зоне подчищающих ножей (мультаксов);
  • шлифовка проемов под мультаксы в корпусе пилы;
  • пришлифовка гнезд зубьев;
  • нанесение флюса на гнезда зубьев;
  • напайка зубьев из твердого сплава в автоматическом или полуавтоматическом режиме;
  • заточка зубьев по заданным параметрам (затачиваются передняя, задняя и боковые поверхности зубьев);
  • динамическая балансировка пил;
  • нарезка и подготовка напаек из твердого сплава для мультаксов;
  • напайка пластинок мультаксов;
  • проверка внутреннего напряжения тела пилы на специальном оборудовании;
  • повторная правка (рихтовка) корпуса пилы;
  • проверка сбалансированности пилы;
  • пескоструйная обработка корпуса пилы;
  • нанесение защитных покрытий на корпус пилы (чернение, анодирование, покраска);
  • заключительный контроль качества (полный или частичный);
  • лазерная маркировка пил;
  • упаковка и отправка пил на склад (постановка изготовленных пил нa складской баланс).

Понятно, что не все, а только крупные, хорошо оснащенные европейские (равно как и отечественные) производители выполняют всех пункты, перечисленные в перечнях технологических операций. Чаще всего, когда пилы изготавливают в кооперации с несколькими производителями, качество продукции страдает. Применение стандартных европейских инструментальных сталей вместо оригинальных, как правило, патентованных или их аналогов, например стали 75Cr1 (другое название Krupp2003), производимых согласно DIN 17350, а также дешевых аналогов известных европейских производителей стали, твердых сплавов, припоя и флюса, и использование в производстве простого или изношенного технологического оборудования может сказаться на качестве выпускаемой продукции и ее конечной стоимости.

Для того чтобы обеспечить высокую производительность предприятия, специализирующегося на выпуске продукции деревообработки, следует обращать внимание не только на стоимость режущего инструмента, но на то, где и кем он выпущен.

Пилы со ступенчатым и коническим корпусом изготавливаются немного иначе, чем пилы с плоским корпусом: сначала вырезается круглая заготовка без контура зубьев, которая проходит закалку и отпуск корпуса, хонингование посадочного отверстия, плоское шлифование корпуса. Затем в заготовке фрезеруется (шлифуется) ступенька или конусность. Эти операции делаются для того, чтобы из плоского корпуса заготовки получить конусную или ступенчатую пилу. В два этапа они выполняются в том случае, если конусность или ступенька делается с двух сторон корпуса пилы. Затем в заготовке пилы лазером вырезаются зубья и повторяются операции по удалению грата (заусенцев) по контуру зубьев, закалке и отпуску корпуса пилы. Дальнейшая обработка ведется в соответствии с операциями, указанными в перечне, начиная с фрезерования крепежных отверстий в теле пилы и заканчивая упаковкой и отправкой пилы на склад. Ступенчатые и конические пилы проходят закалку и отпуск дважды.

История ленточнопильного станка

Сегодня ленточнопильный станок – привычное оборудование на практически любом промышленном производстве. Широчайший ассортимент таких станков позволяет решать с помощью них множество задач на предприятиях самого разного профиля: от небольших деревообрабатывающих мастерских, которые используют простые компактные лентопилы, до крупнейших судостроительных заводов, где работает специальное оборудование, способное распиливать огромные металлические заготовки. И хотя на данном этапе ленточнопильные станки чаще используются металлообрабатывающими компаниями, их история началась с распиловки древесины, а не металла.

Как и многие другие важные изобретения, ленточнопильный станок был впервые представлен на знаменитой парижской Всемирной выставке в 1803 году. Изображения этой пилы не сохранились, а патент на нее был выдан лишь четыре года спустя – в 1807 году – в Англии, которая, таким образом, стала родиной лентопила. В 30-е годы XIX века аналогичные патенты были получены во Франции, США и других странах мира. При этом первые ленточнопильные станки не сильно напоминали современные, а главное – работали за счет мышечной силы человека, передавшейся пиле с помощью ручного или ножного привода. Трудно судить об эффективности подобного оборудования, однако оно пришлось по вкусу столярам по обе стороны океана и закрепилось в мастерских, так как позволяло оптимизировать производственные процессы, отказавшись от не достаточно точного и быстрого ручного пиления.

Читать еще:  Электрификация оборудования схема

Из-за низкой мощности и недостатков ленточнопильных полотен в первые десятилетия такие станки не могли применяться для распиловки металла. Прорыв произошел в 1866 году, когда французская фирма Panhard & Levassor создала первый в истории ленточнопильный станок для металла с паровым приводом. Силой пара подобное оборудование приводилось в движение вплоть до начала XX века. Этот факт накладывал существенные ограничения на использование лентопилов, так как позволить такие машины могли себе лишь крупные предприятия: на них паровые двигатели вращали главный вал, который проходил через весь цех и при помощи ременной передачи вращал приводные шкивы станков.

Возможность отказаться от громоздких валов появилась лишь с распространением электрических двигателей, которые стали устанавливать на ленточнопильные станки начиная с 1911 года. Помимо компактности и доступности электричество обеспечило резкий рывок в развитии формата лентопилов: инженеры начали эксперименты с положением пильного полотна, на рынок вышли первые горизонтальные станки. Фактически, сто лет назад были заложены основы современных лентопилов, многие модели того времени уже напоминают нынешние станки и могут использоваться и сегодня.

Кроме того, с появлением электрического двигателя ленточнопильные станки стали по-настоящему популярны на металлообрабатывающих производствах. Высокий спрос на это оборудование стимулировал его изготовителей предлагать клиентам все более и более совершенные станки с уникальными технологическими решениями, дающими преимущества перед конкурентами. Развитие ленточнопильного оборудования продолжается и сегодня, о чем свидетельствует, в том числе, и работа группы компаний «КОСКО», выпускающей инновационные станки для распиловки заготовок из любых металлов. Сто лет назад о таком оборудовании могли только мечтать.

Этапы производства пил (раздел для любознательных)

Какие этапы проходит пила на нашем производстве?

  1. Закупка стали . Мы производим пилы не из листового проката, а закупаем бухты, специально подготовленные сталеварами Германии. Марка стали 75 Cr1.Пружинные стали могут использоваться для самых различных целей. Они имеют высокий предел упругости, высокое относительное удлинение и относительное сужение при разрыве, с очень низким обезуглероживанием кромки.
  2. Нарезка полотна в размер и нарубка зуба . Производство пил стандартных размеров, соответствует ГОСТ, а также по желанию заказчика возможно изготовление пил по индивидуальным параметрам (длина, ширина, шаг зуба). Для насечки используется пилоштамп с направляющей линейкой и комплектом штампов, соответствующих шагу зубьев. Штампы имеют быстросъемные пуансоны и матрицы.
  3. Вальцевание полотна пилы . Мы не стремимся ускорить этот процесс, применяя оборудование, позволяющее делать от 3 до 5 полос вальцовки за один проход, грубо нарушая тем самым технологию и эффективность вальцевания. Сущность вальцовки заключается в том, что среднюю часть полотна пилы прокатывают под некоторым давлением между двумя вращающимися роликами, в результате чего эта часть полотна, стремясь удлиниться, создает внутренние напряжения сжатия, стремящиеся в свою очередь растянуть боковые кромки пилы. Жесткость и устойчивость рамных пил после вальцевания повышаются и образуются остаточные напряжения, благоприятно расположенные по ширине полотна. Контроль за плоскостностью полотна рамной пилы осуществляется с помощью поверочной линейки по всей длине пилы.
  4. Этап изготовления планок . Да-да, все планки мы изготавливаем сами! Вы не поверите, сколько пил нам приносят в ремонт с «вывернутыми» в процессе пиления планками. Некоторые недобросовестные производители используют для производства планок сталь 3 или сталь 20. Мы же используем для своих планок исключительно сталь 45, которая более тверже и менее всего подвержена деформации.
  5. Заклепка пил. Мы сразу исключили возможность несимметрично заклепанных планок вследствие несоответствия отверстий в планках отверстиям в пиле. Всё делается четко отлаженными штампами. Никаких разбегов, никакой заклепки вручную.
  6. Профилирование зуба в автоматическом режиме. Этап позволяет исключить появление заусенцев в пазухах пил и делает зуб идеально четким.
  7. И наконец – этап стеллитирования . Мы используем только уплотненный стеллит. И как следствие – отсутствие так называемых пузырьков воздуха внутри зуба. Стеллит не крошится – вы максимально долго работаете. Никакой разводки зуба. Пилы со стеллитом могут работать до 12 часов по сырой древесине без заточки . Затачиваются такие зубья не алмазами, как многие думают, а обычными недорогими кругами на бакелитовой или керамической связке.

Чем можно эффективно пилить древесину в морозы ? Наш ответ: только стеллитированными пилами.

Как происходит наплавка стеллита:

Важный момент! Стеллит не напаивается, а вваривается в металл. Он не может отвалиться в месте припоя.

Наше оборудование подает пруток стеллита в момент приварки только сверху. Стеллит поэтому наносится ровно посередине зуба пилы.

Отжиг каждого зуба пилы проверяется специальным маркером на готовность.

Обточка стеллита по передней и боковым граням также происходит в автоматическом режиме с использованием импортной синтетической смазочно-охлаждающей жидкости. Мы контролируем отсутствие прижогов зубьев. Нам важно качество производимых пил.

Уширение — важный параметр зубьев пил. При малом его значении полотно нагревается от трения о стенки пропила, что уменьшает устойчивость пилы и точность пиления, при значительном — пиление сопровождается повышенным расходом древесины в опилки, ростом сил резания и потребляемой мощности. Уширение зубьев проверяется разводомером.

Упаковка пил и доставка их Вам.

Приятной Вам работы ! Надеюсь Вы останетесь довольны !

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector