shkolakz.ru 1

Лекция 30

Стеллитирование зубьев дереворежущего инструмента

1. Потребность в оснащении зубьев стеллитом


При производстве пиломатериалов на современном оборудовании предъявляются высокие требования к точности размеров и шероховатости обработанных поверхностей. Одним из условий выполнения этих требований является обеспечение производственников износостойким режущим инструментом.

Для повышения износостойкости в настоящее время широко применяются металлокерамические твердые сплавы типа вольфрамокобальтового сплава ВК15. По сравнению с инструментом из легированной инструментальной стали период стойкости режущего инструмента, оснащенного вольфрамокобальтовым сплавом, повышается в 20…50 раз. Однако такие инструменты имеют серьезные недостатки: дороговизна, применение алмазных заточных кругов и прецизионных заточных станков, хрупкость при встрече с металлическими и другими твердыми включениями, высокие напряжения и, как следствие, низкая прочность паяного шва из-за разности температурных коэффициентов удлинения стального корпуса и пластинок твердого сплава [1].

Известны другие, литьевые твердые сплавы – стеллиты. Режущие инструменты, оснащенные стеллитами, повышают период стойкости режущего инструмента только до 7 раз, но они лишены выше указанных недостатков и более дешевы. Прежде всего стеллит менее хрупок и хорошо сопротивляется действию ударных нагрузок.

Преимущество стеллитированных режущих инструментов наиболее ярко проявляется при распиловке твердых пород древесины (красное дерево, тик, дуб и др.), влажной и мерзлой древесины. Преимущества наблюдаются при пилении и мягких пород древесины, сухой древесины: боковые вершинки режущей кромки зуба пилы, образованные пересечением передней, задней и боковыми гранями, длительно сохраняют свою остроту, в результате чего улучшается шероховатость распиленных поверхностей.

Для заточки стеллитированных зубьев можно использовать дешевые шлифовальные круги из электрокорунда белого (25А, 24А, 23А), электрокорунда легированного (38А, 37А, 36А, 35А, 34А, 33А, 32А). Рекомендуются шлифовальные круги зернистостью 16-25, твердостью С1-С2, связкой К и структурой  7-8.

2. Общая характеристика стеллитов


Стеллит – твердый сплав на кобальтовой основе, предназначенный для наплавки деталей машин и режущего инструмента с целью повышения их износостойкости. Был изобретен Элвудом Хейнсом в начале XX века.

Стеллит (англ. Stellite – фирменное название, от лат. stella – звезда) – это общее название группы литых наплавочных твёрдых сплавов на кобальтовой основе, содержащих хром, вольфрам, кремний и другие элементы. Стеллит характеризуется высокой твёрдостью (48 HRC), сохраняющейся при повышенных температурах (свыше 600°C), износостойкостью и коррозионной стойкостью.

На российском рынке предлагается стеллит иностранных компаний в виде прутков (круглых, ромбических, трапецеидальных) марок 1; 6; 12 и других диаметром 2,4; 3,2; 4; 5; 6,4; 8 мм длиной до 4-х метров. Отечественная промышленность выпускает твердые сплавы марок В3К и В3К-Р. Эти сплавы являются аналогами стеллитов марок соответственно 6 и 12 и наиболее близки к ним по химическому составу. Отечественные сплавы ПР – ВЗК и ПР – ВЗК-Р, выпускаются по ГОСТ 21449 – 75 “Прутки для наплавки. Технические условия” в виде прутков диаметром 6 и 8 мм и длиной 350; 400; 450; 500 мм. Химический состав прутков показан в табл. 1.

Твердые сплавы В3К и ВЗК-Р позволяют получить плотные наплавки на лезвиях режущих инструментов без пороков. Твердость наплавленного слоя соответствует для ПР-В3К – HRCэ 41,5; ПР-В3К-Р  – HRCэ 47,5. Они имеют почти такой же коэффициент линейного расширения, как и стали 9ХФ и 9ХФМ, и поэтому после наплавки в лезвиях не возникают внутренние напряжения. Кроме того, стеллиты ВЗК-Р и ВЗК хорошо затачиваются, обладают достаточно высокой износостойкостью при воздействии высоких температур, механических нагрузок, при влиянии химической среды. Предельная температура нагрева наплавки из стеллита ВЗК-Р – 800, а ВЗК –750.

Таблица 1

Химический состав прутков по ГОСТ 21449-75, % по массе

Марки прутков


Основа

Углерод С

Хром

Cr

Кремний Si

Марганец Mn

Никель

Ni

ПР-В3К

Кобальт Со

1,0…1,3

28,0…32,0

2,0…2,7

-

0,5…2,0

ПР-В3К-Р

Кобальт Со

1,6…2,0

28,0…32,0

1,2…1,5

0,3…0,6

0,1…2,0

Окончание табл. 1

Марки прутков

Вольфрам W

Сурьма

Сера

S

Фосфор

P

Железо

Fe

ПР-В3К

4,0…5,0

-

0,07

0,03

2,0

ПР-В3К-Р

7,0…11,0

0,02…0,3

0,07

0,03

3,0



3. Способы стеллитирования зубьев


Оснащение зубьев режущего инструмента стеллитом можно выполнять различными способами: наплавкой, сваркой, пайкой. Выбор той или иной технологии зависит от возможностей, предпочтений предприятий, наличия на них соответствующего оборудования и экономических соображений [2].


Наплавка – нанесение с помощью сварки слоя металла на поверхность изделия. Основные методы наплавки:

1. Кислородно-ацетиленовая наплавка заключается в нанесении на предварительно подготовленную (без окалины, грязи, жира) поверхность лезвия слоя наплавки из прутка, который расплавляется в кислородно-ацетиленовом пламени (рис. 1). Допустимая толщина наплавленного слоя – 3…5 мм.

2. Электродуговая наплавка с применением дополнительной обмазки электродов заключается в зажигании дуги между наплавляемым лезвием и электродом. Обмазка способствует стабилизации дуги и получению ровного слоя наплавки. Рекомендуемая толщина наплавки для прутков на основе кобальта (ВЗК, ВЗК-Р) до 10 мм. Увеличение толщины наплавляемого слоя снижает его прочность, повышает хрупкость.




Рис. 1. Наплавка стеллита на зубья пил


Сварка – процесс получения неразъемного соединения отрезка стеллита с зубом режущего инструмента при их местном нагреве и пластическом деформировании, в результате чего устанавливаются межатомные связи в месте их соединения. Для стеллитирования пил используют прутки стеллита трапециидальной формы. Пруток прикладывают к предварительно подготовленной поверхности зуба и сильно прижимают к нему, затем место сварки нагревают. После охлаждения пруток отрезают.

Пайка – процесс получения неразъемного соединения стеллитовой пластинки с зубом режущего инструмента при их местном нагреве и заполнении зазора между ними расплавленным припоем.

После наплавки, наварки или пайки стеллита обязательна технологическая операция отпуска. Затем зубья пил затачивают, придавая им форму лопаточки с соответствующими передним, задним углами резания и углами бокового поднутрения.

4. Стеллитирование рамных пил


Рамные пилы изготовляют из легированных инструментальных сталей: хромованадиевой 9ХФ и никелесодержащей 8Н1А. Хромованадиевая сталь обеспечивает максимальную износостойкость зубьев при хорошей их плющимости и разводимости. Это особенно важно при распиловке мерзлой древесины в зимний период. Пилы из стали 8Н1А характеризуются как самые прочные (по ударной вязкости) и предназначены для использования при оснащении их зубьев стеллитом.

Износостойкость зубьев. Зубья пил из стали 9ХФ, подготовленные разводом или плющением, должны перезатачиваться через 2,5…3,5 часа. Оснащение зубьев стеллитом В3К-Р повышает износостойкость зубьев в 6…7 раз. Однако лесопильные предприятия ограничивают период стойкости только одной сменой (7…8) ч. Дело в том, что при увеличении продолжительности работы пил из стали 9ХФ более одной смены во впадинах зубьев зарождаются и развиваются усталостные трещины. Поэтому через одну смену работы пилы следует снять, переточить и удалить при этом усталостные трещины.

При изготовлении полотна пилы из легированной никелесодержащей стали марки 8Н1А и оснащении зубьев стеллитом период стойкости можно увеличить до 2 смен. Именно к этому моменту в междузубных впадинах зарождаются микротрещины.

Применение стеллитированных рамных пил по данным УралНИИПдрев позволяет:

– ликвидировать внутрисменные замены пил и получить прирост производительности распиловки на 4-6% до 10%;

– существенно уменьшить расход межпильных прокладок и повысить выход пиломатериалов высокого качества;

– уменьшить трудозатраты на подготовку пил на 30-40%, а расход пил на 30-35%;

– экономить трудозатраты на проведение последующих заточек от 50 до 60%;

– снизить потребление электроэнергии при работе с этим видом инструмента приблизительно на 10-20%.

Рамные пилы со стеллитированными зубьями выдерживают от 10 до 15 переточек до новой наплавки стеллита.


Из-за незначительного износа трехгранных углов стеллитированных зубьев шереховатость пиломатериалов в течение смены практически не изменяется. Это позволяет увеличить производительность рамного пиления до 120 м3/смену.

Рекомендуемые ЗАО “Инструмент” угловые параметры стеллитированных зубьев рамных пил приведены в табл. 2.

Таблица 2

 Угловые параметры стеллитированных зубьев рамных пил


 Лето

Зима

Хвойные породы

Твердые породы 

Хвойные породы

Твердые породы 

γ 

α

γ 

α

γ 

α

γ 

α

18°-19°

10°-20°

16°-17°

10°-20°

15°-16°

10°-22°

14°-15°

10°-23°

Примечание: γ – передний угол лезвия; α – задний угол лезвия.

5. Стеллитирование зубьев ленточных пил


Стеллитирование ленточных пил выполняют на специальных установках. В качестве примера одна из них приведена на рис. 2.


Установка включает сварную раму, на которой расположены направляющие роликовые опоры для базирования ленточной пилы, механизм подачи с толкателем и устройство для наплавки кислородно-ацетиленовым способом.



Рис. 2. Установка для стеллитирования зубьев ленточной пилы


При работе ленточная пила с предварительно подготовленными зубьями, предназначенная для наплавки стеллита, устанавливается на роликовых опорах, и механизм подачи толкателем подает зуб в рабочее положение в ванночку, образованную двумя теплоотводящими медными губками (см. рис. 1).

Оператор с помощью газовой горелки нагревает кончик зуба и одновременно расплавляет стеллитовый электрод. Капли падают с электрода на зуб и заполняют объем ванночки. Происходит наплавка металла большого объема, и зуб получает симметричную форму лопаточки. Затем выполняется операция отпуска металла.

Ленточная пила – сложный режущий инструмент, требующий тщательной подготовки. Для заточки ленточной пилы рекомендуют использовать боразоновые шлифовальные круги (рис. 3). Круг состоит из стального корпуса с профильной рабочей поверхностью, на которую нанесен тонкий слой боразона. Такой шлифовальный круг копирует профиль впадины зуба ленточной пилы с высокой точностью. Это обеспечивает постоянство профиля зуба пилы и низкую шероховатость обработанной поверхности зуба.





Рис. 3. Профильный боразоновый шлифовальный круг для заточки зубьев ленточных пил

Кубический кристаллический борнитрид (боразон) – абразивный материал, превосходящий по твердости корунд и карбид кремния. Благодаря низкому износу он обеспечивает при заточке высокую форму и точность размеров. Его рекомендуют использовать для заточки сталей и твердых сплавов твердостью свыше 60 HRC.

6. Стеллитирование зубьев круглых пил


Технология наплавки постоянно совершенствуется. Ниже приведены рекомендации Братского государственного технического университета [3] по стеллитированию зубьев круглых пил:

1. В зоне наплавки у кончиков зубьев вырезать канавки длиной 12-20 мм и глубиной 3-4 мм на заточных стенках.

2. Наплавку вести с двух сторон пильного диска.

3. Прутки твердого сплава предварительно офлюсовать.

4. Нагрев прутка и зуба вести одновременно.

5. Наплавку (наварку) проводить в направлении от впадины к кончику зуба наложением прутка на канавку зуба.

6. Пильный диск расположить вертикально.

7. Процесс окончательной наплавки и отпуска совместить.

Сейчас стеллитированию подвергают все без исключения круглые пилы на автоматических линиях швейцарской фирмы "ISELI", которые, действуют в г.г. Кирове, Красноярске и Москве.

Пилы, оснащенные стеллитом, особенно эффективны при обработке сырой и мерзлой древесины. Они позволяют напиливать без переточки до 50 м3 пиломатериалов против 5-6 м3 обычными пилами, ими можно работать без замены инструмента две полные рабочие смены [3]. При правильной эксплуатации пилы выдерживают до 20 перезаточек.

Библиографический список


1. Зайцев, В.В. Особенности конструкций пильного инструмента в условиях закрытого резания при первичной переработке круглого леса большого диаметра и повышение ресурса пил с использованием перспективной технологии наплавки стеллита[Текст];В.В. Зайцев/М.: "Лесопромышленник" №2. №3. 2001.

2. Технологические режимы РИ – 16-00. Наплавка зубьев рамных, ленточных и круглых пил износостойкими сплавами. Подготовка и эксплуатация [Текст]; Красноярск: СибНИИЛП, 1977. 27с.

3. Денисов, С.В. Особенности оснащения литыми твердыми сплавами малозубых круглых пил для распиловки бревен и брусьев [Текст] С.В. Денисов, В.С. Кузнецов; Братск: БГТУ. www.woodbusiness.ru.