Классификация деревообрабатывающего инструмента. Материалы для его изготовления. Износ и стойкость.

Процессы резания древесины в лесопилении и деревообработке осуществляются с помощью инструмента, среди которого выделяют пилы — рамные, ленточные, круглые; ножи — фрезерные лушильные, шпонострогальные, гладильные, циклевальные, рубильные, стружечные; фрезы; сверла; долота; токарные резиы; шлифовальный инструмент.

К основным техническим характеристикам деревообрабатывающего инструмента относятся: размеры, которые обусловливают технологические параметры обработки; геометрия режущих элементов, определяющая качество обработки и энергетические характеристики резания; материал и термообработка, влияющая на износостойкость инструментов; точность и качество изготовления. Любой процесс резания представляет собой сложное механическое и химическое воздействие древесины на инструмент, поэтому материалы, из которых его изготавливают, должны обладать следующими свойствами:

  • прочность, обеспечивающая срезание толстых слоев древесины;
  • усталостная прочность, характеризующая способность сопротивляться циклическим нагрузкам при контакте с древесиной;
  • пластичность, позволяющая проводить операции по подготовке инструмента;
  • твердость, определяющая стойкость металла к истиранию;
  • теплостойкость, сохраняющая механические свойства при нагреве на больших скоростях резания;
  • устойчивость к коррозии — возможность резания сырой древесины.

Выбор материала, обладающего всеми данными свойствами, является сложной и ответственной задачей. Для изготовления современного дереворежущего инструмента используются углеродистые, легированные и быстрорежущие стали. Сталь представляет собой сплав железа (Fe) с углеродом (С). Количество углерода определяет ее прочность способность сопротивляться ударной нагрузке.

Высококачественная углеродистая сталь содержит 0,9... 1,3 % углерода. Легированные стали, кроме железа и углерода, включают в свой состав добавки в виде хрома, вольфрама, никеля ванадия молибдена, кобальта, титана и марганца, присутствие которых в заданном количестве определяют свойства материала. Эти стали более износостойкие, чем углеродистые, обладают меньшими чувствительностью к перегреву и деформируемостью. Быстрорежущие стали содержат большее количество легирующих добавок, среди которых основной является вольфрам (10...25%), обеспечивающий сохранение твердости и режущей способности инструмента при его нагреве до 500... 550 С. Из быстрорежущей стали изготавливают только режущий элемент инструмента в виде наварной пластинки или вставного зуба, а корпус изготавливают из конструкционной стали или специальных сплавов. Xимический состав инструментальных сталей и изготавливаемый инструмент представлены в табл. 5.1.

Изготовление режущего инструмента включает в себя термическою обработку, правильность проведения которой выявляет все положительные стороны легированной или быстрорежущей стали.

Маркируются легированные стали по буквенно-цифровой системе, в которой первое число обозначает содержание углерода в десятых или сотых долях процента. При содержании углерода более 1 % цифра не указывается. За цифрами следуют буквы, соответствующие первой букве названия легирующей добавки: В — вольфрам, Г — марганец, К — кобальт, Н — никель, М — молибден, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, X - хром. Далее указывается ее среднее процентное содержание (если легирующей добавки менее 1 %, то цифры не ставят).

В отдельные группы выделены высоколегированные стали, каждой их которых присвоена буква, характеризующая ее назначение: Ж - нержавеющая, Р - быстрорежущая, Э - электротехническая, Е - магнитная. Например, маркировка 8Х4В4Ф1 обозначает, что сталь содержит 0,8 % углерода, 4 % хрома, 4 % вольфрама, 1 %

Для обработки резанием клееной древесины, ДСтП, ДВП и ДСП используется режущий инструмент из литых, вольфрамоко-бальтовых и безвольфрамовых твердых сплавов. В процессе резания древисины инструмент способен терять свои первоначальные характеристики: форму режущей части, остроту заточки, а также прочность и устойчивость к нагрузкам во время работы.

Сталь Марка стали Химический состав стали (средний), % Инструмент
Углерод Марганец Кремний Хром Вольфрам Ванадий Молибден
Углеродистая инструментальная У8А 0,8 0,25 0,25 0,15 - - - Ножи рубительных машин, ручной инструмент, рамные пилы (тарные)
Улучшенная (высокой твердости) У10А 1,0 0,30 0,25 0,15 - - - Ленточные пилы, ручной инструмент
Хромванадиевая высокой твердости 9ХФ 0,9 0,5 0,25 0,5 - 0,25 - ножи стружечных станков, ленточные, круглые и рамные пилы, насадные фрезы
То же 9ХФМ 0,9 0,5 0,25 0,5 - 0,25 0,2 То же
Хромокреминистая высокой твердости 9ХС 0,9 0,45 1,45 1,1 - - - Сверла
Хромистовольфрамованадиевая полутеплостойкая Х6ВФ 1,1 0,3 0,25 6 1,3 0,5 - Ножи стружечных станков, сборных фрез, фрезерные цепочки, сверла, и концевые фрезы
То же 9Х5ВФ 0,9 0,3 0,25 5 1,0 0,25 - Ножи сборных фрез, фрезы насадные
>> 8Х4В4Ф1 0,8 0,3 0,25 4,5 4,5 1,0 - Концевые фрезы, ножи сборных фрез, фрезы насадные
Вольфрамомолибденовая, теплостойкая Р6М5 0,85 - - 4,0 6,0 2,0 5,0 Сверла, фрезы насадные
Вольфрамовая теплостойкая (бысторежущая) Р9 0,9 - - 4,0 9,0 2,3 1,0 Ножи сборных фрез, сверла, токарные резцы, фрезы
Безвольфрамовая быстрорежущая 8М3Ф3С 0,85 - 0,85 5,0 - 2,8 3,2 Ножи сборных фрез, фрезы насадные профильные

Контакт резца с древесиной приводит к износу его самой активной части, где действуют наибольшие касательные нагрузки. Износ инструмента характеризуется уменьшением его массы и размеров, увеличением шероховатости рабочей поверхности, а также изменением ее контуров — затуплением. Величина затупления определяется радиусом закругления и длиной фаски по задней поверхности. Значение радиуса закругления, составляющее более 10мкм (0,01 мм), свидетельствует озатуплении инструмента. Предельный радиус для затупления зубьев пил составляет 0,05...0,06 мм, для фрез - 0,02...0,03 мм.

Длительность работы инструмента после заточки до следующего затупления обусловливается его стойкостью, которая характеризуется периодом стойкости, измеряемым в минутах. Зная его, можно рассчитать путь резца в материале, а также суммарную длину обработанных заготовок в метрах. На производстве часто используют технологический критерий периода стойкости, при котором инструмент работает только до момента, когда одна из характеристик обработки не достигает своего критического значения.

Например, это может быть шероховатость получаемой поверхности материала, точность резания, рабочие возможности станка, прочность и устойчивость самого инструмента. Увеличение периода стойкости является причиной для более тщательной подготовки инструмента к работе, что обеспечивает снижение его износа и затупления.

: 27 Ноября 2006, : 3129