Методи стелітування лісопильних дереворежущих інструментів
Для підвищення зносостійкості інструменту в даний час для його виготовлення широко використовуються різні металокерамічні тверді сплави, наприклад, вольфрамокобальтовые (HW). Період стійкості різального інструменту, посиленого вольфрамокобальтовым сплавом, вище в 20-50 разів, ніж інструменту з легованої інструментальної сталі. Однак у інструментів, які виготовляються з використанням металокерамічних твердих сплавів, є серйозні недоліки: висока вартість, необхідність застосування алмазних заточувальних кіл і прецизійних заточувальних верстатів, великий ризик поломки, якщо в деревині зустрічаються тверді (наприклад, металеві) включення, високі напруги в тілі пили і, як наслідок, низька міцність паяного шва з-за різниці температурних коефіцієнтів подовження сталевого корпусу і пластинок твердого сплаву при їх напайки.
Для виробництва зносостійкого дереворізального інструменту також використовуються такі ливарні сплави тверді, як стелліти. Стеллит відрізняється від швидкорізальної сталі більш високими експлуатаційними характеристиками. Такий сплав не вимагає загартування і термічної обробки. Незважаючи на зміни структури при високій температурі, що виникає при пилянні різних матеріалів, стеллитированные інструменти зберігають ріжучу здатність, навіть якщо температура досягає 800°C.
У різальних інструментів, посилених стеллитовыми сплавами, період стійкості в 6-8 разів довше, ніж у пив з HW. Стеллит менш крихкий і добре чинить опір дії ударних навантажень, а застосування напайных пластинок стеллита дозволяє використовувати для сервісу пив таке ж обладнання, як і при сервісному обслуговуванні твердосплавного інструменту. Стеллитированные пили добре себе показали при пилянні на швидкості подачі до 400 м/хв і при розкрої сучкуватий, мороженої деревини, особливо модринової, попит на яку в країні і за кордоном зростає. Крім того, подібний інструмент набагато дешевше, ніж пилки з HW.
Стелліти: переваги та недоліки
Рис. 1. Варіанти наплавлення зубів на різних пилах
Стеллит (англ. stellite – фірмову назву від лат. stella – зірка) – загальна назва групи литих наплавочних твердих сплавів, не містять залізо, в його складі 65% кобальту, 25% хрому, 10% вольфраму та інших рідкоземельних елементів, його твердість близько 60 одиниць по Роквеллу (HRC), тоді як твердість звичайної інструментальної сталі – 48-52 HRC. В деревообробці для посилення інструменту в даний час в основному використовуються прутки (стержні) діаметром 2,4–3,2 мм, рідше прутки трикутної, ромбічної або трапецієподібної форми різного розміру і з різними характеристиками.
Стелліти належать до групи кольорових литих сплавів, проте якийсь час тому існував і чорний варіант стеллита, з вмістом заліза до 20%, але він не отримав широкого розповсюдження.
На російському ринку пропонується стеллит виробництва іноземних компаній (у вигляді дроту, прутків марок 1,6, 12 і інших видів – діаметром 2,4, 3,2, 4, 5, 6,4 і 8 мм і довжиною до чотирьох метрів. Вітчизняна промисловість випускає тверді сплави марок В3К і В3К-Р, які є аналогами імпортних стеллитов марок 6 і 12 відповідно і найбільш близькі до них за хімічним складом. Вітчизняні сплави ПР-ЗЗК і ПР-ВЗК-Р випускаються у вигляді прутків діаметром 6 та 8 мм і довжиною 350, 400, 450, 500 мм по ГОСТ 21449-75 «Прутки для наплавлення. Технічні умови». Тверді сплави В3К і ЗЗК-Р дозволяють отримувати щільні наплавлення на зубцях (лезах) ріжучих інструментів без утворення вад. Твердість наплавленого шару для ПР-В3К – HRC 41,5, для ПР-В3К-Р – HRC 47,5. У цих сплавів майже такий же коефіцієнт лінійного розширення, як і у сталі 9ХФ і 9ХФМ, тому після наплавлення в лезах не виникають внутрішні напруження. Крім того, стелліти ВЗК-Р і ЗЗК добре заточуються, володіють досить високою зносостійкістю при впливі високої температури, механічних навантажень, а також хімічної середовища. Гранична температура нагрівання при наплавленні стеллита ВЗК-Р – 800°С, а при ЗЗК – 750°С. Зважаючи на те, що на структуру стеллитов не впливають результати процесу відпустки, його структура стабільна: в ній є включення карбіду у вигляді дрібних голок, число яких зростає при швидкому охолодженні сплаву, що забезпечує підвищення міцності сплавів при виливку тонких профілів і прутків, які в основному застосовуються для наплавлення. Стеллит стійкий до дії кислот і інших хімічно активних речовин, в тому числі що містяться в деревині та деревних матеріалах. Питома вага стеллита – 9 кг/дм3.
Існують удосконалені варіанти сплавів для наплавлення на деталі та вузли з оптимізованим хімічним складом та поліпшеними механічними параметрами, це, наприклад, стеллен, горан, акрит, мироманнит, цельзит, зміна. Однак ці сплави з різних причин (в основному з-за їх властивостей, частково із-за вартості) не отримали широкого застосування в деревообробці.
Переваги стеллитированных ріжучих інструментів найбільш яскраво проявляються при розпилюванні твердих порід деревини (дуба, бука, тика, дуба та ін), вологою і мерзлої деревини, деревини м'яких порід, сухий або підсушеної деревини. Внаслідок унікальної структури і жорсткості стеллита всі ріжучі кромки зуба пилки, утворені перетинанням передньою, задньою і бічними гранями, що довго зберігають гостроту (радіус ріжучої кромки), не руйнуються при циклічних ударних навантаженнях, в результаті чого підвищується продуктивність устаткування й забезпечується належна якість поверхні отримуваних пиломатеріалів.
Методи нанесення стеллита
Посилення зубів ріжучого інструменту стеллитом можна виконувати наплавленням, зварюванням та паянням. Вибір технології залежить від можливостей технологічного лісопильного устаткування, наявності на підприємстві обладнання для нанесення стеллита на інструмент, уподобань та економічних міркувань керівництва підприємства. У цій статті не розглядається технологія нанесення стеллита на рамні пили, так як це питання досить повно висвітлене у спеціальній літературі.
Рис. 2.1. Наплавка стеллита на зуб Рис. 2.2. Зуб пили після наплавлення Рис. 2.3. Зуб пили після заточування по всім граням
Наплавка – нанесення за допомогою зварювання шару металу на поверхню виробу ручним, напівавтоматичним і автоматичним методами із застосуванням різного обладнання.
Киснево-ацетиленове наплавлення полягає в нанесенні на попередньо підготовлену (без окалини, бруду, жиру) поверхню зуба пилки шару наплавлення з прутка, який розплавляється в киснево-ацетиленовом полум'я. Допустима товщина наплавленого шару – 3-5 міліметрів. На рис. 2.1–2.3 представлені фази наплавлення і заточування стеллита на зуб пилки.
В процесі електродугового наплавлення з додатковою обмазкою електродів між наплавляється зубом і електродом запалюється дуга. Обмазка сприяє стабілізації дуги та отримання рівного шару наплавлення. Рекомендована товщина наплавлення для прутків на основі кобальту (ЗЗК, ВЗК-Р) – до 10 мм. Збільшення товщини наплавленого шару знижує його міцність, підвищує крихкість зуба пилки.
Рис. 3. Варіант зварювання стеллитового прутка з зубом пили
Зварювання – процес отримання нероз'ємного з'єднання відрізку стеллита з зубом ріжучого інструменту при їх місцевому нагріванні та пластичному деформуванні, в результаті якого встановлюються міжатомні зв'язки в місці їх з'єднання. Для стелітування пив використовують прутки стеллита трапецеїдальної форми. Пруток прикладають до попередньо підготовленій поверхні зуба і сильно притискають до нього, місце зварювання нагрівають. Після охолодження пруток відрізають.
Технології наварки і зварювання широко поширені на лісопильних заводах Росії (в основному ручна наплавлення), а найчастіше використовуються сплави від відомих європейських, китайських і російських виробників, у числі яких Deloro Stellite, Kennametal Stellite, Металлохимическая компанія, Hangzhoi Lian Dayang Welding Material Co. Ltd, Shenyang TopNew Material Co., Ltd та ін Пайка – процес отримання нероз'ємного з'єднання стеллитовой пластини з зубом ріжучого інструменту при їх місцевому нагріванні та заповнення зазору між ними розплавленим припоєм.
Схема напайки стеллитовой пластини показана на рис. 4.
Рис. 4. Схема напайки пластин стеллита на зуби пив
В даний час ця технологія в Росії ще не отримала належного розвитку, проте вона дуже перспективна, оскільки дозволяє без застосування спеціального обладнання робити напайку стеллита і його профілювання на типовому обладнанні для виготовлення інструменту HW. Потрібні невеликі зміни технології: для заточування стеллита треба використовувати эльборовые кола замість алмазних і внести корективи в деякі режими пайки. Фірма Tigra (Німеччина) пропонує на ринку два сплаву з стеллита марки Tigralloy: TL48 і TL60. Коротко подамо їх технічні характеристики.
Пластини сплаву TL48 (твердість HRC 48) особливо ефективні в якості зубів лісопильних пив – круглих, рамних і стрічкових пил, які використовуються для розкрою твердої, м'якої, мерзлої та сухої деревини. Поставляються у формі трикутників, прямокутників і типовою геометрії зубів пив з HW.
Пластини сплаву TL60 (твердість 60 HRC) використовуються для вкладишів і заготовок для профільних і стругальних ножів, ножів фрез на зрощення і напайки на різні фрези, що забезпечує відмінну якість одержуваної поверхні і тривалий термін служби інструменту при обробці деревних матеріалів вищеописаних типів (крім клеєних конструкцій з деревини твердих порід). Термостійкість – до 800°C. Цей сплав дуже стійкий до корозії, відрізняється високою міцністю на розрив.
Безперечні достоїнства стеллитов марки Tigralloy:
- інструмент, зуби якого посилені пластинами Tigralloy, по терміну служби значно перевершує інструмент, зуби якого посилені пластинами HW; особливо це помітно при обробці деревини листяних порід;
- чудова якість поверхні пластин, пластичність, висока міцність на вигин і унікальний склад матеріалу дозволяють досягати високого ступеня гостроти ріжучих крайок зубів (до R = 1 мкм) і таким чином забезпечувати значне зниження зусилля різання;
- підвищення продуктивності устаткування, оскільки інструмент, зуби якого посилені пластинами Tigralloy, дозволяє обробляти деревину на високій швидкості подачі і різання;
- в сплаві Tigralloy немає макропор і тріщин, тому не потрібно багаторазова переточування і формування профілю інструменту.
Ручне нанесення стеллита
У цій статті розглядається тільки метод ручного нанесення стеллита (стелітування), який вимагає певних знань і умінь; інші способи описані в інструкціях по використанню обладнання для напівавтоматичного та автоматичного стелітування, а послідовність операцій нанесення стеллита на інструмент в основному збігається з порядком операцій, що виконуються ручним способом.
До устаткування для ручного стелітування відноситься зварювальний пальник (працює на автогене високого тиску або газі пропан), у сопла якої отвір діаметром 0,5–1,0 мм, балон з киснем і балон з ацетиленом (газом), які оснащені редукційними клапанами (вентилями) і манометрами. Робоче місце повинно бути обладнано таким чином, щоб зона нанесення стеллита завжди була горизонтальної, а операція виконувалася робочим в сидячому положенні.
Послідовність робочих операцій
Зуби пилки слід попередньо проточить по передній грані на заточувальному обладнанні, щоб уникнути зміни всіх параметрів і кроку зуба. Виконати плющення зуба ручної плющильной машинкою або на верстаті так, щоб у зуба на передній грані була западина (викрійка). Після бічного обтиснення зуба бічну заточку (фуговку) не виконувати.
Нанести стеллит на інструмент, для чого встановити пилу в пристосуванні таким чином, щоб зона нанесення стеллита на кінчик зуба була зверху, а пила перебувала в горизонтальному положенні. Вершинки зуба газовим пальником слід нагріти до вишнево-червоного кольору і ввести в зону нагріву пруток стеллита; крапельку розпеченого стеллита завбільшки з горошину ввести в поглиблення на зубі. Витрата стеллита на зуб 0,23–0,27 грама.
Після закінчення стелітування всіх зубів на пилці виконати відпал, якщо недостатньо одного, провести через три секунди після першого. Колір сталі при відпалів темно-вишневий. Відстань від пальника до вершини зуба – 20-30 міліметрів. Проточить передню і задню поверхню зуба шлифкругом, зафуговать місця заточування, потім при необхідності проточить зуби по бічних гранях.
Щоб отримати мінімальний радіус заокруглення різальної кромки, інструмент слід ще раз прошліфувати (без встановлення величини знімання) на заточувальному верстаті спочатку по передній, а потім і по задній грані зуба.
Формування профілю зуба і його заточування
Після наплавлення, наварки або пайки стеллита необхідно виконати відпустку. Потім зуби пив заточують, надаючи їм форму лопаточки з необхідними переднім і заднім кутами різання і кутами бічного поднутренія. Кути поднутренія по передній грані, як правило, рівні 3-4°, а по задній грані (по бічним граням) – 5-6 градусів.
На заточувальних верстатах, призначених для заточування стеллитированных пив як по передній і задній, так і по бічних гранях, застосовується в основному торцеве шліфування. Стеллитированные зуби при правильній експлуатації пив можна переточувати до 20 разів. Перед черговим стеллитированием необхідно повністю сошлифовывать старе плющення на всіх зубах пив.
