Введение

В процессе работы режущего инструмента, основная нагрузка приходится на его рабочую поверхность, что, в конечном счете, приводит к частичному или полному износу последней. Актуальным является повышение стойкости или ресурса работы режущего инструмента и быстроизнашиваемых деталей технологического оборудования. При этом экономятся средства на изготовление новых деталей.

В кожевенно-меховом производстве рабочими органами большой группы машин кожевенного и мехового производства являются режущие инструменты, причем в себестоимости изделия доля затрат на инструменты может составлять 3—10%. Следовательно, один из путей снижения себестоимости продукции — повышение работоспособности режущего инструмента. Проблему повышения стойкости режущих инструментов можно решить, используя поверхностное упрочнение.

Существует ряд технологических способов обработки рабочей поверхности, направленных на ее упрочнение, наиболее прогрессивным и эффективным из которых является метод нанесения на поверхность инструмента покрытий из твердых соединений. Такие покрытия позволяют повысить стойкость режущего инструмента в 2 и более раза.

Целью данной работы является проведение исследований по повышению стойкости режущих инструментов кожевенно-меховых производств, и разработка технологии реализации.

В задачи работы входило:

o выбор и обоснование направления исследования;

o анализ и выбор номенклатуры режущих инструментов;

o выбор оборудования и материала для упрочнения;

o проведение экспериментальных исследований по определению режимов упрочнения и характеристик упрочняющих слоев;

o разработка технологии упрочнения режущих инструментов;

o проведение производственных испытании упрочненного инструмента;

o оценка экономических эффектов.

Основные положения и результаты, полученные в магистерской диссертационной работе докладывались и обсуждались на: научной сессии Казанского государственного технологического университета, 2010г.; VI международной научно-практической конференции «Новые технологии и материалы легкой промышленности», – Казань, 2010г.; XI Международной научно-практической конференции «Нанотехнологии в промышленности», – Казань, 2010г.; пятой Российской студенческой научно-технической конференции «Вакуумная техника и технология», – Казань, 2011 г.; VII международной научно-практической конференции «Новые технологии и материалы легкой промышленности», – Казань, 2011г.;

Основные результаты магистерской диссертационной работы опубликованы в 5 печатных работах.

1 Аналитический обзор

1.1 Режущие инструменты используемые в кожевенно-меховых производствах.

Кожевенное и меховое производство относится к од­ному из древнейших производств, освоенных человеком. Мно­гие тысячелетия выделка кож и меха производилась вручную с применением простейших инструментов и приспособлении. Специальное технологическое оборудование стало применяться только во второй половине XIX в. С начала XX в. за рубежом появились первые кожевенные заводы, оснащенные машинами для механической обработки полуфабриката и аппаратами с механическим приводом. Один из проблем и кожевенного и мехового производства является быстрое изнашивание деталей машин. Это обычно приводит к замене деталей, а иногда даже машин. Как правило, все эти затраты сказываются на себестоимости выпускаемой продукции.

Рабочими органами большой группы машин кожевенного и мехового про­изводства являются также враща­ющиеся валы с винтовыми ножами. К таким маши­нам относятся мездрильные, строгальные, волососгонно-чистильные, разводные, отжимные, тянульные, разбивочные и др. Например, в кожевенно-меховом производстве «Мелита» с такими ножами используется мездрильные машины ММ-1625 и «Оздерсан»-1200, строгальная машина «Кострой-1800», а кожевенное предприятие «Сафьян» использует итальянские машины фирмы «Rizzi»: мездрильная машина SG-3 с шириной рабочего прохода 2200 мм и строгальная машина «RLA-1300». Машины с ножевым валом используется и на предприятии ООО «Меховщик», это мездрильная машина ММ-1625 и строгальная машина МСГ 600-3-КРЭ.

Ножевой вал представляет собой стальной сплош­ной цилиндр, установленный на подшипниках качения или сколь­жения. На поверхности цилиндра профрезерованы винтовые ка­навки прямоугольного сечения, в левой половине — правого на­правления, а в правой половине — левого. В винтовых канав­ках зачеканены мягким металлом (как правило, красной медью с лицевой стороны) спиральные ножи из металлической ленты (рис. 1.1). На стыках посередине вала ножи скругляют. Соб­ранные валы тщательно балансируют.

В зависимости от назначения ножевые валы различаются числом ножей, их материалом, толщиной, формой рабочей кромки, углом подъема винтовой линии. На валу находятся обычно 8—16 левых и столько же правых ножей.

Ножи мездрильных и строгальных машин, предназначенных для резания материала, изготавливают из стальной холодно­катаной ленты: толщиной 2,5—4 мм для мездрильных машин и толщиной 1,5—2 мм для строгальных машин. Режущая кромка ножа должна быть достаточно твердой и износостойкой, в то время как сам нож должен быть достаточно вязким, нехрупким. Поэтому нож цементируется (науглероживается) с передней режущей стороны или с обеих сторон на глубину 0,15—0,25 мм и закаливается до твердости НР = 60—80. Иногда ножи изго­тавливают из двухслойной стали: передний режущий слой — из твердой износостойкой стали, а задний слой — из более мягкой и пластичной.

Угол подъема винтовой линии ножа является одним из его важнейших параметров и выбирается в зависимости от назна­чения машины. Для обработки полуфабриката резанием он бе­рется меньше: 22—23° для строгания, 30—36° для мездрения, а для обработки фрикционным контактом берется большим — от 42 до 75°. В зависимости от вида обработки полуфабриката винтовые ножи изготавливаются по-разному (рис 1.2).

Рисунок 1.2 – Геометрия ножей и их взаимодействие с полуфабрикатом при об­работке на машинах: а — мездрильной; б — строгальной; в — строгальной с наклонными ножами; г — волососгонно-чистильной; д — разводной

Строгание полуфабриката производится для по­лучения кожи заданной толщины по всей площади и ровной, чистой бахтармяной поверхности. Обычно строгание осуществляется после дубления при влажности кожи 55—60%. При большей влажности кожа прилипает к прижимному валу, а стружка забивает ножи. При: небольшой влажности кожа сильно нагревается от трения но­жей и может даже прижигаться. Кроме того, кожа с малой влажностью имеет повышенную жесткость, плохо расправля­ется на прижимном валу, вследствие чего возможны ее порубы.

При строгании, как и при всякой обработке винтовыми ножами, происходит растяжение полуфабриката, приводящее к увеличению площади и изменению физико-механических свойств, что проявляется и в коже. В этом состоит существен­ное отличие строгания кожи от выравнивания ее толщины ленточным ножом. После появления современных двоильно-ленточных машин, позволяющих получать кожу заданной тол­щины с точностью до 0,1 мм, делались попытки полностью ис­ключить операцию строгания. Однако это привело к уменьше­нию выхода кож хромового дубления по площади и снижению ее прочности и тягучести. Поэтому для получения кожи высо­кого качества для верха обуви и увеличения ее выхода па площади строгание имеет большое значение.

К качеству резания при строгании предъявляют более вы­сокие требования, чем при мездрении. Плохая балансировка ножевого вала, люфты в его подшипниках, вибрация и недо­статочная жесткость станины, слабое крепление ножей в ка­навках ножевого вала и недостаточная их заточка приводят к таким дефектам, как «лестница» и «дробь» (волнистость поверхности полуфабриката), а также мелкие и сквозные порубы.

Ножи строгальных машин делают тоньше (1,5—2 мм) и затачивают их значительно чаще, чем ножи мездрильных ма­шин, а для уменьшения рабочего угла резания угол подъема винтовой линии уменьшают до 23°. Для уменьшения угла за­точки ножи в канавках ножевого вала иногда устанавливают с наклоном вперед до 35°. При этом угол заточки уменьшается с 90 до 55°, что значительно снижает окружное усилие резания и расход энергии, улучшает качество резания.

Один из быстроизнашиваемых ножей это – дисковый нож мездрильной машины ДМ-3, которую использует ОАО «Мелита» и ООО «Меховщик»

Рисунок 1.3 – Схема машины дисковой мездрильной ДМЗ-30

Машина дисковая мездрильная ДМЗ-30 (рис. 1.3) предназ­начена для подмездривания, мездрения и строгания шкурок норки, кролика и морского зверя. Машина состоит из литой чугунной станины l, выполненной в виде стойки, ножевой головки 2, смонтированной на станине с возможностью поворота относительно вертикальной оси, и элект-родвигателя 8, установленного на салазках в нижней части станины. В головке в центрах 3 закреплен дисковый нож 4. Диаметр ножа 300—310 мм, толщина 2—2,5 мм. Нож приводится во вращение электродвигателем через клиноременную передачу 5. Слева и справа от плоскости ножа установлены ограничители — губки 11. Положение губок относительно режущей кромки ножа регулируется с помощью винтов 12. Взаимное положение ножа и губок показано на рис. 1.4 а, геометрические пара­метры ножа — на рис. 1.4, б.

Рисунок 1.4 – Взаимное положение ножа и губок в машине дисковой мездрильной ДМЗ-30

Губки обеспечивают правильное взаимодействие ножа с обрабатываемой шкурой, снижают возможность повреждения последней при ее перемещении по лезвию ножа. Левая губка имеет наклонные пазы для выравнивания обрабатываемой шкурки, правая поддерживает шкурку и защищает руки рабочего от порезов.

Для двоения кожи используется ленточные ножи. Машины с такими ножами использует «Сафьян», это — итальянская двоильно-ленточная машина SR с шириной рабочего прохода 1800 фирмы Rizzi.

Распиливание полуфабриката ножом, выполняе­мое на двоильно-ленточных машинах, является одним из важ­нейших технологических процессов кожевенного производства.

Основная цель этой операции — уменьшение и выравнивание толщины материала или получение одного или нескольких слоев материала заданной толщины. Дополнительная цель — получение спиленного слоя кожи (спилка), который может быть использован при выработке определенных видов изделий.

Кожевенный полуфабрикат в зависимости от технологии и назначения готовой кожи двоят на различных стадиях произ­водства: в голье, после дубления или сухой полуфабрикат. Наи­более равномерная толщина кожи достигается при двоении сухого полуфабриката, а наименьшая — при двоении голья. Каждый из видов двоения имеет преимущества и недостатки.

Перед двоением голье подвергают золению, в результате чего оно набухает, т. е. получает так называемый нажор. При­чем разные участки шкуры набухают в различной степени: плотные — меньше, рыхлые — больше. Поэтому после двоения голья получается полуфабрикат неравномерной толщины, так как толщина рыхлых участков после дальнейшей обработки (в том числе после снятия нажора) уменьшается в сравнении с толщиной других участков. Но при этом последующие опера­ции жидкостной обработки полуфабриката ускоряются.

Для двоения полуфабриката применяются ма­шины с непрерывно движущимся ленточным ножом. Машины широко используются на кожевенных заводах и меховых фаб­риках, так как при меньшем усилии резания обеспечивается хорошее качество поверхности полуфабриката по сравнению с другими способами резания.

Основным рабочим органом двоильно-ленточных машин яв­ляется нож в виде бесконечной ленты. Режущая часть ножа обычно имеет форму несимметричного двустороннего клина, по­лучающегося заточкой передней кромки ленты точильными шлифовальными кругами. В режущей части ножа различают следующие элементы: две наклонные плоскости (грани) и вер­шина (острие).

Значение отдельных элементов ножа в процессе резания видно из следующего: острие изменяется в наибольшей степени в связи с износом — затуплением и изгибанием, вследствие чего изменяется как мощность резания, так и характер обработки. Грани при этом остаются почти нетронутыми. Однако длина граней влияет как на быстроту износа острия, так и на меха­низм процесса резания, а следовательно, и характер и качество обработки. В зависимости от характера обработки ножи затачиваются по-разному (рис1.5).

Каждый элемент ножа выполняет определенные функции. Режущая часть ножа должна обеспечить ориентировочное раз­рушение материала путем его деформации. Деформация в на­чальном периоде резания характеризуется местным сжатием материала острием под действием контактных напряжений. По мере нарастания давления напряжение сжатия возрастает и в итоге достигает величины, превосходящей напряжение раз­рушения,— материал разрушается. При этом основная дефор­мация сжатия концентрируется на небольшом участке мате­риала. Чем меньше этот участок, тем выше концентрация рас­пределенных усилий сжатия и тем лучше качество резания.

Рисунок 1.5 – Виды заточек лезвия ленточного ножа для разрезания различных материалов

Ленточный нож представляет собой тонкую (не более 1,5 мм), но широкую (80—96 мм) замкнутую стальную ленту, надетую на шкивы. Ленточные ножи изготовляются из холод­нокатаной стальной ленты, соответствующей по химическому составу инструментальной углеродистой стали У8А ГОСТ 1435—74. Лента проходит термообработку: закалку с после­дующим высоким отпуском.

ОАО «Мелита» и ООО «Меховщик» для облегчения дальнейшей обработки волосяной покров овчин укорачивают до 18—20 мм на рубильных машинах МР-1200-1М. Рубильные машины проще по конст­рукции, чем шерстерезные, однако срезаемый ими волос ру­бится на несколько частей и ценность его снижается. Поэтому рубильные машины применяют для предварительной стрижки менее ценной шубной овчины.

Рисунок 1.6 – Рубильная машина КСМР1-120

Режущий узел машины состоит из ножевого вала и непод­вижного ножа (рис1.6). На ножевом валу 3 закреплен режущий нож 1 и заправляющий нож 4 со скругленной кромкой и несколько меньшего радиуса. Оба ножа — спиральные, с углом подъема винтовой линии около

84°. Неподвижный нож 5 закреплен на массивной траверсе. Положение ножа по вертикали относи­тельно траверсы регулируется. Траверса может смещаться по горизонтали. Таким образом, неподвижный нож может быть точно (с небольшим зазором) установлен относительно по­движного ножа.

Неподвижный нож также используется на стригальных машинах «Оздерсан-1250», «Свит-1800» в ОАО «Мелита» и КСМ2-1200 ООО «Меховщик». Стригальные машины применяют в отделочных це­хах меховых фабрик для окончательного выравнивания высоты волосяного покрова. Иногда их используют и для предвари­тельной стрижки волосяного покрова шкурок кролика и овчин.

Рабочими органами стригальных машин являются вращаю­щийся вал со спиральными ножами, неподвижный нож и кон­вейер. Различаются стригальные машины типом удерживаю­щего шкурку приспособления, которое может представлять со­бой вакуумную коробку, струнное или игольчатое устройство.

Рисунок 1.7 – Ножевой вал стригальной машины

Ножевой вал стригальной машины (рис. 1.7)—это сплошной стальной цилиндр с дисками на концах. Ножи имеют фасонный профиль в виде уголка и изготавливаются из двух­слойной стали сечением 35x2 мм. Основной слой — это мало­углеродистая мягкая сталь, хорошо сопротивляющаяся удар­ным нагрузкам, рабочий слой — легированная инструменталь­ная сталь, которая после закалки становится достаточно твердой и износостойкой. На режущей грани ножа нанесена на­сечка глубиной 0,3 и с шагом 1,25 мм, препятствующая соскаль­зыванию волоса с лезвия ножа.

Полка ножа плотно прилегает к валу и крепится к нему сваркой или винтами 4, для чего на полке имеются отверстия. К концам ножа крепятся хвостовики 5 с резьбой, которые вхо­дят в отверстия концевых дисков 2 вала. С помощью гаек 1, навертываемых на хвостовики, нож натягивается в продольном направлении, что уменьшает его вибрацию.

Ножу придается спиральная форма с углом подъема вин­товой линии 70—75°. Благодаря этому подвижные и неподвиж­ные ножи постоянно имеют до 20 точек контакта, удары ножей исключаются и резание происходит плавно. Кроме того, точки контакта ножей непрерывно скользят вдоль режущей кромки, резание происходит по принципу ножниц.

В последнее время стали применяться ножевые валы более простой конструкции, аналогичные валам мездрильных и стригальных машин: спиральные ножи 1 из плоской ленты зачеканиваются в канавки, профрезерованные на валу 2 (рис. 1.8, а). Неподвижный нож 6 из закаленной инстру­ментальной стали закрепляется на траверсе и может быть точно устанозлен относительно ножевого вала перемещением траверсы по горизонтали и самого ножа относительно траверсы по вертикали. Рассмотрим процесс резания волоса на стригаль­ной машине. Шкурка 5 плотно облегает пе­реднюю цилиндрическую часть подающего конвейера 4. Подвижный нож 3 подходит к волосу, изгибает и прижимает его к неподвижному ножу. В момент контакта ножей часть волоса срезается.

Рисунок 1.8 – Схема рабочих органов стригальной машины

1.2 Трение и износ режущих инструментов при обработке шкурок.

Режущий инструмент в процессе резания воздействует на обрабатываемый материал и вызывает образование стружки и формирование новой поверхности, однако сам при этом подвергается воздействию со стороны обрабатываемого материала и интенсивно изнашивается. Режущие инструменты работают в чрезвычайно тяжелых условиях действия громадных давлений на поверхностях контакта и высокой температуры, в условиях трения чистых, вновь образованных поверхностей. По этим причинам интенсивность изнашивания режущих инструментов в тысячи и десятки тысяч раз превосходит интенсивность изнашивания трущихся деталей машин.

В результате изнашивания режущее лезвие инструмента теряет свою первоначальную форму и, как следствие, режущую способность. Для восстановления режущей способности инструмента производится затачивание его рабочих поверхностей. В процессе затачивания инструмента с его рабочей части срезаются довольно большие слои дорогостоящего инструментального материала. Кроме того, на смену затупившегося инструмента затрачивается время, которое увеличивает продолжительность операции механической обработки, а следовательно и ее стоимость; срезаемый при затачивании абразивным инструментом дорогостоящий инструментальный материал переводится в шлам и безвозвратно теряется. В целом все это существенно удорожает механическую обработку и ограничивает ее эффективность.

Характер износа режущего инструмента, то есть распределение его по рабочим поверхностям инструмента, зависит от многих конкретных условий, в которых производится резание. Рабочие поверхности режущего инструмента изнашиваются как от механического воздействия на него обрабатываемого материала, так и в результате молекулярно-термических процессов происходящих в зоне резания на поверхностях контакта инструмента с обрабатываемым материалом. Инструмент может подвергаться различным по своей природе, видам изнашивания: абразивному, адгезионному, химическому, диффузионному, электроэрозионному и другим. В процессе резания все эти виды изнашивания могут иметь место, но в зависимости от конкретных условий один из них является доминирующим, определяющим интенсивность изнашивания и стойкость режущего инструмента.

Первостепенной причиной изнашивания деталей (особенно со­прягаемых и трущихся при движении друг о друга) является тре­ние — процесс сопротивления относительному перемещению, возни­кающего между двумя телами в зонах соприкосновения их поверх­ностей по касательным к ним, сопровождаемый диссипацией энер­гии, т. е. превращением ее в теплоту.

При мездрении на нож действуют следующие силы (Рис.1.9):

N₁ – усилие прижатия одного ножа к шкурке;

µР₁ – сила трения торцевой грани ножа о материал;

µN₁ – Сила трения передней грани ножа об отделяемому мездру.

Силы трения направлены навстречу вектору скорости относительного скольжения соответствующих поверхностей.

Рисунок 1.9 – Кинематика и динамика резания винтовым ножом

Наиболее разрушительное действие на нож ока­зывает абразивное изнашивание, которое наблюда­ется в тех случаях, когда трущиеся поверхности загрязняются мел­кими абразивными и металлическими частицами. Абразивное изнашивание происходит по причине царапания поверхностей инструмента твердыми включениями обрабатываемого материала. Твердые включения при этом как микрорезцы скоблят поверхность инструмента.

При обработке продубленных шкур ножи быстрее изнашиваются, чем при обработке не продубленных. Это связано с тем, что продубленные шкуры или стружки этих шкур имеют металлические включения, которые действуют как абразивный материал.

Рисунок 1.10 – Кинематика резания ленточным ножом

При двоении ленточным ножом происходит пилящее резание (рисунок 1.10). Нож изнашивается при трении стружки и обрабатываемого полуфабриката о поверхности режущего инструмента. В связи с быстрым изнашиванием ленточный нож двоильно-ленточной машины непрерывно затачивают, снимая фаску. Нож стачивается до ширины 30мм за 100 ч или около 16 смен. Потом нож заменяют.

1.3 Технологии повышения стойкости режущих инструментов и материалы для упрочнения.

Дата добавления: 2015-08-05