ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУМАГИ И КАРТОНА

Памфилов Е.А., Пыриков П.Г., Рухлядко А.С. (БГИТА, г.Брянск, РФ)

 

Основным видом изнашивания инструментального материала бумагорезательных ножей является постепенное истирание рабочих поверхностей режущей части. В этот период поверхностные слои длительное время, подвергаясь циклическим деформациям, становятся разупрочненными, в результате чего возрастает интенсивность микровыкрашивания с  одновременным образованием фаски износа. Кроме того, в микротрещины попадают продукты деструкции обрабатываемого материала, возникают предпосылки интенсификации диффузионных процессов, повышается реакционная активность инструментального материала химическому воздействию ПАВ.

Одним  из способов устранения влияния  негативных факторов является формирование в инструментальном материале регламентированного напряженного состояния. Известно, что сжимающие напряжения повышают усталостную прочность материала, препятствуя раскрытию устьев субмикроскопических трещин. Обеспечить необходимую величину напряженного состояния в инструментальном материале представляется возможным за счет магнитострикционного эффекта. Действительно, при намагничивании внешним источником ферромагнитного материала в последнем образуются магнитострикционные напряжения сжатия. В частности, в прикромочной зоне инструмента формируется равномерно распределенное напряженной состояние, препятствующее интенсификации трещинообразования и снижающее долю микровыкрашивания в общем балансе износа инструмента.

В целях обоснования параметров магнитного поля при упрочнении бумагорезательных инструментов анализировались их магнитные свойства. В качестве образцов использовались инструментальные стали У10А, Х12М, Р6М5, в виде цилиндрических стержней диаметром 5 и длиной 115 мм. Все образцы термически обрабатывались согласно режимам, широко используемым для такого рода инструментов.

Исследования функций j = f (H) (рис.1), В = f (H), величин начальной mн и максимальной mmax магнитной проницаемости, коэрцитивной силы Hc и остаточной индукции Br, а также магнитострикционных напряжений l (рис. 2) с учетом размагничивающего фактора, определяющегося геометрией образцов, проводились по ГОСТ 8.377-80 на установке, собранной в Брянской государственной инженерно-технологической академии. Результаты магнитных исследований представлены в таблице 1.

Формирование определённого уровня напряжённого состояния в режущем инструменте осуществлялось за счёт индуцирования в нём магнитного поля постоянного характера. Управление величиной напряжённости магнитного поля в диапазоне от 10 до 100 кА/м позволяло варьировать уровнем формирующихся в инструменте напряжений. При этом величина напряжённости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


   

  Рисунок 1-Зависимости величин намагниченности от напряжённости

внешнего магнитного поля

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

Сталь У10А

 
 

 

 

 

 

 


Рисунок 2- Зависимости величин магнитострикции от напряжённости

внешнего магнитного поля

 

Таблица 1- Магнитные характеристики исследуемых материалов

 

Сталь

H×10-3,

А/м

B, Тл

j×10-3,

А/м

m0

mmax

Hc×103,

А/м

Br, Тл

l×106

 

В области магнитного

насыщения

 

 

 

 

 

Р6М5

53,61

2,32

1795,59

18,97

133,24

6,86

1,05

- 1,73

У10А

53,59

2,46

1904,29

34,49

178,33

4,46

0,96

-2,55

Х12М

54,18

1,55

1180,82

8,88

78,98

7,06

0,75

- 7,66

 

 

 

 

 

 

 

магнитного поля устанавливается в пределах величин, соответствующих состоянию магнитной восприимчивости материала.

Формирование магнитострикционных напряжений сжатия и управление их уровнем в инструментальном материале обеспечивалось по схеме представленной на рисунке 3. Согласно схеме, магнитное поле индуцировалось электромагнитом 2, установленным  в области фрикционного контакта дискового ножа 3 с опорным кольцом 1, тем самым, обеспечивая формирование магнитострикционных напряжений сжатия в зоне интенсивного изнашивания. При этом не требовалось принудительного охлаждения в результате нагрева инструмента при намагничивании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 3- Формирование магнитострикционных напряжений в инструментальном материале (1 - опорное кольцо; 2 - электромагнит; 3 - дисковый нож)

 

Оценка эффективности предложенного способа упрочнения представлена в таблице 2. Результаты свидетельствуют о том,  что износостойкость режущего инструмента в зависимости от технологии реализации возрастает в среднем на 15 – 25 % по сравнению с необрабатываемыми инструментами.

 

                Таблица 2- Оценка эффективности способа упрочнения

Инстру­-

Неуп-

Упрочненный инструмент

ментальный

материал

Рочненый

инструмент

Технлогия  1

40  кА/м

Технология  2

60 кА/м

Технология 3

80  кА/м

Технология  4

100 кА/м

 

Износостойкость, час

У10А

15

17

21

19

18

Х12М

38

40

46

45

43

Р6М5

39

42

48

47

45