Выбор режимов лазерной термической обработки ножей рубительных машин для переработки сухостойной древесины

УДК

674.093

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2015.3.84

Аннотация

Сухостойная древесина имеет высокие прочность и твердость. Это приводит к значительному абразивному износу лезвия ножа рубительной машины при выработке щепы из такой древесины. Требование к материалу ножей в этом случае – более высокая твердость режущей кромки (HRC 62…65 в сравнении с традиционной HRC 56…58) при необходимой динамической прочности. Их нельзя получить подбором особого легирования сталей или корректировкой режимов традиционной термообработки. Требуемых характеристик можно достичь лазерной термообработкой лезвия ножа, сформировав в нем особое структурное состояние стали. Использование лазерной термообработки для легированных сталей ножей представляет ряд проблем, главная из которых – отсутствие научно обоснованных режимов этой обработки. Целью данной работы являлась разработка таких режимов. Исследования проведены на стандартных ножах из стали 6Х7ВСМФ на лазерной установке «Квант-15». В ходе экспериментов изучено влияние мощности излучения при постоянном диаметре излучения на твердость поверхностного слоя и количество остаточного аустенита в зоне лазерного воздействия. Мощность излучения регулировали изменением напряжения заряда конденсаторов накачки. Зоны лазерного воздействия располагались без перекрытия при изменении напряжения заряда конденсаторов в диапазоне 400...850 В с шагом 50 В, коэффициентом перекрытия 0,50 и 0,75. Оптимизацию проводили по трем факторам: максимальной твердости зоны лазерного воздействия, минимальному (не более 5 %) содержанию в этой зоне остаточного аустенита, минимальной степени оплавления. В результате определен оптимальный режим лазерной обработки импульсами диаметром 3,0 мм при частоте их следования 2 Гц и скорости перемещения луча 3 мм/с, что обеспечило коэффициент перекрытия, равный 0,5, при напряжении конденсаторов накачки 750...800 В, соответствующем энергии лазерного импульса 5…6 Дж. При этом оптимальная структура лезвия достигается при твердости HRC 63...64 и высокой динамической прочности.

Сведения об авторах

© А.Е. Алексеев, д-р техн. наук, проф.

А.И. Думанский, зав. лаб.

И.О. Думанский, канд. техн. наук, доц.

Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Сев. Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002; e-mail: i.dumanskij@agtu.ru

Ключевые слова

сухостойная древесина, рубительные машины, легированные стали, лазерная термообработка

Литература

1. Воскресенский С.А. Резание древесины. М.; Л.: Гослесбумиздат, 1955. 200 с.

2. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. 5-е изд. М.: Металлургия, 1983. 527 с.

3. ГОСТ 2999–75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу.

4. ГОСТ 9450–76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников.

5. ГОСТ 23677–79. Твердомеры для металлов. Общие технические требования.

6. ГОСТ 17342–81. Ножи рубительных машин. Введ. М.: Изд-во стандартов, 1981.

7. Калинин Д.М. Режущий инструмент в деревообработке. М.: Гослестехиздат, 1935.

8. Пижурин А.А., Розенблит М.С. Исследования процессов деревообработки. М.: Лесн. пром-сть, 1984. 232 с.

9. Справочник по конструкционным материалам / Под ред. В.Н. Арзамасова. М.: Изд-во МГТУ, 2006. 637 с.

Ссылка на английскую версию:

Mode Selection of Laser Thermal Treatment of Chipping Machine Knifes for Deadwood Processing

UDC 674.093

Mode Selection of Laser Thermal Treatment of Chipping Machine Knifes

for Deadwood Processing

A.E. Alekseev, Doctor of Engineering, Professor

A.I. Dumanskiy, Head of Laboratory

I.О. Dumanskiy, Candidate of Engineering, Associate Professor

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russia; e-mail: i.dumanskij@agtu.ru

Deadwood shows high durability and hardness. It leads to considerable abrasive wear of chipper knife's edge during deadwood chip processing. In this case material requirements are the following: higher hardness of cutting edge (HRC 62…65 compared with traditional HRC 56…58) on retention of adequate dynamic strength. These characteristics are unachievable by selection of exclusive steel alloying or adjustment of traditional thermal treatment modes. Demanded characteristics can be obtained during laser thermal treatment of chipper knife's edge, by building up a special structural condition of steel. Laser thermal treatment adoption for chipper knife's alloy steel introduces many problems. Deficiency of scientific grounded laser thermal treatment modes is the major problem. Our investigation was focused on working out such modes. Conventional chipper knifes made of 60Cr7WSiMoV steel were used for laser thermal treatment on laser beam machine “Kvant-15” during scientific investigation. Influence of radiation power on surface coating hardness and quantity of retained austenite in laser impingement point with internal radiation diameter was studied during scientific experiments. Radiation power was regulated by pumping condensers' charge voltage variation. Laser impingement points were arranged without overlapping during condensers' charge voltage variation in the range from 400 to 850 W at a pitch of 50 W, along with overlap ratio 0,5 and 0,75. Three factors were used for optimization: maximum hardness of steel in laser impingement point, minimum percentage (no more 5 %) of retained austenite in laser impingement point and minimum degree of reflowing. Optimal laser processing mode is the following: laser treatment with 3,0 mm diameter shots, 2 Hz pulse repetition frequency and 3 mm/s beam stroking speed. These characteristics provided overlap ratio equal 0,5, with pumping condensers' charge voltage U = 750-800 W relevant to 5…6 J shot power. Optimal edge's structure with hardness HRC 63...64 and high dynamic strength is achieved thereby.

Keywords: deadwood, chipping machine, alloy steel, laser thermal treatment.

REFERENCES

1. Voskresenskiy S.A. Rezanie drevesiny [Wood Cutting]. Moscow, Leningrad, 1955. 200 p.

2. Geller Yu.A. Instrumental'nye stali [Instrumental Steels]. Мoscow, 1983. 527 p.

3. GOST 2999-75. Metally i splavy. Metod izmereniya tverdosti po Vikkersu [State Standard 2999-75. Metals and Alloys. Vickers Hardness Test].

4. GOST 9450-76. Izmerenie mikrotverdosti vdavlivaniem almaznykh nakonechnikov [State Standard 9450-76. Diamond-Pyramid Micro-Hardness Test].

5. GOST 23677-79. Tverdomery dlya metallov. Obshchie tekhnicheskie trebovaniya [State Standard 23677-79. Durometers for Metals. General Specifications].

6. GOST 17342-81. Nozhi rubitel'nykh mashin [State Standard 17342-81. Chipper Knifes].

7. Kalinin D.М. Rezhushchiy instrument v derevoobrabotke [Cutting Tool in Wood-Processing]. Мoscow, 1935.

8. Pizhurin A.A., Rozenblit M.S. Issledovaniya protsessov derevoobrabotki [Wood-Procesing Investigation]. Мoscow, 1984. 232 p.

9. Arzamasov V.N. Spravochnik po konstruktsionnym materialam [Construction Materials Guide Book]. Мoscow, 2006. 637 p.

Received on January 16, 2014