Особенности исследования изнашивания режущих инструментов для переработки древесных материалов

УДК

674.05:620.16

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2017.6.89

Аннотация

Технико-экономическая эффективность использования дереворежущих инструментов и качество выпускаемой с их применением продукции в значительной степени определяются совокупностью характеристик рабочих поверхностных слоев рас-сматриваемых инструментов, в том числе износостойкостью. При этом отмечается существенное разнообразие реализующихся механизмов протекания изнашивания как в части качественного характера их проявления (постепенное изнашивание образующих режущие кромки поверхностей, микровыкрашивание и сколы режущего лезвия), так и особенностей образования продуктов изнашивания. Изнашивание дереворежущих инструментов – результат совместного проявления механического, электроэрозионного, химического, электрохимического и других воздействий. Особенностью, дополнительно усугубляющей такую сложную картину поверх-ностного разрушения, является возможность возникновения эффекта синергизма механических и химических составляющих процесса изнашивания, когда их взаимное влияние увеличивает степень проявления каждого из наблюдаемых механизмов. При таком многоплановом эксплуатационном воздействии износостойкость инструментов во многом обусловлена физико-химическими свойствами материалов, применяемых для их изготовления, видом и режимами используемой упрочняющей обработки, а также характером внешних воздействий на них в процессе эксплуатации. В связи с этим для обеспечения должной износостойкости инструментов необходимо решать комплексные задачи совершенствования их конструкций, обоснованного выбора инструментальных материалов и способов их упрочняющей обработки. Важнейший аспект решения этих задач – экспериментальная проверка целесообразности принятых решений, для чего применительно к различным эксплуатационным усло-виям требуется разработать или выбрать методики износных испытаний, позволяющих получать достоверные результаты. При этом следует учитывать, что выбор методов исследования напрямую связан с характером рассматриваемых видов деревопереработки, механизмов изнашивания тех или иных дереворежущих инстру-ментов. Должен приниматься во внимание тот факт, что указанные механизмы могут изменяться как в процессе единичного реза, так и по мере затупления рас-сматриваемых инструментов.

Сведения об авторах

Е.А. Памфилов¹, д-р техн. наук, проф.

Е.В. Шевелева², канд. техн. наук, доц.

¹ Брянский государственный технический университет, бул. 50-летия Октября, д. 7,
г. Брянск, Россия, 241035; e-mail: pamfilov@bgita.ru

² Брянский государственный инженерно-технологический университет, просп. Станке Димитрова, д. 3, г. Брянск, Россия, 241037; e-mail: elshev@km.ru

Ключевые слова

деревопереработка, инструмент, испытания, износостойкость, изнашивание, физико-химические свойства, синергизм, эксплуатационные параметры, достоверность, моделирование, эффективность

Для цитирования

Памфилов Е.А., Шевелева Е.В. Особенности исследования изнашивания режущих инструментов для переработки древесных материалов // Лесн. журн. 2017. № 6. С. 89–103. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.6.89

Литература

1. А. с. 1658024 СССР, МПК G 01 N 3/58. Способ испытания дереворежущего инструмента на изнашивание / Е.А. Памфилов, В.Д. Северин, А.А. Андропов.
№ 4659992/28; заявл. 07.03.89; опубл. 23.06.91, Бюл. № 23. 3 с.

2. А. с. 879397 СССР, МПК G 01 N 3/58. Способ определения степени износа инструмента / Е.А. Памфилов. № 2886292/25; заявл. 22.02.80; опубл. 07.11.81, Бюл.
№ 41. 2 с.

3. Евельсон Л.И., Памфилов Е.А. Оптимизация узлов трения машин с учетом неопределенности информации в исходных данных // Трение и износ. 2006. № 2.
С. 191–195.

4. Зотов Г.А., Памфилов Е.А. Повышение стойкости дереворежущего инструмента. М.: Экология, 1991. 304 с.

5. Лукашев Е.А., Ставровский М.Е., Олейник А.В., Юдин В.М., Емельянов С.Г. Трибохимия водородного износа. Курск: КГТУ, 2007. 279 с.

6. Моисеев А.В. Износостойкость дереворежущего инструмента. М.: Лесн. пром-сть, 1981. 112 с.

7. Мышкин Н.К., Петроковец М.И. Трибология. Принципы и приложения. Гомель: ИММС НАН Беларуси, 2002. 310 с.

8. Основы трибологии (трение, износ, смазка): учеб. для техн. вузов.
2-е изд., перераб. и доп. / под. общ. ред. А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 2001. 664 с.

9. Памфилов Е.А. Особенности изнашивания и повышения стойкости дереворежущих инструментов // Лесн. журн. 1997. № 1-2. С. 142–146. (Изв. высш. учеб. заведений).

10. Памфилов Е.А., Лукашов С.В., Прозоров Я.С. Модель механохимического разрушения деталей оборудования для производства технологической стружки // Лесн. журн. 2012. № 5. С. 108–116. (Изв. высш. учеб. заведений).

11. Памфилов Е.А., Лукашов С.В., Прозоров Я.С. Особенности изнашивания железоуглеродистых сплавов при фрикционном контактировании с древесиной // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2012. № 6. С. 3–9.

12. Памфилов Е.А., Петренко Н.М. К вопросу о механизме изнашивания дереворежущего инструмента // Лесн. журн. 1978. № 3. С. 148–150. (Изв. высш. учеб. заведений).

13. Памфилов Е.А., Пилюшина Г.А., Савочкин А.М. Методология триботехнических испытаний // Физика, химия и механика трибосистем. Иваново: Иванов. гос. ун-т, 2006. Вып. 5. С. 9–14.

14. Памфилов Е.А., Прозоров Я.С., Кузнецов С.В., Лукашов С.В. Современные методы исследования коррозионно-механического изнашивания // Изв. Самар. НЦ РАН. 2015. Т. 17, № 1. С. 146–149.

15. Прозоров Я.С. Повышение эффективности производства древесной стружки на основе увеличения долговечности применяемого оборудования: автореф. дис. … канд. техн. наук. Архангельск, 2016. 16 с.

16. ASTM Standard G119. Standard Guide for Determining Amount of Synergism between Wear and Corrosion // Annual Book of ASTM Standards. Vol. 03.02: Corrosion of Metals; Wear and Erosion. West Conshocken, USA: ASTM, 2001.

17. Baker A.J. Corrosion of Metals in Preservative-Treated Wood // Wood Protection Techniques and the Use of Treated Wood in Construction / Ed. by M. Hamel. Madison, Wisconsin, USA: Forest Products Society, 1988. Pp. 99‒101.

18. Bayer R.G. Mechanical Wear Fundamentals and Testing. New York, USA, 2004. 416 p.

19. Characterization of Corrosion Products on Steel Surfaces / ed. by Y. Waseda, S. Suzuki. Berlin, Germany: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006. 297 p.

20. Darmawan W., Rahayu I.S., Tanaka C., Marchal R. Chemical and Mechanical Wearing of High Speed Steel and Tungsten Carbide Tools by Tropical Woods // Journal of Tropical Forest Science. 2006. Vol. 18, no. 4. Pp. 255‒260.   

21. Landolt D. Corrosion and Surface Chemistry of Metals. Switzerland: EPFL Press, 2007. 400 p.

22. Mohan G.D., Klamecki B.E. The Susceptibility of Wood-Cutting Tools to Corrosive Wear // Wear. 1981. Vol. 74, iss. 1. Pp. 85‒92.

23. Pamfilov E.A., Lukashov S.V., Prozorov Y.S. Mechanochemical Fracture of the Components of Wood-Cutting Equipment // Materials Science. 2014. Vol. 50, no. 1.
Pp. 148‒155.

24. Pamfilov E.A., Prozorov Y.S. On the Modeling of Mechanochemical Wear // Journal of Friction and Wear. 2012. Vol. 33, no. 3. Pp. 224–232.

25. Scholl M., Clayton P. Wear Behavior of Wood-Cutting Edges // Wear. 1987.
Vol. 120, iss. 2. Pp. 221–232.

26. Stewart H.A., Srinivasan S., Stiffler A.K., Miller D.B. Electrical Discharge when Machining Medium-Density Fibreboard and Tool Wear // Tribology International. 1994. Vol. 27, iss. 5. Pp. 343–348.

Поступила 11.01.17

Ссылка на английскую версию:

A Study of Cutter Wear Rate for Wood-Based Materials Processing

UDC 674.05:620.16

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.6.89

A Study of Cutter Wear Rate for Wood-Based Materials Processing

E.A. Pamfilov¹, Doctor of Engineering Sciences, Professor

E.V. Sheveleva², Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor

¹Bryansk State Technical University, bul. 50-letiya Oktyabrya, 7, Bryansk, 241035, Russian Federation; e-mail: pamfilov@bgita.ru

²Bryansk State Engineering Technological University, pr. Stanke Dimitrova, 3, Bryansk, 241037, Russian Federation; e-mail: elshev@km.ru

Technical and economic efficiency in the use of woodcutting tools and the quality of products are largely determined by a set of operating characteristics of working surface layers of tools under consideration, including wear resistance. We note a significant variety of realized wear mechanisms, both in terms of their qualitative nature (gradual wear of surfaces forming the cutting edges, microchipping and chipping of the cutting blade), and the features of wear products formation. Wood-cutting tools wear is the result of mechanical, electroerosive, chemical, electrochemical and other effects. The synergism effect of the mechanical and chemical components of the wear process when their mutual influence increases the degree of manifestation of each of the observed mechanisms is the aggravating feature of surface destruction. With such a multifaceted operational impact, the wear resistance of tools is largely due to the physico-chemical properties of materials used for their manufacture, the type and regimes of hardening used, and the nature of the external influences during operation. In this regard, in order to ensure the proper wear resistance of tools, we should solve complex problems of improving their design, a sound choice of tool materials and methods for their strengthening treatment. The most important aspect of solving these problems is the experimental verification of the decisions expediency, for which the methods of wear tests that allow obtaining reliable results for various operating conditions should be developed or chosen. The choice of research methods is directly related to the nature of types of wood processing, wear mechanisms of certain wood-cutting tools. We should take into account the fact that these mechanisms can vary both in the process of a single cut, and in the process of tool dulling.

Keywords: wood conversion, tool, test, wear resistance, wear, physicochemical property, synergism, operational parameter, integrity, simulation, efficiency. 

REFERENCES

1. Pamfilov E.A., Severin V.D., Andropov A.A. Sposob ispytaniya derevorezhushchego instrumenta na iznashivanie [Wear Testing Method of Wood-Cutting Tools]. Certificate of authorship USSR, no. 1658024, 1989.

2. Pamfilov E.A. Sposob opredeleniya stepeni iznosa instrumenta [Determination Method of Tool Wear Rate]. Certificate of authorship USSR, no. 879397, 1980.

3. Evel'son L.I., Pamfilov E.A. Optimizatsiya uzlov treniya mashin s uchetom neopredelennosti informatsii v iskhodnykh dannykh [Optimization of Friction Units of Machines with Consideration of the Information Uncertainty in Initial Data]. Trenie i iznos [Journal of Friction and Wear], 2006, vol. 27, no. 2, pp. 191–195.

4. Zotov G.A., Pamfilov E.A. Povyshenie stoykosti derevorezhushchego instrumenta [Hardening of the Woodcutting Tool]. Moscow, Ekologiya Publ., 1991. 304 p. (In Russ.)

5. Lukashev E.A., Stavrovskiy M.E., Oleynik A.V., Yudin V.M., Emel’yanov S.G. Tribokhimiya vodorodnogo iznosa [Tribochemistry of Hydrogen Wear]. Kursk, KSEU Publ., 2007. 279 p. (In Russ.)

6. Moiseev A.V. Iznosostoykost' derevorezhushchego instrumenta [Wear Resistance of Wood-Cutting Tools]. Moscow, Lesnaya promyshlennost' Publ., 1981. 112 p. (In Russ.)

7. Myshkin N.K., Petrokovets M.I. Tribologiya. Printsipy i prilozheniya [Tribology. Principles and Applications]. Gomel, MPRI NAS of Belarus Publ., 2002. 310 p. (In Russ.)

8. Chichinadze A.V., ed. Osnovy tribologii (trenie, iznos, smazka) [Fundamentals of Tribology (Friction, Wear, Lubrication)]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2001. 664 p.
(In Russ.)

9. Pamfilov E.A. Osobennosti iznashivaniya i povysheniya stoykosti derevorezhushchikh instrumentov [Features of Wear and Hardening of Wood-Cutting Tools]. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 1997, no. 1-2, pp. 142–146.

10. Pamfilov E.A., Lukashov S.V., Prozorov Ya.S. Model' mekhanokhimicheskogo razrusheniya detaley oborudovaniya dlya proizvodstva tekhnologicheskoy struzhki [Model of Mechanochemical Destruction of Chip Producing Equipment Parts]. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2012, no. 5, pp. 108–116.

11. Pamfilov E.A., Lukashov S.V., Prozorov Ya.S. Osobennosti iznashivaniya zhelezouglerodistykh splavov pri friktsionnom kontaktirovanii s drevesinoy [Features of Friction Contact between Woodworking Machinery Steel Parts and a Wood]. Trenie i smazka v mashinakh i mekhanizmakh [Friction and Lubrication in Machines and Mechanisms], 2012, no. 6, pp. 3–9.

12. Pamfilov E.A., Petrenko N.M. K voprosu o mekhanizme iznashivaniya derevorezhushchego instrumenta [Revisiting a Wear Mechanism of a Wood-Cutting Tool]. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 1978, no. 3, pp. 148–150.

13. Pamfilov E.A., Pilyushina G.A., Savochkin A.M. Metodologiya tribotekhnicheskikh ispytaniy [Methodology of Tribotechnical Trials]. Fizika, khimiya i mekhanika tribosistem, 2006, no. 5, pp. 9–14.

14. Pamfilov E.A., Prozorov Ya.S., Kuznetsov S.V., Lukashov S.V. Sovremennye metody issledovaniya korrozionno-mekhanicheskogo iznashivaniya [Modern Methods of Studying of Corrosion-Mechanical Wear]. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN [Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences], 2015, vol. 17, no. 1, pp. 146–149.

15. Prozorov Ya.S. Povyshenie effektivnosti proizvodstva drevesnoy struzhki na osnove uvelicheniya dolgovechnosti primenyaemogo oborudovaniya: avtoref. diss. … kand. tekhn. nauk [Wood Chips Productivity Enhancement on the Basis of Increasing Equipment Longevity: Cand. Eng. Sci. Diss. Abs.]. Arkhangelsk, 2016. 16 p.

16. ASTM Standard G119. Standard Guide for Determining Amount of Synergism between Wear and Corrosion. Annual Book of ASTM Standards. Vol. 03.02: Corrosion of Metals; Wear and Erosion. West Conshocken, USA, ASTM, 2001.

17. Baker A.J. Corrosion of Metals in Preservative-Treated Wood. Wood Protection Techniques and the Use of Treated Wood in Construction. Ed. by M. Hamel. Madison, Wisconsin, USA, Forest Products Society, 1988, pp. 99‒101.

18. Bayer R.G. Mechanical Wear Fundamentals and Testing. New York, USA, 2004. 416 p.

19. Waseda Y., Suzuki S., eds. Characterization of Corrosion Products on Steel Surfaces. Berlin, Germany, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006. 297 p.

20. Darmawan W., Rahayu I.S., Tanaka C., Marchal R. Chemical and Mechanical Wearing of High Speed Steel and Tungsten Carbide Tools by Tropical Woods. Journal of Tropical Forest Science, 2006, vol. 18, no. 4, pp. 255‒260.   

21. Landolt D. Corrosion and Surface Chemistry of Metals. Switzerland, EPFL Press, 2007. 400 p.

22. Mohan G.D., Klamecki B.E. The Susceptibility of Wood-Cutting Tools to Corrosive Wear. Wear, 1981, vol. 74, iss. 1, pp. 85‒92.

23. Pamfilov E.A., Lukashov S.V., Prozorov Y.S. Mechanochemical Fracture of the Components of Wood-Cutting Equipment. Materials Science, 2014, vol. 50, no. 1,
pp. 148‒155.

24. Pamfilov E.A., Prozorov Y.S. On the Modeling of Mechanochemical Wear. Journal of Friction and Wear, 2012, vol. 33, no. 3, pp. 224–232.

25. Scholl M., Clayton P. Wear Behavior of Wood-Cutting Edges. Wear, 1987,
vol. 120, iss. 2, pp. 221–232.

26. Stewart H.A., Srinivasan S., Stiffler A.K., Miller D.B. Electrical Discharge when Machining Medium-Density Fibreboard and Tool Wear. Tribology International, 1994,
vol. 27, iss. 5, pp. 343–348.

Received on January 11, 2017

---

For citation: Pamfilov E.A., Sheveleva E.V. A Study of Cutter Wear Rate for Wood-Based Materials Processing. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2017, no. 6, pp. 89–103.
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.6.89