Формирование коаксиальных полей остаточных напряжений в полотне круглой пилы

УДК

621.365.5

DOI:

10.37482/0536-1036-2022-2-170-177

Аннотация

Рабочим инструментом круглопильных станков является круглая пила. Ее состояние во многом определяет качество обработки материала. Полотно круглой пилы в процессе резания подвергается сложному воздействию силовых и температурных факторов. Они вызывают удлинение и деформацию пильного полотна, возникновение внутренних напряжений, выводящих его из плоской формы упругого равновесия и снижающих работоспособность инструмента. Возможность пил противодействовать этим факторам определяется жесткостью и устойчивостью пильного полотна. Полотно круглой пилы принято условно делить на три зоны: периферийную, среднюю и центральную. Наибольшее влияние на устойчивость оказывает средняя часть диска. Первоначально пильный диск имеет плоскую форму равновесия, которое может быть нарушено любым внешним воздействием на пилу в процессе резания. Нарушение равновесия становится причиной отклонения полотна и режущей кромки пилы от исходного рабочего состояния и снижения точности и качества обработки древесины. Для предотвращения влияния внешних сил у круглой пилы в средней части полотна формируют коаксиальные зоны пластической деформации определенной ширины. При этом под действием созданных напряжений появляется эффект натяжения полотна. Применяют два способа формирования таких зон: проковку и вальцевание. Создание нормированных напряжений в пильном диске круглой пилы осуществляют локальным контактным воздействием рабочего органа пилоправного инструмента на стальной диск пилы в определенных местах средней зоны. В обработанных кольцевых зонах формируют напряжения сжатия, компенсирующие силы центробежного ускорения, температурный нагрев отдельных зон полотна пилы, внешние продольные и поперечные изгибающие силы, возникающие в полотне при обработке древесины. Способы создания кольцевых зон полей пластической деформации, предусматривающие механическое воздействие на полотно пилы, имеют существенные недостатки. Для их устранения необходимы принципиально новые технические решения. Предложено формировать коаксиальные поля остаточных напряжений диска пилы термопластическим воздействием, заключающимся в создании нормированных остаточных напряжений в пильном полотне концентрированным тепловым воздействием по всей толщине полотна на локальные коаксиально расположенные по нему кольцевые зоны. Смоделирован процесс формирования коаксиальных кольцевых полей остаточных напряжений в полотне круглой пилы. Рассмотренный способ подготовки пилы позволит повысить ее устойчивость в процессе работы.

---

Данная статья опубликована в режиме открытого доступа и распространяется на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная (CC BY 4.0) • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов

Сведения об авторах

В.И. Мелехов, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: Q-1051-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2583-3012
И.И. Соловьев, канд. техн. наук; ResearcherID:ABE-7412-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2008-7073
Н.Г. Пономарева, канд. техн. наук; ResearcherID:A-5693-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6210-5631
Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Л омоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. А рхангельск, Россия, 163002; e-mail: v.melekhov@narfu.ru,
i.solovev@narfu.ru, n.ponomareva@narfu.ru

Ключевые слова

термопластические напряжения, круглая пила, устойчивость пилы, высокоскоростной нагрев, кольцевая зона

Для цитирования

Мелехов В.И., Соловьев И.И., Пономарева Н.Г. Формирование коаксиальных полей остаточных напряжений в полотне круглой пилы // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 2. С. 170–177. DOI: 10.37482/0536-1036-2022-2-170-177

Литература

1. Биргер И.А. Остаточные напряжения. М.: Машгиз, 1963. 232 с. Birger I.A. Residual Stresses. Moscow, Mashgiz Publ., 1963. 232 p.

2. Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: УГТУ -УПИ , 2002. 329 с. Bogatov A.A. Mechanical Properties and Models of Metal Destruction. Yekaterinburg, USTU-UPI Publ., 2002. 329 p.

3. Богатов А.А. Остаточные напряжения и разрушение металла // Материалы 6-й междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении». Екатеринбург: УрФУ, 2013. С. 95–101. Bogatov A.A. Residual Stresses and Metal Destruction. Proceedings of the 6th International Youth Scientific and Practical Conference “Innovative Technologies in Metallurgy and Mechanical Engineering”. Yekaterinburg, UrFU Publ., 2013, pp. 95–101.

4. Боровиков Е.М., Орлов Б.Ф. Термический способ подготовки круглых пил к работе // Изв. вузов. Лесн. журн. 1974. № 6. С. 90–96. Borovikov E.M., Orlov B.F. Thermal Method of Preparing Circular Saws for Operation. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 1974, no. 6, pp. 90–96. URL: http://lesnoizhurnal.ru/apxiv/1974/B.pdf

5. Бородин И.Н., Майер А.Е., Петров Ю.В., Груздков А.А. Максимум предела текучести при квазистатической и высокоскоростной пластической деформации металлов // Физика твердого тела. 2014. Т. 56, вып. 12. С. 2384–2393. Borodin I.N., Mayer A.E., Petrov Yu.V., Gruzdkov A.A. Maximum Yield Strength under Quasi-Static and High-Speed Plastic Deformation of Metals. Fizika tverdogo tela [Physics of the Solid State], 2014, vol. 56, iss. 12, pp. 2384–2393. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063783414120051

6. ГОСТ 5950–2000. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия: дата введения 2002-01-01. М.: Изд-во стандартов, 2003. 35 с. State Standard GOST 5950–2000. Tool Alloy Steel Bars, Strips and Coils. General Specifications. Moscow, Izdatel’stvo standartov, 2003. 35 p.

7. Мелехов В.И., Соловьев И.И. Создание термопластических напряжений в пильном диске круглой пилы // Изв. вузов. Лесн. журн. 2010. № 2. С. 87–90. Melekhov V.I., Soloviev I.I. Creation of Thermoplastic Tension in Circular Saw Blade. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2010, no. 2, pp. 87–90. URL: http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/b08/b087c4466253da22ed3e19c778437576.pdf

8. Мелехов В.И., Соловьев И.И., Тюрикова Т.В., Пономарева Н.Г. Повышение устойчивости дереворежущих пил термопластическим воздействием на распределение остаточных напряжений в полотне // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 6. С. 172–181. Melekhov V.I., Solovev I.I., Tyurikova T.V., Ponomareva N.G. Improving the Stability of Wood-Cutting Saws by Thermoplastic Action on the Distribution of Residual Stresses in the Blade. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2020, no. 6, pp. 172–181. DOI: https://doi.org/10.37482/0536-1036-2020-6-172-181

9. Патент 2434952 РФ. Устройство для создания термопластических напряжений в пильном диске круглой пилы: № 2010117098: заявл. 29.04.2010: опубл. 27.11.2011 / В.И. Мелехов, И.И. Соловьев. Solov’ev I.I., Melekhov V.I. Device to Develop Thermoplastic Stresses in Saw Blade of Ring Saw. Patent RF no. RU 2434952 C1, 2011.

10. Патент 2614863 РФ. Устройство для создания термопластических напряжений в полосовых пилах: № 2015141255: заявл. 28.09.2015: опубл. 29.03.2017 / В.И. Мелехов, И.И. Соловьев. Melekhov V.I., Solovev I.I. Device for Creation of Thermoplastic Concentrated Stresses in Strip Saws. Patent RF no. RU 2614863 C1, 2017.

11. Патент 2663029 РФ. Способ термопластического натяжения пильного диска круглой пилы: № 2017121665: заявл. 21.06.2017: опубл. 01.08.2018 / В.И. Мелехов, И.И. Соловьев. Solovev I.I., Melekhov V.I. Method of Thermoplastic Tensioning of the Round Saw Circular Saw Blade. Patent RF no. RU 2663029 C1, 2018.

12. Поздеев А.А., Няшин Ю.И., Трусов П.В. Остаточные напряжения: теория и приложения: моногр. М.: Наука, 1982. 109 с. Pozdeyev A.A., Nyashin Yu.I., Trusov P.V. Residual Stresses: Theory and Applications. Moscow, Nauka Publ., 1982. 109 p.

13. Прокофьев Г.Ф. Создание высокотехнологичных лесопильных станков: моногр. Архангельск, 2018. 157 с. Prokof’ev G.F. Creation of High-Tech Sawmills. Arkhangelsk, 2018. 157 p.

14. Соловьев И.И. Совершенствование термопластической технологии подготовки круглых пил: автореф. дис. … канд. техн. наук. Архангельск, 2012. 18 с. Solovev I.I. Improvement of Thermoplastic Technology for Preparing Circular Saws: Cand. Eng. Sci. Diss. Abs. Arkhangelsk, 2012. 18 p.

15. Стахиев Ю.М. Устойчивость и колебания плоских круглых пил. М.: Лесн. пром-сть, 1977. 296 с. Stakhiyev Yu.M. Stability and Vibrations of Flat Circular Saws. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1977. 296 p.

16. Стахиев Ю.М. Научно-технологические основы производства, подготовки и эксплуатации плоских круглых пил для распиловки древесины: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Архангельск, 2002. 32 с. Stakhiyev Yu.M. Scientific and Technological Bases of Production, Preparation and Operation of Flat Round Saws for Wood Sawing: Dr. Eng. Sci. Diss. Abs. Arkhangelsk, 2002. 32 p.

17. Якунин Н.К. Подготовка круглых пил к работе. М.: Лесн. пром-сть, 1980. 153 с. Yakunin N.K. Preparation of Circular Saws for Operation. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1980. 153 p.

18. Bayer R.J. Mechanical Wear Fundamentals and Testing. New York, CRC Press, 2004. 416 p. DOI: https://doi.org/10.1201/9780203021798

19. Bathe K.-J. Finite Element Procedures in Engineering Analysis. New Jersey, Prentice Hall, 1982. 735 p.

20. Calladine C.R. Theory of Shell Structures. Cambridge, Cambridge University Press, 1983. 763 p. DOI: https://doi.org/10.1017/CBO9780511624278

21. Hughes T.J.R., Hinton E. Finite Element Methods for Plates and Shells: Elements Technology. Swansea, Pineridge Press, 1986, vol. 1. 315 p.

22. Meyers M.A., Chawla K.K. Mechanical Behavior of Materials. Cambridge University Press, 2009. 856 p.