Формирование секторных полей остаточных термопластических напряжений в полотне круглой пилы. С. 146–154

УДК

621.365.5

DOI:

10.37482/0536-1036-2023-4-146-154

Аннотация

Эффективность работы круглопильного станка определяется работоспособностью и эксплуатационной надежностью дереворежущего инструмента. В процессе работы полотно круглой пилы подвергается сложному воздействию силовых и температурных факторов. Способность пилы противодействовать возмущающим силам резания складывается из жесткости и устойчивости ее полотна. Круглая пила представляет собой тонкий стальной диск с центральным отверстием и зубчатой режущей кромкой. Диск круглой пилы имеет 3 зоны: периферийную, среднюю и центральную. Наибольшее влияние на устойчивость полотна пилы оказывают средняя и периферийная части диска. Для придания пиле работоспособности в ее полотне формируют созданием пластической деформацией граничных радиальных полосовых участков секторные зоны. В отечественной и мировой практике обработка таких участков выполняется проковкой. Нормированные напряжения в полотне круглой пилы получают локальным механическим контактным воздействием рабочего органа пилоправного инструмента по размеченным радиусам полотна пилы с формированием полосовых участков пластической деформации металла с нормально направленными к радиусу разносторонними напряжениями. При этом со стороны смежных секторов появляются контрнапряжения, приводящие к взаимному «отталкиванию» секторов и появлению напряжений сжатия, компенсирующих силы центробежного ускорения, температурного нагрева отдельных зон полотна пилы, внешних продольных и поперечных изгибающих сил, возникающих в полотне пилы при обработке древесины. Суммарное взаимодействие всех смежных секторов обеспечивает натяжение полотна пилы и устойчивость инструмента. Создание радиальных полосовых участков проковкой имеет существенные недостатки, для устранения которых предложен принципиально новый подход – формирование секторных полей остаточных напряжений в полотне пилы тепловым воздействием, заключающимся в создании нормированных остаточных термопластических напряжений в пильном полотне кратковременным (1–2 с) концентрированным тепловым воздействием на массивы локальных радиально расположенные по полотну пилы полосовых участков. В результате проведенных исследований определены границы участков теплового воздействия на полотно пилы и диапазон температур, обеспечивающий формирование нормированных остаточных термопластических напряжений в полотне круглой пилы при концентрированном импульсном нагреве массива радиальных полосовых участков.

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
Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; v.melekhov@narfu.ru, i.solovev@narfu.ru*

Ключевые слова

круглая пила, термопластические напряжения, устойчивость, концентрированное тепловое воздействие

Для цитирования

Мелехов В.И., Соловьев И.И. Формирование секторных полей остаточных термопластических напряжений в полотне круглой пилы // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 4. С. 146–154. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-4-146-154

Литература

1. Биргер И.А. Остаточные напряжения. М.: Машгиз, 1963. 232 с. 

2. Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002. 329 с. 

3. Богатов А.А. Остаточные напряжения и разрушение металла // Инновационные технологии в металлургии и машиностроении: материалы 6-й междунар. науч.-практ. конф. Уральская научно-педагогическая школа им. проф. А.Ф. Головина, Екатеринбург, 29 окт.–1 нояб. 2012 г. Екатеринбург: Урал. ун-т, 2013. С. 95–101. 

4. Боровиков Е.М., Орлов Б.Ф. Термический способ подготовки круглых пил к работе // Изв. вузов. Лесн. журн. 1974. № 6. С. 90–94. 

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. https://doi.org/10.1134/S1063783414120051

6. Мелехов В.И., Соловьев И.И. Создание термопластических напряжений в пильном диске круглой пилы // Изв. вузов. Лесн. журн. 2010. № 2. С. 87–91. http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/b08/b087c4466253da22ed3e19c778437576.pdf

7. 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. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2020-6-172-181

8. Патент 2434952 С1 РФ, МПК C21D 9/24, H05B 6/02. Устройство для создания термопластических напряжений в пильном диске круглой пилы: № 2010117098/02: заявл. 29.04.2010: опубл. 27.11.2011 / И.И. Соловьев, В.И. Мелехов. 

9. Патент 2684521 С1 РФ, МПК C21D 9/24. Устройство для создания термопластических нормированных напряжений в круглой пиле: № 2018121970: заявл. 15.06.2018: опубл. 09.04.2019 / В.И. Мелехов, И.И. Соловьев. 

10. Поздеев А.А., Няшин Ю.И., Трусов П.В. Остаточные напряжения: теория и приложения: моногр. М.: Наука, 1982. 109 с. 

11. Прокофьев Г.Ф. Создание высокотехнологичных лесопильных станков: моногр. Архангельск, 2018. 157 с. 

12. Стахиев Ю.М. Устойчивость и колебания плоских круглых пил. М.: Лесн. пром-сть, 1977. 296 с. 

13. 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. 

14. Якунин Н.К. Подготовка круглых пил к работе. М.: Лесн. пром-сть, 1980. 151 с. 

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

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

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

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

19. Meyers M.A., Chawla K.K. Mechanical Behavior of Materials. Cambridge, Cambridge University Press Publ., 2009. 856 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511810947