Дереворежущий инструмент

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Клубков Анатолий Петрович Гришкевич Александр Александрович Аникеенко Андрей Федорович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) 1. Дереворежущий инструмент, включающий ножи, содержащие твердосплавные пластины с отверстиями, соединенные с упругими стальными планками винтами, отличающийся тем, что каждый нож выполнен в виде установленных в два ряда заточенных двухлезвийных одноразовых твердосплавных пластин, составленных торец в торец по длине вдоль продольной оси упругих стальных планок и закрепленных между ними, при этом твердосплавные пластины выступают одним из своих заточенных лезвий на 1,5-2 мм по отношению к заостренным кромкам упругих стальных планок, причем в упругих стальных планках выполнены прорези, а каждый нож смещен относительно предыдущего на 2-3 мм. 2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что в упругих стальных планках соосно с отверстиями твердосплавных пластин выполнены отверстия с резьбой для вкручивания винтов. 3. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что каждый нож выполнен с возможностью поочередного включения в работу других заточенных лезвий твердосплавных пластин после затупления находившихся в работе лезвий. 10331 1 2008.02.28 Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, а именно к дереворежущему инструменту для обработки плоских поверхностей древесины и древесных материалов большой ширины дереворежущим инструментом, оснащенным двухлезвийными одноразового применения твердосплавными ножами. Известен нож из инструментальной стали с прямолинейным режущим лезвием по ГОСТ 6567-75 длиной от 25 до 1610 мм 1. Такие ножи изготавливают из инструментальной стали повышенной износостойкости 8 Х 6 НФТ и Х 6 ВФ с добавкой до 1,5 вольфрама. Аналогичные ножи выпускают и зарубежные фирмы (, , , ,Гмания), марка стали , что по химическому составу соответствует отечественной марке стали Р 18. Эти ножи надежны, технологичны и просты в эксплуатации. Недостатком известного ножа является низкая стойкость, что требует частых переточек, плохое качество обработанной поверхности, резкое увеличение усилий резания и энергопотребления вследствие быстрого затупления режущего лезвия при фрезеровании натуральной древесины. Эти ножи непригодны для фрезерования древесностружечных,древесноволокнистых плит фанеры и плит . В настоящее время в качестве декоративного покрытия древесностружечных плит и плитнаряду с натуральным шпоном все дольше применяются синтетические облицовочные материалы. Плохо поддаются обработке ламинированные плиты и плиты, облицованные декоративными бумажнослоистыми пластинами из-за таких физикомеханических свойств этих материалов, как высокая хрупкость, твердость, низкая теплопроводность. Все это влияет на интенсивность износа и затупления дереворежущего инструмента. Широкое применение в деревообрабатывающей промышленности и особенно в мебельной вышеназванных древесных материалов потребовало применение более износостойких инструментальных материалов, в частности твердых сплавов вольфрамокобальтовой группы. Известен нож с пластинами из твердого сплава ВК 15 к фрезам цилиндрическим сборным по ГОСТ 14956-79 1. Промышленность может изготавливать такие паяные твердосплавные ножи длиной не более 110 мм с применением одной твердосплавной пластинки 3001-0106 ГОСТ 13834-77. Эти ножи не могут быть применимы на широкоформатных продольно-фрезерных станках. Кроме того, изготовление паяных твердосплавных ножей для широкоформатных продольно-фрезерных станков технически сложная задача. Недостатком известного ножа является крепление твердосплавной пластинки с помощью пайки, применение которой вызывает повышение стоимости изготовления ножа,увеличенный расход электроэнергии, появление остаточных деформаций и напряжения. Так, остаточный прогиб при охлаждении ножа после пайки в направлении двух главных осей инерции составляет 22 8 8 гдеи- соответственно кривизна в плоскостии- длина ножа. Существенно снижается (в 1,4-1,5 раза) стойкость паяного дереворежущего инструмента вследствие выгорания связки - кобальта - при высокой свыше 100 С температуре пайки. Принципиальной особенностью напайки твердого сплава на стальной корпус является то, что соединяются два совершенно различных (как по химическому составу, так и по физико-механическим свойствам) материала. Так, низкая теплоемкость твердых сплавов (в 2,75 раза меньше, чем сталь) создает при нагреве и охлаждении резкие переходы температур, которые вызывают появление значи 2 10331 1 2008.02.28 тельных остаточных напряжений и деформаций (особенно для длинных ножей, прогиб которых зависит от длины ножа во второй степени), которые вследствие низких прочностных характеристик твердого сплава на изгиб и растяжение вызывают на поверхности сплава микро- и макротрещины. Значительная разница в коэффициентах линейного расширения твердых сплавов(510-6 1/ С) и сталей (1310-6 1/ С) приводит при охлаждении паяного соединения к значительным деформациям твердосплавной пластинки и стального корпуса, вызывая в твердом сплаве значительные остаточные напряжения растяжения (так, например, для твердосплавного ножа длиной 60 мм растягивающие остаточные напряжения составляют р 500 МПа), что вызывает разрушение рабочего лезвия в первые же минуты работы ножа. Для длинных ножей прогиб в плоскости наименьшей жесткости прогиба достигает 30-40 мм. Для придания таким ножам требуемой плоскостности (0,03 мм на длине 100 мм) они подлежат правке, вальцеванию, шлифовке и другим технологическим операциям. Высокий модуль продольной упругости твердого сплава (для твердого сплава ВК 8-Е 540103 Н/мм 2, а стали 40 Х-Е 200103 Н/мм 2) свидетельствует о повышенной хрупкости материала, что неблагоприятно сказывается при напайке твердого сплава, особенно с пониженным содержанием кобальта, например, ВК 2, ВК 4 и ВК 6. Твердые сплавы при нагреве на воздухе окисляются особенно интенсивно при температуре 950-1000 С. Образующиеся при этом пленки окислов представляют собой пористое и хрупкое образование с низкими механическими свойствами. Полное удаление этих окислов из зоны спая является обязательным условием получения качественной напайки. Все вышесказанное накладывает определенные условия на работоспособность, стойкость и долговечность напаянных твердосплавных фрезерных ножей. Стойкость такого инструмента при фрезеровании древесных материалов довольно низкая. По сравнению с ненапаянными ножами. Вследствие этого снижается эффективность применения в деревообрабатывающей промышленности такого дефицитного и дорогостоящего инструментального материала,который применяется при изготовлении твердосплавных пластин - вольфрама. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является строгальный нож для деревообрабатывающих станков 2. Известный строгальный нож для деревообрабатывающих станков выполнен в виде укрепленных на общем корпусе съемных твердосплавных секций-резцов, причем каждая съемная секция-резец представляет собой стальную державку с прикрепленной пластиной из твердого сплава, а на спинке корпуса ножа выполнено ребро жесткости. Известная конструкция строгального ножа позволяет изготавливать его необходимой длины и перетачивать режущие резцы-секции после затупления. В то же время конструкция известного строгального ножа имеет существенные недостатки. Не исключен процесс крепления твердосплавной пластины методом пайки, следовательно, этому ножу будут присущи все недостатки, изложенные выше. Заточка такого ножа непроизводительна и нерациональна. Типовой технологический процесс алмазно-абразивной заточки твердосплавных плоских ножей включает пять операций шлифование передней поверхности ножа абразивным кругом шлифование опорной поверхности ножа в размер по толщине абразивным кругом заточка задней поверхности корпуса ножа под угломабразивным кругом заточка задней поверхности ножа по твердосплавной пластине под угломалмазным кругом доводка задней поверхности ножа по твердосплавной пластине под угломалмазным кругом доводка передней поверхности твердосплавной пластины по фаске под углом ф алмазным кругом. Эти недостатки присущи паяным фрезерным ножам, которые снижают эффективность применения дефицитных и дорогостоящих вольфрамосодержащих твердых сплавов, снижают стойкость, производительность и качество обработки, ухудшают качество и точ 3 10331 1 2008.02.28 ность заточки, увеличивают расход твердых сплавов, алмазно-абразивного инструмента и повышают расход электроэнергии. Применение паяных ножей на 50-70 снижается стоимость, в 10-15 раз увеличивается стоимость фрезерных ножей, расходуется большое количество твердого сплава и качественной легированной конструкционной стали. Задачей настоящего изобретения является повышение стойкости и снижение трудоемкости изготовления дереворежущего инструмента. Решение задачи достигается тем, что дереворежущий инструмент, включающий ножи,содержащие твердосплавные пластины с отверстиями, соединенные с упругими стальными планками винтами, отличающийся тем, что каждый нож выполнен в виде установленных в два ряда заточенных двухлезвийных одноразовых твердосплавных пластин,составленных торец в торец по длине вдоль продольной оси упругих стальных планок и закрепленных между ними, при этом твердосплавные пластины выступают одним из своих заточенных лезвий на 1,5-2 мм по отношению к заостренным кромкам упругих стальных планок, причем в упругих стальных планках выполнены прорези, а каждый нож смещен относительно предыдущего на 2-3 мм. Дереворежущий инструмент и принцип устройства иллюстрируются чертежами(фиг. 1 - фиг. 4) фиг. 1 - общий вид дереворежущего инструмента фиг. 2 - вид сбоку фиг. 1 фиг. 3 - аксонометрическая проекция дереворежущего инструмента фиг. 1 фиг. 4 - положение дереворежущего инструмента в пазу ножевого вала. Дереворежущий инструмент включает заточенные двухлезвийные одноразового применения твердосплавные пластины 1, составленные торец в торец по длине упругих стальных планок с прорезями правой 2 и левой 3. Упругие стальные планки 2 и 3, твердосплавные пластины 1 стянуты в единое целое винтом 4. В планке 3 выполнена резьба под винт 4. По сравнению с прототипом и с учетом того, что назначение и выполняемые технологические операции одинаковы, а по химическому составу близки, но по конструктивному исполнению различны, то эффективность замены пайки секций-резцов на заточенные двухлезвийные одноразового применения твердосплавные пластины повышает износостойкость в 7 раз. Повышает производительность обработки древесины и древесных материалов на 75 . Сокращает расход твердого сплава и увеличивает возврат отходов твердого сплава на переработку напайного инструмента на 15 , а дереворежущего инструмента - до 90 . Предлагаемый дереворежущий инструмент характеризуется следующими преимуществами сокращение стоимости периода стойкости возможность массового производства и применения режущих пластин со стабильными режущими свойствами возможность перехода на более износостойкие марки твердого сплава отсутствие внутренних напряжений в твердом сплаве, вызванных пайкой и заточкой постоянство длины режущих кромок взаимозаменяемость твердосплавных пластин простота смены твердосплавных пластин после затупления упрощение инструментального хозяйства сокращение расхода конструкционной стали на выполнение державок высвобождение мощности инструментальных цехов возможность применения безвольфрамовых твердых сплавов. Стоимость строгального ножа паяного размером 60303, по данным фирмы ,составляет 20,45 Каталог фирмы-- стр. 69, 4 10331 1 2008.02.28 а двухлезвийная твердосплавная пластина размером 60121,5 стоит 1,14-5 Каталог, Италия, стр. 3-20. Имеется существенное различие в трудоемкости изготовления одной секции-резца и секции дереворежущего инструмента. По данным инструментального отдела ОАО Минскпроектмебель, трудозатраты на изготовление одной секции-резца размером 60326 прототипа составляют 2,8 ч/часа, а на подготовку одной секции дереворежущего инструмента размером 60406 составляют 0,2 ч/часа т.е. трудоемкость подготовки дереворежущего инструмента в 14 раз меньше,чем изготовление секции-резца. Для слесаря-инструментальщика, по данным ОТиЗ ОАО Минскпроектмебель, часовая тарифная ставка шестого разряда составляет 1050 руб. Тогда эффект от применяемого дереворежущего инструмента длиной 600 мм составит 27 300 руб. На один односторонний рейсмусовый станок необходимо иметь 4 ножа, следовательно, эффект на один станок составит 109 200 руб. Техническая характеристика дереворежущего инструмента Материалы режущих пластин - твердый сплав группы ВК (вольфрамокобальтовый) безвольфрамовые твердые сплавы группы ТН, КНТ, ТС высоколегированные теплостойкие инструментальные стали. Материал планок - конструкционные стали марок 45, 40 Х, 35 ХГСА, в отдельных случаях могут быть применены для длинных ножей отработанные диски круглых плит. Изобретение может быть использовано на всех деревообрабатывающих станках фрезерного типа с шириной обработки от 20 до 1600 мм. Размеры дереворежущего инструмента Наименование параметров Длина твердосплавных пластин Толщина Ширина Длина ножей Единица измерения Величина мм 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120, 130 мм 2,2 мм 12, 13 мм Модели применяемых станков Фуговальные станки односторонние моделей СФ 3-3 (300), СФ 4-1 (400), СФ 6-1 (600),СФА 3-1(300), СФА 4-1 (400), СФА 6-1 (600) Двухсторонние С 2 Ф 3 (300), С 2 Ф 4 (400). Рейсмусовые станки односторонние СР 3-7 (300), СР 3-8 (300), СР 4-1 (400), СР 6-9 (600),СР 6-10 (600), СР 8-2 (800), СР 12-3 (1200) Двухсторонние С 2 Р 8-3 (800), С 2 Р 12-3 (1200). Четырехсторонние продольно-фрезерные станки С 10-3 (100), С 16-4 А (160), С 16-2 А (160),С 16 Ф-1 А (160), С 25-2 А (250), С 26-2 М (260). Фрезерные ФЛ (80), ФС (100), ФТ (125), ФЛА (80), ФСА-1 (100), ФТА (125). Фрезерные с карусельным столом Ф 1 К, Ф 2 К. Автоматические линии и обрабатывающие центры. В скобках приведена максимальная ширина обработки. Изготовлены и испытаны на износостойкость опытные образцы дереворежущего инструмента. Испытание производилось на обрабатывающем центре импортного производства при следующих режимах фрезерования Обрабатываемый материал - ламинированная древесностружечная плита, толщиной 28 мм, плотностью 600 кг/м 3, диаметр окружности резания 128 мм, частота вращения фрезы 8000 мин-1, толщина срезаемого слоя 3 мм, скорость подачи 5 м/мин, длина дуги по 19,6 мм. 5 10331 1 2008.02.28 Скорость резания 54 м/с. Материал строгального ножа (прототипа) ВК 15, материал дереворежущего инструмента ВК 2. Стойкость, выраженная длиной пути резания в погонных метрах составили строгального ножа паяного (прототипа)370 пог. метров, дереворежущего инструмента 2600 пог. метра. Стойкость предлагаемого дереворежущего инструмента, представляющего собой заточенные двухлезвийные одноразового применения твердосплавные пластины, по сравнению со строгальным ножом (прототипом) увеличилась в 7 раз. Источники информации 1. Станочный дереворежущий инструмент Каталог ВНИИ инструмент. - М., 1987. С. 25, 27. 2. А.с. СССР 292769, МПК 27 13/0227 13/04, 1971 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6