Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изучаемого вопроса, цель и задачи исследований 12
1.1 Обоснование объекта исследований 12
1.1.1 Особенности процесса разделки туш 12
1.1.2 Функциональное назначение и основные конструкции ножей обвалочных 17
1.1.3 Технологические особенности обвалки туш и требования, предъявляемые к инструменту 25
1.2 Анализ существующих технологий изготовления ножей обвалочных и обоснование технологии прокатки 32
1.3 Обоснование структуры и программы научных исследований 40
1.4 Выводы и задачи исследований 43
2. Теоретическое обоснование способа прокатки ножей обвалочных 45
2.1 Влияние конструктивных параметров ножа обвалочного на критическое усилие резания 45
2.2 Анализ схем формообразования продольно-поперечного клинка. Рабочая гипотеза 57
2.3 Теоретический анализ продольно-поперечной схемы формообразования клинка 62
2.4 Исследование и обоснование объемных параметров для реализации стабильного размерного формообразования 71
2.5 Исследование силовых параметров при прокатке клинков 75
2.6 Разработка конструкции установки для прокатки клинков ножей обвалочных 78
2.7 Выводы 88
3. Методика экспериментальных исследований 90
3.1 Методика исследования процесса прокатки ножей обвалочных 90
3.2 Методика исследования геометрических и размерных параметров клинков 93
3.3 Методика микро- и макроструктурных исследований 95
3.4 Методика исследования физико-механическях характеристик 95
3.4.1 Методика прочностных испытаний 95
3.4.2 Методика исследования напряженного состояния 96
3.5 Методика ресурсных сравнительных испытаний серийных и экспериментальных ножей 98
3.5.1 Ускоренные испытания на износ 99
3.5 2 Испытания на усталостную прочность 99
3.6 Выводы 104
4. Результаты экспериментальных исследований 106
4.1 Планирование и результаты исследования процесса прокатки ножей обвалочных 106
4.2 Результаты исследования ресурсосберегающих показателей ножей обвалочных 109
4.3 Результаты исследования геометрических показателей ножей обвалочных 110
4.4 Анализ физико-механических показателей и структурных составляющих ножей обвалочных 113
4.4.1 Механические показатели 115
4.4.2 Физические показатели 116
4.4.3 Структурные составляющие 120
4.5 Результаты ускоренных ресурсных испытаний ножей обвалочных на износ 122
4.6 Результаты испытаний ножей обвалочных на усталостную прочность 125
4.7 Результаты эксплуатационных испытаний ножей обвалочных 125
4.8 Технологический процесс изготовления ножей обвалочных прокаткой 127
4.9 Механизированная линия по изготовлению ножей обвалочных прокаткой 132
4.10 Выводы 132
5, Технико-экономическая эффективность результатов исследований 134
5.1 Экономическая эффективность технологии производства ножей обвалочных 134
5.2 Рекомендации по практическому использованию разработанных технологий 140
5.3 Выводы 141
Общие выводы и рекомендации 142
Список литературы 144
Приложения 157
- Анализ существующих технологий изготовления ножей обвалочных и обоснование технологии прокатки
- Анализ схем формообразования продольно-поперечного клинка. Рабочая гипотеза
- Методика исследования геометрических и размерных параметров клинков
- Анализ физико-механических показателей и структурных составляющих ножей обвалочных
Введение к работе
Неотъемлемой частью АПК является перерабатывающая отрасль, в зависимости от ее состояния находятся такие важные показатели как сохранность сырья, степень его утилизации и обеспечение населения качественными продуктами питания.
Важной особенностью текущего периода, свойственного переходу к рыночной экономике, является жесткая конкуренция на всех этапах производсгва сырья, его переработки и реализации. В этой связи особое внимание уделяется качеству пищевых продуктов, их себестоимости и объемам производства.
С развитием перерабатывающей отрасли, совершенствованием, усложнением и количественным ростом применяемого оборудования и наряду с этим усложнением технологических процессов и операций, повышающих качество пищевых продуктов, существенно возрастает значимость надежности оборудования в процессе его эксплуатации. В условиях непрерывно -поточного производства пищевых продуктов значительно возрастают требования к качеству и безотказности оборудования, главным образом, режущего инструмента [і].
Вопрос обеспечения перерабатывающего производства России режущим инструментом как в прошлом, так в настоящее время не решен. Комплект инструмента поступал при приобретении нового оборудования и в последующем, по мере выработки им ресурса, поиск и приобретение нового были связаны с большими трудовыми и материальными затратами. Зачастую режущий инструмент изготавливался по индивидуальным заказам, что резко повышало его стоимость, а качество находилось в прямой зависимости от технического оснащения предприятия - исполнителя заказа и от принятой технологии изготовления. Небольшие заказы исключали необходимость совершенствования инструмента и? соответственно, целесообразность снижения его стоимости. Технологическая отсталость вела к значительному
перерасходу (2-3-кратному) метала и энергии, а низкое качество режущего инструмента сказывалось на производительности и качестве выпускаемого пищевого продукта [2].
Следовательно, исходя из установившейся ситуации, можно констатировать, что проблема обеспечения оптимальных качественных показателей режущего инструмента до настоящего времени не решена. Данное обстоятельство ведет к значительному снижению производительности труда, удорожанию и, как правило, к невысокому качеству готовой продукции [3 - б]-
Продолжительные эксплуатационные проверки качества ножей обвалочных доказали эти предположения. На этом основании можно сделать вывод, что используемые на практике технологии изготовления и упрочнения ножей обвалочных мясоперерабатывающей отрасли АПК обладают общими недостатками, заключающимися в неудовлетворительных показателях ресурсосбережения, обусловлены высокой трудоемкостью, энергоемкостью, материалоемкостью и капиталоемкостью применяемых технологий при низких показателях надежности режущего инструмента. Решить проблему повышения эксплуатационных показателей и себестоимости ножей обвалочных можно путем комплексного повышения показателей их надежности и разработки новых ресурсосберегающих технологий изготовления.
В нынешних условиях особую актуальность приобретают вопросы, связанные с ресурсосбережением на всех стадиях технологического процесса изготовления, восстановления и упрочнения.
Вопросам создания прогрессивных технологий, повышающих эксплуатационные показатели деталей, уделено значительное внимание в трудах Вадивасова Д.Г., Гаркунова Д.Н., Загородских БИ, Казарцева В.И., Левитского И.С., Лялякина В.П., Межецкого Г.Д., Пашиш ЮД, Петрова Ю.Н., Рудик Ф.Я., Селиванова АЛ, Ульмана И.Е., Цыпцына В.И., Шадрнчсва В.А. и других ученых [7-21]. Результаты отдельных из них говорят о высоких
потенциальных возможностях технологий, базирующихся на пластическом деформировании металлов.
В связи с изложенным возникла проблема, заключающаяся в необходимости повьтшеїїия качества режущего инструмента и в потребном обеспечении им отечественных перерабатывающих предприятий.
Исходя из анализа сложившейся ситуации, реализация данной проблемы достижима за счет [2]:
создания новых и совершенствования существующих технологий, использования при этом наиболее подходящего для режущих инструментов материалов;
разработки и оснащения предприятий» специализированных на изготовлении режущего инструмента современными технологиями, оборудованием и оснасткой;
обеспечение высоких ресурсо- и энергосберегающих показателей;
снижения производственных расходов и стоимости режущего инструмента.
В диссертационной работе рассматриваются вопросы, связанные с решением актуальной научно-технической и производственной проблемы повышения долговечности ножей обвалочных путем совершенствования технологии их изготовления и достижения при этом высоких ресурсосберегающих показателей,
В направлении повышения надежности режущего инструмента перерабатывающих отраслей АПК внесли большой вклад такие отечественные ученые как Еатищев А.Н., Горбатов В.М., Даурский А.Н.? Клименко М.Н., Лазарева С.Г\, Мартынов Г.А., Пелеев А.И., Прейс Г.А., Резник Н.Е., Рогов И.А., Рудик Ф.Я., Седунов BJC, Сологуб НА., Чижикова Т.В. и другие [22 - 33]. Тем не менее, следует отметить, что существующий режущий инструмент имеет низкую надежность, а применяемые технологические процессы не удовлетворяют требованиям ресурсосбережения. Поэтому
вопросы разработки ресурсосберегающих технологий производства режущего инструмента представляют особый научно-практический интерес.
Работа выполнялась в Институте переработки сельскохозяйственной продукции (ИПСХІ1) Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова (СГАУ), производственная реализация результатов исследований осуществлена на ПО «Мясоконсервный комбинат «Покровский» Энгельсского района Саратовской области на производственном участке УНГЩ «Волгоагротехника» СГАУ им. НЛ.Вавилова и в учебно - научно -производственном цехе - лаборатории переработки мяса и мясопродуктов ИПСХП.
Актуальность темы подтверждается тем, что работа выполнена по научному направлению 1.2.9 «Комплексная региональная программа научно-технического прогресса в АПК Поволжского региона до 2010 г. (№ Гос. регистрации 840005200) и входит в комплексную тему № 9 «Разработка технологий и оборудования для производства и переработки сельскохозяйственной продукции» научно - исследовательских работ СГАУ им. Н.И. Вавилова.
Целью диссертации является повышение эксплуатационных и ресурсосберегающих показателей ножей обвалочных за счет их формообразования пластической деформацией.
Объектами исследования являются ресурсосберегающие технологии изготовления и упрочнения ножей обвалочных.
Предметом исследования являются технологические закономерности комплексного повышения эксплуатационных и ресурсосберегающих показателей ножей обвалочных.
Научная новизна заключается в комплексном подходе к решению проблемы повышения эксплуатационных показателей ножей обвалочных путем теоретического обоснования упрочняющих и ресурсосберегающих технологий, их математического моделирования и исследованию показателей.
воздействующих на качество ножей обвалочных.
Практическая ценность диссертации состоит в разработке по результатам исследований комплектов документации на технологический процесс и конструкцию оснастки для изготовления и ножей обвалочных с повышенными эксплуатационными показателями и ресурсосбережения.
Внедрение. Технологические процессы с комплектом оснастки изготовления обвалочных ножей внедрены на ПО «Мясоконсервный комбинат «Покровский» Энгельсского района Саратовской области на производственном участке УНПЦ «Волгоагротехника» СГАУ им. ИИ.Вавилова.
На защиту выносятся следующие научные положения;
теоретические закономерности процесса формообразования клинков ножей прокаткой, результаты анализа силовых параметров технологической оснастки;
рациональные параметры конструкции оснастки для изготовления клинков ножей обвалочных прокаткой;
рекомендации по формированию гарантированных эксплуатационных показателей ножей обвалочных, результаты промышленной реализации технологии.
Апробация. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены:
на научных конференциях профессорско - преподавательского состава и аспирантов СГАУ им. КИ.Вавилова в 2000-2004 гг.;
на технологическом совете ПО «Мясоконсервный комбинат «Покровский» в 2000г.;
на научно - техническом совете в Отраслевой научно-исследовательской лаборатории восстановления деталей давлением в 2002 г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5 научных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 149 наименований и 6 приложений.
І СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕКДОВАНИЙ
Анализ существующих технологий изготовления ножей обвалочных и обоснование технологии прокатки
К ножам обвалочным предъявляются особые требования. Они должны быть удобными в работе, клинок упругим, но не хрупким, острая режущая кромка сохранять высокие режущие свойства длительное время, материал клинка должен обладать высокими антисептическими и противокоррозийными свойствами [17,63,64].
На отечественных предприятиях ножи обвалочные изготавливают преимущественно из углеродистых У8...УІ0 и некоторых конструкционных марок сталей. Применение легированных коррозионностойких сталей традиционно игнорировалось ввиду ряда причин и прежде всего, по причине консервативности изготовителей, считавших операцию обвалки второстепенной. Несомненно, что ножи, изготовляемые из нелегированных марок сталей по традиционным технологиями обладают одним преимуществом - не высокой ценой, все же остальные показатели, такие как износостойкость, усталостная прочность, безотказность и долговечность находятся на крайне низком уровне. Длительность работы отечественного инструмента незначительна, так как необходимость частых перезаточек ведет к изменению формы клинка» уменьшению размеров его поперечного сечения и ширины, что обуславливает снижение прочностных и функциональных показателей и, как следствие, происходят частые поломки ножа и затрудненность выполнения обвалочных операций.
Исходя их данных проведенного анализа, к конструктивным недостаткам выпускаемых в России ножей обвалочных следует отнести анатомически неудобные ручки и не соответствующие требованиям марки используемой стали. Но к превалирующим недостаткам следует отнести технологическую непродуманность в стадии проектирования данного изделия. В первую очередь это относится к марке материала. Используемые для изготовления клинков стали У8 и У10 не могут удовлетворять ни одному из предъявляемых к ножам обвалочным требований. Ссылка на их невысокую стоимость и не дефицитность абсолютно несостоятельна так как это отражается на качестве изделий. Если использовать при изготовлении ножей обвалочных отлично зарекомендовавший себя в медицинской промышленности сплав 40X13, то можно добиться устранения таких технологических недостатков, как низкая упругость клинка и быстрое затупление его режущей кромки. Данная марка стали обладает также высокими антисептическими свойствами и является нержавеющей в полированном состоянии [65 —67].
Анализ существующих в мировой практике технологий изготовления ножей обвалочных показал, что все они основаны на обработке резанием. При этом из пластины заданной толщины (рис. 7) вырубаются заготовки ножей, размеры и форма которых по плоскости представляют собой законченное изделие. В полученных вырубкой заготовках пробиваются отверстия для крепления ручек. Затем проводится термообработка пакета заготовок, после чего каждая из них подвергается длительному шлифованию, где им в режущей части придают форму клина как в продольном, так и в поперечном направлениях.
Данная технология обладает крайне низкими ресурсосберегающими показателями. Вырубка заготовки из пластины (рис. 7, а) в начальной стадии изготовления ведет к более чем двукратному потреблению металла (заштрихованные части рисунка). Наряду с этими потерями еще 20% металла безвозвратно теряется при продольном и поперечном шлифовании клинка (рис. 7, б). То есть применяемая технология обладает крайне низкими показателями использования материала и с позиций ресурсосбережения не состоятельна.
Клинки, полученные шлифованием, несовершенны также и с позиции качества. Сопутствующие шлифованию тепловое и силовое воздействия на обрабатываемую поверхность ведут к структурным превращениям, изменениям физико-механических свойств поверхностных слоев материала заготовки [68- 69]. Это обстоятельство снижает упругость клинка, что особенно заметно в зоне перехода режущей части ножа к ручке и ведет к частым поломкам клинка. Режущая кромка быстро затупляется, возрастает потребность частых перезаточек и, в конечном счете, к изменению формы клинка и сокращению срока службы изделия [70,71],
Технология фрезерования, используемая в условиях производства, производящих инструмент по разовым заказам, отличается высокой металлоемкостью, так как процесс резания сопровождается значительными потерями металла в виде стружки. Особенностью данной технологии является и повышенная трудоемкость, связанная с большим числом перестановок заготовки и технологических переходов. Сопутствующее фрезерованию тепловое и силовое воздействия на обрабатываемую поверхность ведут к структурным превращениям и изменению физико-механических свойств поверхностных слоев материала заготовки. Данное обстоятельство снижает износостойкость лезвия и часто является причиной его интенсивного затупления.
Известно, что повышенной прочностью обладают изделия, изготовленные методами пластической деформации [67]. Однако использование технологии ковки при большой производственной программе не представляется возможным по причине ее низкой производительности. Еще одним недостатком рассматриваемой технологии является то, что при ковке наблюдается большой разброс в размерах заготовок, что требует в дальнейшем значительных затрат на последующие операции механической обработки (рис. 8).
Анализ схем формообразования продольно-поперечного клинка. Рабочая гипотеза
С учетом фактических значений и конструктивных параметров ножа обвалочного определим по формуле (24) минимально допустимый угол заточки (Р = 9 -12), Согласно рис, 16 с учетом угла заточки назначается рациональный диапазон толщины клинка ножа 5 = 3,5 -ь 4,5 мм. Таким образом, с учетом прочностных расчетов и моделирования процесса резания выявлена рациональная геометрия ножа, формируемая при его технологическом совершенствовании пластическим деформированием.
Одним из наиболее производительных способов формообразования заготовок типа пластин является прокатка в системе вальцев [б?]. Данные технологические решения имеют ряд преимуществ, связанных с простотой конструкции заготовки, возможности автоматизации процесса формообразования, получения заготовок с высокой точностью формы и размеров, приемлемой шероховатостью рабочих поверхностей, Явным преимуществом является и то, что при прокатке заготовка упрочняется вследствие протекающих в ней термомеханических процессов [99 -102].
Наиболее простым технологическим решением является прокатка в системе параллельных вальцев, рис. 17
Данная схема позволяет получать заготовки постоянного профиля, при этом изменяются размеры как в поперечном, так и в продольном направлениях. Однако при таком расположении вальцев получение клина в любом из направлений не представляется возможным. Данная схема предполагает изменение по плоскости ширины заготовки Н и толщины - h.
Силовой анализ данной схемы говорит об условно-постоянном усилии деформации в начальной ее стадии и некотором увеличении при подстуживании, В данном случае потребное усилие Ру будет функционально зависеть от температуры подстуживания Рподст и скорости деформации &даф.
Исходя из анализа предыдущей схемы получение клина возможно путем смещения осей вальцев к центральной оси установки. Это достижимо смещением оси одного вальца, рис.18, с образованием однобокого клина в продольном направлении.
Анализируемая схема формообразования дает возможность получать клин в одном продольном направлении заготовки. При этом деформируемая заготовка получает лопатообразную форму, заостренную с двух сторон и на ней не может быть сформирована задняя тыльная часть клинка.
В данной схеме деформации потребное усилие Р зависит от температуры подстуживания Р , скорости деформации 9 и переменной по длине степени деформации є, зависящей от угла наклона вальца,
Исходя из рассмотренных возможностей схем формообразования двустороннего клина установлено, что ни одной из них решение задачи не достижимо. Необходимы новые дополнительные решения, меняющие известные системы расположения деформирующих вальцев. И на этом основании сформулирована рабочая гипотеза, предполагающая, что получение двустороннего клина возможно за счет: смещения осей вальцев относительно главной оси системы; смещения осей вальцев относительно их главных осей; деформации заготовки в локальном диапазоне формообразования, начиная от минимальной и заканчивая максимальной степенью деформации. Гипотетически техническое решение возможно по следующей схеме (рис. 19).
По ней деформация должна протекать в продольном и поперечной направлении за счет смещения осей вальцев относительно главной оси на угол айв продольном направлении за счет одностороннего смещения оси вальца на угол а,. В связи со смещением осей вальцев их перемещение друг относительно друга должно ограничиваться, создавая тем самым локальную зону деформации. Исходя из этого, кинематически система должна представлять собой возвратно-поступательное перемещение вальцев.
В начальный период деформация практически отсутствует, происходит защемление торца заготовки с формированием при этом тыльной стороны клинка.
В последующем при постоянном смыкании вальцев за счет смещения их оси на угол а происходит формообразование клина в продольном и поперечном направлениях. А за счет смещения оси вальца на угол а, протекает постепенное формообразование клина в поперечном направлении. Тем самым предполагалось одновременное получение двустороннего клина. где а - угол смещения осей вальцев относительно главной оси системы, град угол смещения осей вальцев относительно их главных осей, фад
Теоретическое исследование конструктивного решения данной схемы формообразования и являлось главным этапом поставленной цели. Следующей важной теоретической задачей с точки зрения ресурсосбережения и снижения количества последующих соответствующих пластической деформации операций механической обработки является обоснование формы и размеров заготовки. Это позволит получить клинок со стабильной формой и размерами. В программу диссертационной работы входило также и исследование силовых параметров формообразования, необходимых для достижения поставленных целей.
Методика исследования геометрических и размерных параметров клинков
Исследование геометрических параметров ножей обвалочных проводилось с целью определения их соответствия конструктивным размерам и установления характера и величины эксплуатационного износа рабочих поверхностей. Для исследования макрогеометрии ножей обвалочных проведены микрометражные измерения 30 изделий.
Трещины и сколы на режущих частях ножей проверялись визуальным осмотром с помощью лупы ЛП-1-4 ГОСТ 25706-83. Высота режущей части ножа определялась микрометром МК-75 ГОСТ 6507-78 согласно схеме, представленной на рис.36.
Микро- и макроструктурные исследования лезвий ножей обвалочных проводились с целью определения влияния натрева и пластической деформации на структурные составляющие стали 40X13, Это необходимо для выбора оптимального термомеханического режима.
Поверхность лезвия, предназначенная для изготовления шлифов, обрабатывалась на шлифовальном круге СМ-2. Во избежание перегревов и появления раковин на обрабатываемой поверхности образец периодически охлаждался и обрабатывался без сильного нажима. Дальнейшее шлифование образцов велось на наждачной бумаге различного типа с соответствующей последовательностью: шкурка шлифовальная бумажная (ГОСТ 6456-82) 2С1000Х50Л292А6НМ, 2С1000Х50Л292А12НМ, 2С1000Х50Л292А16НМ, шкурка шлифовальная водостойкая 280Х10М64СМ20 (ГОСТ 10054-75), 280Х10М64СМ28, шкурка шлифовальная бумажная (ГОСТ 6456-82) 2С1000X5 0Л292А32НМ.
Для полного выведения следов обработки образцы на каждой последующей бумаге шлифовались перпендикулярно предыдущей обработке. Полирование велось на авиационном войлоке с применением пасты ГОИ? хрома окись (ГОСТ 2913-73); алюминий окись (ГОСТ 8136-76). Обезжиривание осуществлялось спиртом этиловым техническим (ГОСТ 18300-72). Осмотр и фотографирование микрошлифов велось на микроскопе МИМ-8М [і 10,111,112].
При определении твердости образцов применялся способ измерения твердости по Роквеллу (ГОСТ 9013-83). Числа твердости отсчитывались по шкале «С» прибора ТК-14-250,
С целью анализа прочностных показателей в деформированном слое проводились испытания на микротвердость вдавливанием алмазной пирамиды.
Данный метод применялся для определения твердости тонких поверхностных слоев и структурных составляющих сплава. Микротвердость деформированного слоя измерялась на приборе ПМТ-3. Образцы шлифовались, полировались и травились раствором 1,5 см3 HCI - 1г хлорное железо - 100 см3этиловый спирт. В соответствии с исследованиями и для возможности сравнения полученных данных с имеющимися в литературных источниках микротвердость измерялась через 0,05 мм на глубину 0,50 мм от поверхности
Любое внешнее воздействие на металл приводит к возникновению статических напряжений в его структуре, наибольшая величина которых сосредоточена у плоскостей сдвига при пластическом деформировании металла. Искажения приводят к значительным дефектам кристаллической решетки - дислокациям. Остаточные напряжения, дислокации и термомеханическая обработка детали с течением времени могут приводить к процессам релаксации и даже к разрушению металла. Интенсивность разрушающего процесса и упрочнения зависят от знака напряженного состояния - растягивающие напряжения (+) стремятся разрушить и разупрочнить металл. Сжимающие напряжения (-) повышают усталостную прочность, снижают чувствительность детали к концентраторам напряжений [і 14,115\. Поэтому наиболее важным в структурном анализе является количественное и качественное определение объемного напряженного состояния деформированного объекта исследования.
Исходя из литературных данных, наиболее предпочтительным в определении остаточных напряжений в деформированном слое деталей является рентгенографический метод, позволяющий получить достоверные данные о напряженном состоянии образца и проанализировать его значения в различных точках исследуемой поверхности [П6Д17Д18Д19].
Съемка образцов проводилась на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3.0 с Fe-kj излучением в режиме «Запись диаграммы», скорость движения диаграммной ленты - 600 мм/ч; предел измерений - 102,4 имп/сек, постоянная времени - 10 сек.
Анализ физико-механических показателей и структурных составляющих ножей обвалочных
Процесс пластического деформирования характеризуется тем, что после снятия нагрузки металл остается в напряженно-деформированном состоянии. Под влиянием трансляционных сдвигов и двойникований происходит рост плотности дислокаций. Наблюдается также измельчение зерна металла, волокнистость и увеличение остаточных напряжений. Все это в конечном итоге обуславливает изменение физико-механических свойств металла. Связь показателей качества поверхностного слоя со свойствами деталей свидетельствует о том, что рабочая поверхность должна иметь достаточно высокую твердость, остаточные напряжения сжатия и мелкодисперсную волокнистую структуру [132-141].
У ножей, изготовленных по традиционной технологии из сплава У8, эти показатели имеют отличные показатели.
Сравнением анализируемых данных и дефектных состояний ножей обвалочных полностью подтверждаются теоретические и гипотетические предположения о возможности повышения показателей износостойкости, усталостной прочности и снижения хрупкости. Понижение более чем в 10 раз склонности к поломкам, порядка двух раз сколов по режущей кромке говорят о высоких технологических возможностях принятых решений. Возрастание усталостной прочности следует объяснить двумя причинами - это, прежде всего, улучшение структуры сплава после пластической деформации, создание сплошности и волокнистости, что является решающим технологическим воздействием для стабилизации усталостной прочности. Вторым решающим фактором является смена марки стали. Сплав 40X13 обладает высокой пластичностью, что совместно с рациональной термообработкой дает позитивные результаты. Используемая же традиционно сталь У8, ввиду высокого содержания в ней углерода обладает повышенной хрупкостью и, соответственно, крайне низкой усталостной прочностью.
Еще одно преимущество в замене марки стали заключается в том, что сталь 40X13 высокопластична и легко подвергается деформациям. Данное обстоятельство позволяет использовать предлагаемую технологию вторично, при восстановлении ножей. Производственной проверкой было установлено, что у ножей с допустимыми износами и с наличием запаса металла по телу восстанавливаются практически все рабочие параметры с сохранением при этом достаточно высоких механических характеристик.
Показатели микротвердости, характеризующие твердость отдельных участков микроструктуры материала ножа обвалочного, определяют прежде всего сопротивляемость его поверхности к истиранию и, соответственно, позволяют осуществить оценку интенсивности затупления режущей кромки. Они также косвенно характеризуют способность ножа к длительным воздействиям знакопеременных изгибающих моментов, характеризующим предел прочности изделия, его стойкость к поломкам.
Исследованиями распределения микротвердости поверхностного слоя режущей части серийного ножа обвалочного (рис.47) установлено, что на поверхности контролируемый параметр находится в пределах 430 МПа. По мере удаления от поверхности к сердцевине, показатель микротвердости падает и на глубине 0,4 мм достигает 380 МПа. В дальнейшем этот показаіель стабилизируется и отображается зеркально. Это объясняется наличием локальной зоны термического воздействия при закалке ножей и вызван эффектом увеличения дисперсности зерен по глубине слоя.
При изготовлении лезвия ножа пластическим деформированием микротвердость на поверхности составляет 560 МПа, что превышает аналогичный показатель серийного ножа на 30%, на глубине 0,4 мм от поверхности режущей части микротвердость находится в пределах 490 МПа и по всей глубине экспериментального ножа она превышает аналогичные показатели серийного. Такое увеличение происходит в результате термомеханического упрочнения, протекающего при горячей пластической деформации.
Упрочнение поверхности лезвия значительно улучшает основные эксплуатационные свойства ножей, повышенную стойкость к затуплению режущей кромки и усталостных поломок,
Физические показатели качества оценивают как поверхностное, так и объемное напряженное состояние деталей. Они дают картину упрочняющих или разрушающих процессов, протекающих при обработке деталей. Напряженное состояние клинков ножей обвалочных оценивалось суммой главных напряжений а, +а2см . Анализируя картину распределения остаточных напряжений по глубине слоя, рис» 48, следует сделать вывод о наведении по всему телу деформированной заготовки напряжений сжатия, имеющих различные значения по глубине проверяемого слоя. Это еще раз подтверждает факт упрочнения деформированной заготовки, что является основной предпосылкой к повышению износостойкости и, соответственно, эксплуатационных показателей. Последующие операции термообработки несколько стабилизируют напряженное состояние изделия по количественным показателям. Сравнением термообработанных заготовок, изготовленных общепринятой механической обработкой и исследуемым способом горячей прокатки установлен 90% прирост остаточных напряжений у тыльной стороны клинка и порядка 35% — у режущей кромки.
Данное обстоятельство говорит о том, что при прокатке заготовки создаются технически выгодные напряжения сжатия, уменьшающие величину напряжений растяжения, присущих образцу, полученному механической обработкой, что в итоге способствует увеличению износостойкости ножа обвалочного- Прочность деформированной заготовки может либо увеличиваться вследствие искажений кристаллической решетки вблизи границ, либо уменьшаться в виду концентрации дефектов в приграничном слое. В соответствии с данными АД, Манасевича [69], в оттоженном металле число дислокаций примерно составляет 108 см "2, а в наклепанном (идентичном нашему образцу) - 1012 см "2. Эти показатели и принимались в качестве критериальных при анализе плотности дислокации.
