RU2326175C2 - Method of periodic hardening of saws - Google Patents
Method of periodic hardening of saws Download PDFInfo
- Publication number
- RU2326175C2 RU2326175C2 RU2006122039/02A RU2006122039A RU2326175C2 RU 2326175 C2 RU2326175 C2 RU 2326175C2 RU 2006122039/02 A RU2006122039/02 A RU 2006122039/02A RU 2006122039 A RU2006122039 A RU 2006122039A RU 2326175 C2 RU2326175 C2 RU 2326175C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hardening
- saw
- teeth
- tooth
- saws
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано при эксплуатации ленточных и дисковых пил для резки материалов из древесных, пластмассовых, композитных, металлических и других материалов. Способ включает в себя периодическое формирование участков упрочненного металла на вершинах зубьев пил, размер начального упрочненного слоя которых уменьшился в результате их регулярной заточки и работы.The invention relates to the heat treatment of metals and can be used in the operation of tape and circular saws for cutting materials from wood, plastic, composite, metal and other materials. The method includes the periodic formation of sections of hardened metal on the tops of the saw teeth, the size of the initial hardened layer of which decreased as a result of their regular sharpening and operation.
Ленточные и дисковые пилы работают в тяжелых условиях. В процессе работы за счет трения существенно повышается температура этих пил, они испытывают огромные динамические нагрузки (на растяжение, удар и периодический изгиб, после которого пилы должны возвращаться в нормальное состояние) и непрерывный абразивный износ. Вследствие тяжелых условий эксплуатации эти пилы достаточно быстро тупятся. Их приходится периодически затачивать и разводить, при этом каждый раз уменьшая ширину (диаметр) пилы (например, обычная ширина ленточной пилы составляет от 35 до 55 мм; ширина пилы, при которой еще обеспечивается ее прочность, составляет 25 мм, до этого размера ширина пилы уменьшается за 20-30 часов ее правильной эксплуатации), т.е. пилы являются расходным материалом, который приходится достаточно часто менять, а следовательно, они должны быть достаточно дешевы.Band and circular saws work in difficult conditions. In the process, due to friction, the temperature of these saws increases significantly, they experience enormous dynamic loads (tensile, impact, and periodic bending, after which the saws must return to normal) and continuous abrasive wear. Due to the difficult operating conditions, these saws are dull quite quickly. They have to be sharpened and thinned periodically, while each time reducing the width (diameter) of the saw (for example, the usual width of the band saw is from 35 to 55 mm; the width of the saw, at which its strength is still ensured, is 25 mm, up to this size the width of the saw decreases in 20-30 hours of its correct operation), i.e. saws are consumables that have to be changed often enough, and therefore, they should be cheap enough.
С учетом специфики эксплуатации ленточных пил к ним предъявляются особые, во многом противоречивые, требования.Taking into account the specifics of operating band saws, special, largely contradictory, requirements are presented to them.
1. Упругость, чтобы обеспечить возвращение пилы к нормальному состоянию после изгиба.1. Elasticity to ensure that the saw returns to normal after bending.
2. Твердость, высокая величина которой увеличивает промежутки времени между необходимостью заточки пилы.2. Hardness, the high value of which increases the time intervals between the need for sharpening the saw.
3. Достаточная мягкость, которая позволяет материалу пилы работать на изгиб и на растяжение без разрывов полотна.3. Sufficient softness, which allows the saw material to bend and stretch without tearing the blade.
4. Дешевизна.4. Cheapness.
Большинство производителей ленточных пил идет по традиционному пути - создание материалов, которые бы в той или иной степени удовлетворяли этим требованиям, и производство пил из этих материалов. Поэтому на рынке продается большое количество пил из различных сталей, каждая из которых имеет свои преимущества (т.е. в большей степени удовлетворяет какому-то из выше перечисленных требований).Most manufacturers of band saws follow the traditional path - the creation of materials that to one degree or another satisfy these requirements, and the production of saws from these materials. Therefore, a large number of saws made of various steels are sold on the market, each of which has its own advantages (i.e., it satisfies more of one of the above requirements).
Необходимо отметить, что требование мягкости предъявляется к работающему на изгиб и растяжение телу пилы, а требование твердости - к собственно работающей части пилы, к ее зубу. Поэтому некоторые производители поставляют на рынок ленточные пилы с закаленным зубом (закаливать всю пилу целиком нельзя, т.к. при этом материал становится значительно более хрупким, что увеличивает вероятность разрушения тела пилы при работе на изгиб и на растяжение).It should be noted that the softness requirement is imposed on the saw body working on bending and stretching, and the hardness requirement is imposed on the actually working part of the saw, on its tooth. Therefore, some manufacturers supply band saws with a hardened tooth to the market (it is impossible to harden the entire saw, because the material becomes much more brittle, which increases the likelihood of the saw body breaking during bending and tensile work).
Различные производители проводят закалку зубьев пил различными способами, причем режимы закалки являются строго охраняемым секретом. Например, фирма Hakansson, которая была основана в 1944 году, является прародителем технологии закалки зубьев ленточных пил и старейшим в мире изготовителем ленточных пил с закаленными зубьями. В 1946 году они первыми в мире разработали технологию закалки зубьев ленточной пилы индукционным током, известную как ТВЧ-закалка. В течение более чем 40 лет это технологическое открытие было надежно охраняемым секретом и до сих пор патент на эту технологию дает продукции компании преимущество перед другими производителями (подробную информацию об этих пилах можно найти на сайте компании ООО «Авангард» [avanguard.ru]).Various manufacturers harden the saw teeth in various ways, and hardening modes are a strictly guarded secret. For example, Hakansson, which was founded in 1944, is the progenitor of band hardening technology for band saws and the oldest manufacturer of band saws with hardened teeth in the world. In 1946, they were the first in the world to develop a technology for hardening teeth of a band saw by induction current, known as high-frequency hardening. For over 40 years, this technological discovery has been a well-kept secret and until now a patent for this technology gives the company products an advantage over other manufacturers (detailed information on these saws can be found on the website of Avangard LLC [avanguard.ru]).
Другой способ упрочнения зубьев пил предусматривает осуществление закалки зубьев с помощью сдвоенной кислородно-ацетиленовой горелки, форсунки которой расположены по обе стороны от обрабатываемой пилы, а факелы направлены под определенным углом к полотну пилы. Таким образом закаливает зубья своих пил известная американская компания SIMONDS (подробную информацию об этих пилах можно найти на сайте компании GLOBAL EDGE™ [lentochnye_pily.ru]).Another method of hardening the teeth of the saws involves hardening the teeth using a twin oxygen-acetylene burner, the nozzles of which are located on both sides of the saw, and the torches are directed at a certain angle to the saw blade. Thus, the well-known American company SIMONDS hardens the teeth of its saws (detailed information on these saws can be found on the GLOBAL EDGE ™ website [lentochnye_pily.ru]).
Недостаток этого способа заключается в том, что получаемая при закалке твердость нестабильна. Твердость режущих кромок зубьев пилы изменяется от 55 до 64 HRC. Кроме того, требуется дополнительная операция отпуск. Недостатки этого способа связаны со сложностью точного дозирования вкладываемой в зуб энергии и большим временем нагрева зуба (нагрев осуществляется за счет теплопроводности от нагреваемой поверхности зуба, в отличие от ТВЧ-закалки, в которой нагревается весь объем закаливаемой части зуба).The disadvantage of this method is that the hardness obtained by quenching is unstable. The hardness of the cutting edges of the saw teeth varies from 55 to 64 HRC. In addition, an additional vacation operation is required. The disadvantages of this method are associated with the difficulty of accurately dosing the energy deposited in the tooth and the long time the tooth is heated (heating is carried out due to heat conduction from the heated tooth surface, in contrast to the high-frequency hardening, in which the entire volume of the hardened part of the tooth is heated).
В настоящее время различными компаниями проводится интенсивные исследования альтернативных методов закалки зубьев, которые бы обеспечили повышение эксплуатационных качеств пил. Этот поиск привел, в частности, к разработке нового способа упрочнения пил [РФ №2033437, С21D 9/24, опубл. 1995.04.20]. В этом способе обработка осуществляется непрерывным излучением CO2-лазера, причем луч лазера направляют сверху на заднюю поверхность зубьев и перемещают полотно пилы.Currently, various companies are conducting intensive research on alternative methods of hardening teeth, which would provide an increase in the operational qualities of saws. This search led, in particular, to the development of a new method of hardening saws [RF No. 2033437, C21D 9/24, publ. 1995.04.20]. In this method, the processing is carried out by continuous emission of a CO 2 laser, the laser beam being directed from above onto the back surface of the teeth and the saw blade is moved.
Данный способ позволяет получить закаленный слой в виде относительно тонких полос (0.5-0.7 мм), расположенных на задних поверхностях зубьев пилы. Основное преимущество подобного способа закалки связано с тем, что основная часть материала зуба остается пластичной (она не закалена), в результате чего существенно уменьшается вероятность хрупкого разрушения зубьев, особенно при попадании зуба на твердые включения в древесине (например, сучки).This method allows to obtain a hardened layer in the form of relatively thin strips (0.5-0.7 mm) located on the rear surfaces of the saw teeth. The main advantage of this hardening method is that the main part of the tooth material remains plastic (it is not hardened), as a result of which the likelihood of brittle tooth decay is significantly reduced, especially when a tooth gets on solid inclusions in wood (for example, knots).
Недостатками этого способа являются:The disadvantages of this method are:
- изменение угла наклона передней поверхности зубьев вследствие разности прочностных характеристик материала этой поверхности, что требует более частой заточки пилы;- a change in the angle of inclination of the front surface of the teeth due to the difference in the strength characteristics of the material of this surface, which requires more frequent sharpening of the saw;
- недостаточная глубина получаемого закаленного слоя на режущих кромках пилы (0,6-0,7 мм), что ограничивает использование этого способа при упрочнении пил, перетачиваемых в процессе эксплуатации;- insufficient depth of the obtained hardened layer on the cutting edges of the saw (0.6-0.7 mm), which limits the use of this method when hardening saws that are sharpened during operation;
- высокая стоимость оборудования, необходимого для проведения подобной закалки;- the high cost of equipment necessary for such hardening;
- высокая квалификация персонала, работающего на этой операции.- High qualification of the personnel working in this operation.
Отмеченные выше недостатки приводят к тому, что описанный выше способ практически не используется при закалке зубьев пил.The disadvantages noted above lead to the fact that the method described above is practically not used when hardening the saw teeth.
Во всех перечисленных выше методах закалка обеспечивает существенное увеличение прочности зуба, а следовательно, - уменьшение его износа. Такая пила в начале времени своей эксплуатации, пока периодическая заточка зуба не окажется ниже зоны закалки, значительно медленнее тупится, что сокращает затраты на ее периодическую заточку и увеличивает срок службы пилы (во время эксплуатации уменьшение ширины пилы с незакаленным зубом составляет ~0.8 мм/час, с закаленным зубом ~0.2 мм/час). При обычном размере закаленного зуба в 3 мм, время его службы, до достижения границы закалки, - 15 час. Обычный незакаленный зуб служит 4 часа. Однако при суммарном возможном уменьшении ширины пилы в 20 мм отличия в сроке службы оказываются не так значительны: для пилы с первоначально закаленным зубом часов, для пилы с незакаленным зубом часов, т.о. общее время работы увеличивается примерно на 40%. В случае если при достижении зубьев пилы границы области закалки зубья закалить заново, срок службы пилы можно существенно увеличить (более чем в 2 раза).In all of the above methods, hardening provides a significant increase in tooth strength, and therefore, a decrease in its wear. Such a saw at the beginning of its operation, until the periodic sharpening of the tooth is lower than the hardening zone, dulls much more slowly, which reduces the cost of its periodic sharpening and increases the service life of the saw (during operation, the width of the saw with an unhardened tooth is ~ 0.8 mm / hour , with a hardened tooth ~ 0.2 mm / hour). With the usual size of a hardened tooth of 3 mm, the time of its service, until it reaches the limit of hardening, - 15 hours An ordinary non-hardened tooth serves 4 hours. However, with the total possible reduction in the saw width of 20 mm, the differences in the service life are not so significant: for a saw with an initially hardened tooth hours, for a saw with an unhardened tooth hours, i.e. total operating time is increased by approximately 40%. If, when the teeth of the saw reach the boundaries of the hardening region, the teeth are hardened again, the service life of the saw can be significantly increased (more than 2 times).
Для того чтобы увеличить срок службы ленточных пил, специалисты известной немецкой компании «Banholzer GmbH» (пилы «BANSO FLEX-BACK») предложили способ глубокой закалки ленточных пил. По этому способу закаливается не только сам зуб, но и расположенная рядом с ним часть тела пилы [информация ООО «Центр режущего инструмента»]. Подобная закалка позволяет увеличить количество перезаточек зубьев пилы. При этом материал впадин между зубьями тоже оказывается закаленным, что существенно повышает вероятность хрупкого разрушения пилы в этих местах и не позволяет существенно увеличивать прочность закаленного слоя (закалка производится только до значений HRC 61-62) и накладывает достаточно жесткие ограничения на оборудование, в котором подобные пилы могут использоваться (в частности, на минимальный диаметр шкива ленточнопильного станка).In order to increase the life of the band saws, the experts of the well-known German company “Banholzer GmbH” (saws “BANSO FLEX-BACK”) proposed a method for deep hardening of band saws. By this method, not only the tooth itself is tempered, but also the part of the saw body located next to it [information of Center for Cutting Tool LLC]. Such hardening allows you to increase the number of regrind of the teeth of the saw. At the same time, the material of the cavities between the teeth also turns out to be hardened, which significantly increases the likelihood of brittle fracture of the saw in these places and does not significantly increase the strength of the hardened layer (hardening is performed only up to HRC 61-62) and imposes rather strict restrictions on equipment in which such saws can be used (in particular, on the minimum diameter of a band saw pulley).
Известен способ упрочнения зубьев пил, включающий закалку вершин зубьев пилы (8И 94812А, С2Ш9/24, 01.01.1953). Данный способ, по мнению заявителя, может рассматриваться в качестве прототипа к заявленному способу.A known method of hardening the teeth of the saws, including hardening the tops of the teeth of the saw (8I 94812A, S2Sh9 / 24, 01/01/1953). This method, according to the applicant, can be considered as a prototype of the claimed method.
Задачей изобретения является повышение стойкости, срока службы и эффективности пил при обеспечении долговечности и износостойкости изделия в целом.The objective of the invention is to increase the durability, service life and efficiency of the saws while ensuring the durability and wear resistance of the product as a whole.
Решение указанной задачи обеспечивается использованием предложенной совокупности существенных признаков.The solution to this problem is provided by using the proposed set of essential features.
Совокупность существенных признаковThe set of essential features
Способ периодического упрочнения пил, включающий в себя закалку вершин зубьев пил, отличающийся тем, что повторную и все последующие закалки зубьев осуществляют в случае, когда остаточная высота закаленной зоны (b) на вершине зубьев, достигает величины, определяемой из соотношения:The method of periodic hardening of saws, including hardening the tops of the teeth of the saws, characterized in that the repeated and all subsequent hardening of the teeth is carried out in the case when the residual height of the hardened zone (b) at the top of the teeth reaches a value determined from the relation:
b=К×А,b = K × A,
где А - высота зуба, К - коэффициент = 0,2-0,5;where A is the height of the tooth, K is the coefficient = 0.2-0.5;
а высоту нового участка закаливания на вершинах зубьев (L) выбирают из условия:and the height of the new hardening section on the tops of the teeth (L) is chosen from the condition:
L=R×A×К,L = R × A × K,
где R - коэффициент = 1.2-3,where R is the coefficient = 1.2-3,
где А - высота зуба, К - коэффициент = 0,2-0,5,where A is the height of the tooth, K is the coefficient = 0.2-0.5,
при этом, закалку производят посредством закалки воздействием энергии, выделяемой ВЧ током или лазерным излучением в импульсном режиме;at the same time, hardening is carried out by hardening by the action of energy released by the RF current or laser radiation in a pulsed mode;
Изобретение поясняется иллюстрациямиThe invention is illustrated by illustrations.
Фиг.1 - зуб пилы с остаточной высотой (b) закаленной зоны.Figure 1 - saw tooth with a residual height (b) of the hardened zone.
Фиг.2 - зуб пилы после закалки (высота закаленной зоны зуба - L).Figure 2 - saw tooth after hardening (height of the hardened zone of the tooth - L).
Во время работы зубья пилы тупятся и их периодически затачивают. Главное преимущество пил сзакаленным зубом - существенно большее время между заточками. Однако по мере периодических заточек происходит стачивание зоны закалки зуба, что приводит к уменьшению промежутка времени между необходимыми заточками зубьев. Границей допустимого уровня этого параметра в наших экспериментах было принято считать 20% уменьшение времени между периодическими заточками зубьев ((tpo-tp)/tpo*100%=20%, где tpo и tp - время между периодическими заточками сразу после закалки и при текущей выработке зоны закалки соответственно). Эксперименты свидетельствуют о том, что уменьшение границы закаленного слоя ниже этого уровня приводит к резкому уменьшению промежутка времени между заточками. Коэффициент К показывает границу зоны остаточной закалки зуба, экспериментально определенную исходя из допустимого уровня уменьшения времени. На пилах разных производителей критерий допустимого времени между периодическими заточками выполняется при разной остаточной высоте зоны закалки (b). Этим объясняется достаточно широкий диапазон, в котором может находиться коэффициент К.During operation, the saw’s teeth become stupid and sharpened periodically. The main advantage of drinking with a hardened tooth is a significantly longer time between sharpening. However, with periodic sharpening, grinding of the hardening zone of the tooth occurs, which leads to a decrease in the time interval between the necessary sharpening of the teeth. The limit of the permissible level of this parameter in our experiments was considered to be a 20% reduction in time between periodic sharpening of teeth ((t po -t p ) / t po * 100% = 20%, where t po and t p are the time between periodic sharpening immediately after quenching and with the current development of the quenching zone, respectively). Experiments indicate that a decrease in the boundary of the hardened layer below this level leads to a sharp decrease in the time interval between sharpening. Coefficient K shows the border of the zone of residual hardening of the tooth, experimentally determined on the basis of the acceptable level of reduction in time. On the saws of different manufacturers, the criterion of admissible time between periodic sharpening is fulfilled at different residual height of the hardening zone (b). This explains a fairly wide range in which the coefficient K.
Коэффициент R определяет максимальную высоту зоны закалки, которая не приводит к проблемным ситуациям при разводке пил и их эксплуатации (т.е. не приводит к увеличению вероятности появления трещин в корне зуба во время его разводки и сколов зубьев во время работы пилы). Максимальная зона закалки, которая определялась экспериментально, также существенно отличается для пил разных марок и разных производителей.The coefficient R determines the maximum height of the hardening zone, which does not lead to problematic situations when sawing and operating them (i.e., it does not increase the likelihood of cracks in the root of the tooth during setting and chipping of the teeth during operation of the saw). The maximum hardening zone, which was determined experimentally, is also significantly different for saws of different brands and different manufacturers.
При проведении экспериментов была замечена корреляция между остаточной высотой закалки зубьев и высотой участка закалки на вершинах зубьев. Поэтому коэффициент К вошел также в формулу для определения высоты нового участка закалки.During the experiments, a correlation was observed between the residual hardening height of the teeth and the height of the hardening area at the tops of the teeth. Therefore, the coefficient K was also included in the formula for determining the height of a new quenching site.
Проведенный обзор свидетельствует, что развитие технологии закалки зубьев ленточных пил идет в направлении повышения интенсивности энергетического воздействия на обрабатываемый объект.The review shows that the development of technology for hardening the teeth of band saws is in the direction of increasing the intensity of energy exposure to the processed object.
Развитие электроники, микро- и нанотехнологий привело к тому, что у современных технологов появилась возможность использовать в своих целях электромагнитные (ЭМ) излучения огромной интенсивности. Подобные излучения позволяют получить в обрабатываемом изделии удельный объемный энерговклад на уровне 109 Вт/м3. Возможность использования высокоинтенсивных ЭМ излучений принципиально изменила целый ряд областей электротехнологии.The development of electronics, micro- and nanotechnology has led to the fact that modern technologists have the opportunity to use electromagnetic (EM) radiation of great intensity for their own purposes. Such radiation allows you to get in the processed product specific volumetric energy input at the level of 10 9 W / m 3 . The possibility of using high-intensity EM radiation has fundamentally changed a number of areas of electrical technology.
Одной из областей, в которой интенсивные ЭМ излучения нашли свое применение, является импульсная закалка зубьев ленточных пил токами высокой частоты (ВЧ).One of the areas in which intense EM radiation has found its application is pulsed hardening of the teeth of band saws by high-frequency currents (HF).
С помощью интенсивного ВЧ индукционного поля за доли секунды можно разогреть только поверхность и относительно не глубокие приповерхностные слои (глубина этих слоев hсл ~0.3-0.5 Δ, где Δ - глубина проникновения электромагнитного поля в металл, которая, в свою очередь, однозначно определяется частотой питающего напряжения f) стального изделия до температуры фазовых переходов, а затем мгновенно остановить нагрев. При высокоинтенсивном индукционном нагреве профиль температуры практически повторяет профиль распределения источников нагрева, которые в индукционном нагреве принято характеризовать глубиной проникновения электромагнитной волны в нагреваемый материал. В этом случае высокую скорость охлаждения разогретых слоев, необходимую для закалки, может обеспечить отвод тепла внутрь не разогретого по объему изделия и излучение с его нагретой поверхности. Подобный метод закалки позволяет обеспечить значительно более высокие скорости охлаждения и, следовательно, лучшие режимы закалки. При этом полученные структуры металла в большинстве случаев не требуют проведения дополнительной операции - отпуска (обязательного в традиционной технологии).Using an intense HF induction field, in a fraction of a second, only the surface and relatively shallow near-surface layers can be heated (the depth of these layers is hsl ~ 0.3-0.5 Δ, where Δ is the penetration depth of the electromagnetic field into the metal, which, in turn, is uniquely determined by the frequency supply voltage f) of the steel product to the phase transition temperature, and then instantly stop the heating. With high-intensity induction heating, the temperature profile practically repeats the distribution profile of the heating sources, which in induction heating are usually characterized by the depth of penetration of the electromagnetic wave into the heated material. In this case, the high cooling rate of the heated layers, necessary for hardening, can be ensured by the removal of heat into the unheated product and the radiation from its heated surface. Such a quenching method allows for significantly higher cooling rates and, therefore, better quenching modes. Moreover, the obtained metal structures in most cases do not require an additional operation — tempering (mandatory in traditional technology).
Немаловажным фактором является возможность в данном случае не использовать жидкостного охлаждения, что позволяет проводить процесс в "чистых" условиях. В результате развития высокоинтенсивной ВЧ закалки технологическую операцию, требовавшую сложного оборудования и высокой квалификации персонала, можно полностью автоматизировать и проводить в незаводских условиях.An important factor is the possibility in this case not to use liquid cooling, which allows the process to be carried out in “clean” conditions. As a result of the development of high-intensity RF quenching, a technological operation that required sophisticated equipment and highly qualified personnel can be fully automated and carried out in non-factory conditions.
Для эффективной работы зубья пилы «разводят» (отклоняют от вертикальной оси пилы). В зависимости от производителя и условий пиления зубья ленточных пил разводят на величины до 0.4 мм либо каждый зуб по очереди в разные стороны, либо через один зуб. В результате - основная нагрузка падает на часть боковой поверхности зуба (область 1 на фиг.2). Именно эти части должны иметь наибольшую твердость. При этом то что остальная часть зуба остается незакаленной, существенно уменьшает вероятность хрупкого разрушения зуба при попадании его на твердые включения в процессе пиления. Учитывая то, что наибольшей твердостью должна обладать только часть поверхности зуба можно закаливать только эту часть, а глубину закаленного слоя (g) выбирать из соотношения: g=Kl×D, где Kl - коэффициент = 0.01-1.0, D - толщина ленты пилы. При этом глубина закаленного слоя составит от 0.01 мм (чисто поверхностная закалка наиболее нагруженной части зуба) до 1 мм (сквозная закалка зуба и полосы).For efficient operation, the saw teeth are “bred” (deviated from the vertical axis of the saw). Depending on the manufacturer and the sawing conditions, the teeth of the band saws are bred to values of up to 0.4 mm, either each tooth in turn in different directions, or through one tooth. As a result, the main load falls on a part of the lateral surface of the tooth (region 1 in figure 2). These parts should have the greatest hardness. Moreover, the fact that the rest of the tooth remains unhardened significantly reduces the likelihood of brittle tooth decay when it enters solid inclusions during sawing. Considering that only part of the tooth surface should have the highest hardness, only this part can be hardened, and the hardened layer depth (g) should be selected from the relation: g = Kl × D, where Kl is the coefficient = 0.01-1.0, D is the thickness of the saw band. The depth of the hardened layer will be from 0.01 mm (purely surface hardening of the most loaded part of the tooth) to 1 mm (through hardening of the tooth and strip).
Экспериментальные результаты, полученные авторами, свидетельствуют о том, что с помощью индукционного нагрева, изменяя частоту тока, длительность импульса и удельную вкладываемую мощность, в зубе ленточной пилы можно получить глубину закаленного слоя от 1 мм (зуб закален на всю глубину) до 0.2 мм.The experimental results obtained by the authors indicate that, using induction heating, changing the frequency of the current, the pulse duration, and the specific input power, it is possible to obtain a hardened layer depth from 1 mm (the tooth is hardened to the entire depth) to 0.2 mm in the band saw tooth.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
В цикле обычного обслуживания пилы, который включает в себя заточку и разводку, в случае когда минимальная остаточная высота упрочненной зоны на вершине зубьев окажется меньше (фиг.1) b=K×А, где А - высота зуба, К - коэффициент = 0,2-0,5, добавляется еще одна операция - закалка. Причем высота вновь упрочненной зоны на вершине зуба выбирается из соотношения:In the normal maintenance cycle of the saw, which includes sharpening and wiring, in the case when the minimum residual height of the hardened zone at the top of the teeth is less (Fig. 1) b = K × A, where A is the height of the tooth, K is the coefficient = 0, 2-0.5, one more operation is added - hardening. Moreover, the height of the newly hardened zone at the top of the tooth is selected from the ratio:
L=R×А×К, где R - коэффициент = 1.2-3.L = R × A × K, where R is the coefficient = 1.2-3.
Предложенный способ отличается от всех существующих в настоящий момент также тем, что упрочнение зубьев пилы проводится многократно по мере выработки закаленных ранее слоев.The proposed method differs from all existing at the moment also in that the hardening of the teeth of the saw is carried out many times as the development of previously hardened layers.
Для каждого зуба пилы с помощью высокоинтенсивного нагрева (для подобного нагрева могут использоваться токи ВЧ либо лазерное излучение) за короткий промежуток времени (0.1-1.0 с) в металле создается область, температура которой превышает температуру закалки. Малое время нагрева необходимо, чтобы обеспечить режимы, при которых охлаждение могло быть обеспечено за счет отвода тепла в ненагретые области пилы.For each saw tooth using high-intensity heating (for such heating high-frequency currents or laser radiation can be used) for a short period of time (0.1-1.0 s), a region is created in the metal whose temperature exceeds the quenching temperature. A short heating time is necessary to ensure modes in which cooling could be achieved by removing heat to unheated areas of the saw.
Наиболее эффективным способом нагрева металла под закалку является нагрев с применением объемных источников тепла, который может обеспечить высокочастотный индукционный способ нагрева. Эффективность подобного способа связана с тем, что с его помощью можно добиться минимального времени нагрева, минимальных потерь энергии, точного дозирования вкладываемой энергии. ВЧ электромагнитное воздействие позволяет за счет объемного вклада энергии осуществлять нагрев всего зуба (либо большей его части), а не только его поверхности, как это происходит при использовании других способов. Объемный характер ВЧ магнитного поля металлом поглощения обычно описывают с помощью глубины проникновения (Δ). Глубина проникновения - это расстояние от поверхности полубесконечного тела, выполненного из обрабатываемого материала, на котором комплексная амплитуда напряженности переменного магнитного поля уменьшается в 2.72 раза. Обычно глубину проникновения определяют по формуле:The most effective way of heating metal for quenching is heating using volumetric heat sources, which can provide a high-frequency induction heating method. The effectiveness of this method is due to the fact that with its help it is possible to achieve a minimum heating time, minimal energy loss, accurate dosing of the input energy. High-frequency electromagnetic exposure allows, due to the volume contribution of energy, to heat the entire tooth (or most of it), and not just its surface, as happens when using other methods. The volume character of the RF magnetic field by the absorption metal is usually described using the penetration depth (Δ). The penetration depth is the distance from the surface of a semi-infinite body made of the material to be processed, at which the complex amplitude of the intensity of the alternating magnetic field decreases 2.72 times. Typically, the penetration depth is determined by the formula:
где ρ - удельное сопротивление обрабатываемого материала, μ - его относительная магнитная проницаемость, f - частота питающего напряжения.where ρ is the resistivity of the processed material, μ is its relative magnetic permeability, f is the frequency of the supply voltage.
Если мы хотим добиться равномерности (по толщине зуба) вкладываемой энергии, необходимо, чтобы глубина проникновения была сравнима с толщиной обрабатываемого металла 0.5·h≤Δ≤2·h. Это условие можно переписать в виде:If we want to achieve uniformity (in tooth thickness) of the input energy, it is necessary that the penetration depth be comparable with the thickness of the metal being processed 0.5 · h≤Δ≤2 · h. This condition can be rewritten as:
В неравенстве (1) μ - относительная магнитная проницаемость стали при условиях обработки (т.е. при рабочих значениях температуры и напряженности магнитного поля).In inequality (1), μ is the relative magnetic permeability of steel under processing conditions (i.e., at operating values of temperature and magnetic field strength).
Температура закалки стали находится выше температуры Кюри. При нагреве выше этого значения относительная магнитная проницаемость стали скачком уменьшается до единицы. При этом точно также скачком изменяется распределение источников энергии по глубине зуба.The quenching temperature of the steel is above the Curie temperature. When heated above this value, the relative magnetic permeability of the steel abruptly decreases to unity. In this case, the distribution of energy sources along the depth of the tooth also changes abruptly.
Для выполнения условия равномерного энерговклада частоту питающего напряжения в «холодном» режиме (до температуры Кюри) необходимо выбирать исходя из соотношения: 6·104·ρ/(h2·μ)≤f1≤106·ρ/(h2·μ), причем 7≤μ<16, а в «горячем» режиме - из соотношения:To fulfill the condition of uniform energy input, the frequency of the supply voltage in the "cold" mode (up to the Curie temperature) must be selected based on the ratio: 6 · 10 4 · ρ / (h 2 · μ) ≤f 1 ≤10 6 · ρ / (h 2 · μ), moreover, 7≤μ <16, and in the "hot" mode - from the relation:
6·104·ρ/h2≤f2≤106·ρ/h2. Оптимальные частоты для «горячего» режима значительно выше, чем для «холодного». Т.е. при нагреве на одной частоте невозможно одновременно выполнить условия равномерности энерговклада и в «холодном» и «горячем» режимах. Поэтому системы закалки обычно проектируют исходя из больших частот, которые характерны для «горячих» режимов, и обеспечивают равномерность нагрева в последней его стадии, где эта равномерность наиболее важна.6 · 10 4 · ρ / h 2 ≤f 2 ≤10 6 · ρ / h 2 . The optimal frequencies for the "hot" mode are much higher than for the "cold" mode. Those. when heating at one frequency, it is impossible to simultaneously satisfy the uniformity of the energy input in both “cold” and “hot” modes. Therefore, quenching systems are usually designed based on the high frequencies that are characteristic of “hot” modes, and ensure uniform heating in its last stage, where this uniformity is most important.
Для ускорения процесса нагрева и получения равномерного распределения температуры по сечению его необходимо осуществлять либо с последовательным переключением с f1 на f2, как только температура всего обрабатываемого образца достигает точки Кюри, либо сразу на двух частотах f1 и f2.To accelerate the heating process and obtain a uniform temperature distribution over the cross-section, it must be carried out either with sequential switching from f 1 to f 2 as soon as the temperature of the entire sample being processed reaches the Curie point, or immediately at two frequencies f 1 and f 2 .
Для того чтобы подтвердить возможность получения закаленной области с параметрами, предложенными в заявке, и эффективность предложенного метода, был проведен комплекс экспериментальных исследований.In order to confirm the possibility of obtaining a hardened area with the parameters proposed in the application, and the effectiveness of the proposed method, a series of experimental studies was carried out.
Для проведения исследований данного технологического процесса нами был разработан и изготовлен экспериментальный образец закалочного устройства. Данный образец состоял из:To conduct research on this technological process, we have developed and manufactured an experimental sample of a quenching device. This sample consisted of:
1) транзисторного генератора, работающего на частоте 440 кГц, со средней мощностью 2.5 кВт;1) a transistor generator operating at a frequency of 440 kHz, with an average power of 2.5 kW;
2) блока согласования параметров генератора и нагрузки;2) a block matching the parameters of the generator and the load;
3) индуктора специальной формы;3) an inductor of a special form;
4) устройства позиционирования зубьев ленточных пил.4) devices for positioning teeth of band saws.
Разработанный образец закалочного устройства позволил задавать длительность импульса tимп в диапазоне 0,05-1 сек с точностью ±5% и регулировать мощность, вкладываемую в зуб пилы (Рвкл) от 0,1 до 2 кВт в импульсе.The developed sample of the hardening device made it possible to set the pulse duration t imp in the range of 0.05-1 sec with an accuracy of ± 5% and to regulate the power invested in the saw tooth (P on ) from 0.1 to 2 kW per pulse.
При длительном импульсно-периодическом режиме (ИПР) работы для множества зубьев разработанного образца отклонение по длительности импульса не превышали ±3%, по мощности - ±2%. Проведенные в дальнейшем исследования позволяют утверждать, что данные отклонения не повлияют на повторяемость результатов.With a long pulse-periodic mode (IPR) of work for many teeth of the developed sample, the deviation in pulse duration did not exceed ± 3%, in power - ± 2%. Further studies suggest that these deviations will not affect the repeatability of the results.
Возможность регулировки времени импульса и вкладываемой мощности позволила провести комплекс исследований по закалке ленточных пил разных марок и производителей. Исследования проводились для пил CR-300 и CR-400 («Carl Rontgen»), С-75 («Lenz»); HSWM («Womaco») и дорогих пил американских производителей: «Wood-Mizer», «Simonds», «Lenox».The ability to adjust the pulse time and the input power allowed to carry out a range of studies on the hardening of band saws of various brands and manufacturers. The studies were conducted for saws CR-300 and CR-400 ("Carl Rontgen"), C-75 ("Lenz"); HSWM ("Womaco") and expensive saws of American manufacturers: "Wood-Mizer", "Simonds", "Lenox".
После каждой серии экспериментов на оборудовании проводились исследования полученных результатов. В процессе исследований контролировались следующие параметры.After each series of experiments on the equipment, studies of the results were carried out. In the process of research, the following parameters were controlled.
1. Твердость закаленных зубьев в трех точках их боковой поверхности (1 - кончик зуба, 2 - 2 мм от кончика зуба, 3 - 4 мм от кончика зуба).1. The hardness of the hardened teeth at three points on their lateral surface (1 - the tip of the tooth, 2 - 2 mm from the tip of the tooth, 3 - 4 mm from the tip of the tooth).
2. Достаточная ударная «хрупкость» закаленного зуба.2. Sufficient impact "fragility" of the hardened tooth.
Полученные опытным путем данные сравнивались с аналогичными параметрами ленточных пил закаленных в заводских условиях предприятия производителя.The data obtained experimentally were compared with similar parameters of band saws hardened in the factory by the manufacturer.
В качестве примера в табл. приведены результаты сравнения твердости зуба ленточной пилы CR-300 («Carl Rontgen») в трех точках его боковой поверхности на образцах с «фирменной» закалкой и, образцах, полученных в оптимальных режимах работы разработанного экспериментального оборудования (использовались два различных индуктора).As an example, in table. The results of comparing the hardness of the tooth of a band saw CR-300 (Carl Rontgen) at three points of its lateral surface on samples with “proprietary” hardening and samples obtained in optimal operating conditions of the developed experimental equipment (two different inductors) are presented.
В таблице приведены результаты экспериментов, полученные при одинаковой средней мощности. При этом необходимо отметить, что полученные результаты не зависели от того, как была организована во времени эта средняя мощность. В процессе работы исследовались следующие режимы вклада энергии в зубья пил:The table shows the experimental results obtained at the same average power. It should be noted that the results obtained did not depend on how this average power was organized in time. In the process, the following modes of energy contribution to saw teeth were investigated:
1) с постоянной мощностью,1) with constant power,
2) с использованием широтно-импульсной модуляции (с разными соотношениями длительности импульса и паузы),2) using pulse-width modulation (with different ratios of pulse duration and pause),
3) с изменением энерговклада по определенному закону (растущая и спадающая экспоненты, равнобедренный треугольный импульс, импульс в виде прямоугольного треугольника).3) with a change in the energy input according to a certain law (rising and falling exponentials, isosceles triangular momentum, momentum in the form of a right triangle).
Из приведенных в табл. данных видно, что полученные с использованием разработанного оборудования твердость зуба и повторяемость результатов, по крайней мере, не ниже, чем у пил с «фирменной» закалкой.From the above table. the data shows that the hardness of the tooth and the reproducibility of the results obtained using the developed equipment are at least not lower than that of saws with a “company” hardening.
С целью проведения комплекса экспериментов по длительной работе ленточных пил, закаленных по разработанной технологии, в условиях реального деревообрабатывающего производства и возможности их многократной закалки созданное экспериментальное оборудование было запущено в лаборатории ИГТУ г.Иркутска.In order to conduct a series of experiments on the continuous operation of band saws hardened according to the developed technology in real woodworking production and the possibility of their multiple hardening, the experimental equipment created was launched in the laboratory of the Irkutsk State Technical University.
Результаты экспериментов показали, что при соблюдении технологических параметров пиления периодически упрочняемая пила значительно реже требовала заточки, что существенно увеличило срок ее службы.The experimental results showed that, subject to the technological parameters of sawing, a periodically hardened saw required sharpening much less often, which significantly increased its service life.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006122039/02A RU2326175C2 (en) | 2006-06-21 | 2006-06-21 | Method of periodic hardening of saws |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006122039/02A RU2326175C2 (en) | 2006-06-21 | 2006-06-21 | Method of periodic hardening of saws |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006122039A RU2006122039A (en) | 2008-01-10 |
RU2326175C2 true RU2326175C2 (en) | 2008-06-10 |
Family
ID=39019638
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006122039/02A RU2326175C2 (en) | 2006-06-21 | 2006-06-21 | Method of periodic hardening of saws |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2326175C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2677198C1 (en) * | 2018-03-14 | 2019-01-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" | Method for reducing fatigue stresses in band saw blade |
RU2786237C1 (en) * | 2022-03-17 | 2022-12-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова" | Band saw |
-
2006
- 2006-06-21 RU RU2006122039/02A patent/RU2326175C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2677198C1 (en) * | 2018-03-14 | 2019-01-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" | Method for reducing fatigue stresses in band saw blade |
RU2786237C1 (en) * | 2022-03-17 | 2022-12-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова" | Band saw |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006122039A (en) | 2008-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1891395B (en) | Induction hardened blade | |
JP2012152546A (en) | Cutting blade and method of manufacturing the same | |
US8858733B2 (en) | Laser hardened surface for wear and corrosion resistance | |
JP2011007093A (en) | Turbine rotor blade | |
Su et al. | Effect of distribution of striated laser hardening tracks on dry sliding wear resistance of biomimetic surface | |
RU2333971C2 (en) | Method of saw strengthening | |
RU2326175C2 (en) | Method of periodic hardening of saws | |
KR20140051934A (en) | A method of hot shaping and hardening a sheet steel blank | |
SK279015B6 (en) | Method for quenching cutting edges of saws, knives and dies | |
RU2663029C1 (en) | Method of thermoplastic tensioning of the round saw circular saw blade | |
Ulewicz et al. | Impact of Laser Machining on the Structure and Properties of Tool Steels | |
CN108486348B (en) | Heat treatment process for cutting edge of pliers | |
CN111286596A (en) | Quenching strengthening process for cutting edge of thin blade | |
RU2451093C2 (en) | Railroad wheel heat treatment method | |
RU2684176C2 (en) | Method of laser hardening of parts surface | |
La Rocca et al. | Laser surface hardening of thin steel slabs | |
RU2375465C1 (en) | Method of surface hardening | |
CN108396112A (en) | A kind of high intensity steel wire cutting device short route manufacturing method | |
RU2140997C1 (en) | Method of thermal treatment of railway wheels | |
Ferriere et al. | Surface hardening of steel using highly concentrated solar energy process | |
Järvenpää et al. | A novel heat treatment line for processing of tailored small batch steels | |
SE542356C2 (en) | Cutting blade and method for producing a cutting blade | |
RU2375165C1 (en) | Method for restoration of steel item with surface cracks | |
RU2707374C1 (en) | Method for formation of a hardened surface layer in the zone of laser cutting of parts from alloyed structural steels | |
Jain et al. | Optimisation of Laser Process Parameter on Laser Transformation Hardening of AISI440C |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080622 |