Повышение износостойкости шлифовальных лент при обработке древесины и древесных материалов

2ХУ1 съездом КПСС перед деревообрабатыващей промышленностью поставлена задача по повышению качества выпускаемой продукции и эффективности производства /I/, Решение этой задачи осуществляется комплексно. Совершенствуются существующие процессы и оборудование, создаются новые более эффективные процессы и машины, повышается степень механизации и автоматизации процессов. Большое внимание уделяется улучшению отделки изделий, их эстетических качеств, снижению затрат на их изготовление, повышению производительности труда. Дальнейшее увеличение выпуска мебели предопределяет необходимость совершенствования отделочных процессов, в частности операций по шлифованию поверхностей деталей перед отделкой лаками, повышения эффективности использования шлифовального оборудования. Это возможно путем улучшения эксплуатационных свойств применяемых в станках и автоматических линиях шлифовальных инструментов, среди которых широкое распространение получили шлифовальные ленты. В процессе работы шлифовальных лент происходит их затупление, приводшцее к потере ими режущей способности вследствие осыпания зерен, засаливания рабочей поверхности шкурки. Явление это в настоящее врегля изучено недостаточно. Существующие средства повышения износостойкости шлифовальных лент недостаточно эффективны. Необходимы дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования в направлении изучения их затупления при обработке древесины и древесных материалов. В связи с этим целью работы является разработка научно обоснованных рекомеццаций по повышению износостойкости шлифовальных лент при обработке древесины и древесных материалов. В задачи работы входят: изучение зависимости износостойкости шлифовальных лент от факторов процесса шлифованияизучение тепловых явлений в зоне шлифования и установление их связи с затуплением шлифовальных лентизучение видов затупления шлифовальных лент и их зависимостей от факторов процесса шлифованияразработка рекомендаций по повышению износостойкости шжфовальных лент. В результате исследований выявлены связи меж^ лу определяющими процесс затупления шлифовальных лент факторами. Установлены зависимости износостойкости лент от объема межзернового пространства шкурки, от технологических факторов, факторов инструмента, осцилляции. Р1зучена зависимость а, 1Ц'езии шлифовальной пыли к шкурке от нагрева и усилия пршшма. Установлен механизм засаливания. Установлено влияние перфорации на износостойкость шлифовальных лент. Разработаны рекомеццации для промышленности. Из основных положений, которые выносятся на защиту, молшо отметить следующие: 1. Потеря режущей способности шлифовальных лент обусловлена процессами, имеющими место в зоне шлифования: вырывание абразивных зерен из связки, засаливание абразивной поверхности лент, нагрев лент в зоне шлифования.2. Износостойкость шлифовальных лент тесно связана с объемом межзернового пространства шкурки, технологическими и инструментальными фактораьш.3. Повышение износостойкости шлифовальных лент может быть достигнуто увеличением объема межзернового пространства и уменьшением объема остающейся в межзерновом пространстве стружки.4. Эффективным путем повышения износостойкости шлифовальных лент является создание в лентах перфорации. Перфорация должна иметь соответствующие условиям обработки рациональные параметры: форму и размеры. Последние могут быть определены на основе рекомендаций, вытекающих из проведенных исследований. Производственные испытания перфорированных шлифовальных лент проведены на Ленинградском мебельном комбинате В I, Краснодарском Ш Ю «Кавказ», Омском ШЛО «Омскмебель». Результаты испытаний показали надежную работу таких лент. Б зависимости от условий шлифования износостойкость инструмента увеличивается до 2,1 раза. Результаты работы внедрены на Краснодарском ШЛО «Кавказ». Экономический эффект от внедрения перфорированных шлифовальных лент составляет 15,084 тыс. руб. в год.

5.4. Вывода.

1. Из технологических факторов процесса шлиофвания на износостойкость шлифовальных лент наибольшее влияние оказывают давление прижима и скорость резания. Действие их выражается во влиянии на засаливание инструмента, которое является главным, ограничивающим износостойкость лент видом затупления.

2. Осцилляция влияния, имеющего практическое значение, на износостойкость шлифовальных лент не оказывает.

3. Из инструментальных факторов значительное влияние на износостойкость шлифовальных лент оказывают вид связующего и зернистость, обусловливающая величину объема межзернового пространства.

4. С увеличением объема межзернового пространства увеличивается время, необходимое .для засаливания шлифовальной ленты до определенного уровня, при котором происходит потеря ею режущей способности.

5. Для повышения износостойкости шлифовальных лент необходимо увеличивать объем межзернового пространства и уменьшать объем остающейся в этом пространстве стружки. Изменением режимов шлифования нельзя добиться значительного повышения износостойкости без изменения заданной производительности шлифования.

6. Повышения износостойкости шлифовальных лент можно достичь либо путем нанесения зерен на основу с размещением их на ней по специальной схеме, что позволит увеличить объем межзернового пространства, либо путем перфорирования лент, чем создается дополнительное пространство .для размещения отходов шлифования и обеспечивается затягивание шлифовальной пыли в отверстия и тем самым снижение засаливания.

7. При нанесении зерен на основу с размещением по специальной схеме их еле, дует располагать рядами шириной 1−2 размера зерна, перпендикулярно направлению движения ленты. Расстояние между рядами — 10−20 размеров зерна. При этом производительность шлифования повышается на 20 $, износостойкость шлифовальных лентна 25 — 30 $.

8. При изготовлении перфорированных шлифовальных лент зернистости? .диаметр отверстий перфорации должен выбираться в диапазоне (1 = (0,35 — 0,45), мминтервалы между отверстиями должны быть * одинаковы во взаимоперпендикулярных направлениях и равны диаметру отверстия. Рекомендуется шахматное расположение отверстий. Перфорированием шлифовальных лент достигается повышение их износостойкости до 2−3 раз.

6. ТЕШЖО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ ПЕРФОРИРОВАННЫХ ШЛИФОВАЛЬШХ ЛЕНТ.

В ПРОИЗВОДСТВО.

Перфорированием шлифовальной шкурки достигается снижение расхода шлифовальных лент. Годовой экономический эффект от их использования определяется в расчете на I млн.руб. выпуска мебели по формуле /41/ где Зг — годовой экономический эффект предприятия, рубл[] - снижение себестоимости от применения перфорированных шлифовальных лент, руб- £л — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, £н = 0,15- А К — дополнительные капитальные вложения при использовании перфорированных шлифовальных лент, руб. Снижение себестоимости продукции будет происходить за счет снижения расхода шлифовальных лент.

Л/7 = См’З/ ~СмЗж, (6.2) где Д/, ~ себестоимость одной шлифовальной ленты до и после перфорирования, руб/шт- 34 — расход шлифовальных лент (неперфорированных и перфорированных) на выполнение годовой программы выпуска мебели, шт. Годовой расход неперфорированных шлифовальных лент определяется из условия.

А =7%-' (6.3) где Нш — норма расхода шлифовальной шкурки на бумажной основе на I млн.руб. выпуска мебели, /4у = 11 050 м^ /66/- ё — ширина шлифовальной ленты, мЕ — длина шлифовальной лентым.

Перфорирование шлифовальных лент позволяет снизить их расход в среднем в два раза, тогда для выполнения годовой программы перфорированных лент потребуется, шт: —(6'4).

Заработная плата рабочих, занятых в подготовке шлифовальных лент, определяется по формуле /41/.

3 = Тс Фв • КпКлКс, (6.5) где 3 — заработная плата рабочего в год, рубТс — тарифная ставка рабочего, руб/чФв «эффективный фонд рабочего времени рабочего, чХл — коэффициент, учитывающий премирование- /л — коэффициент, учитывающий дополнительную заработную платус — коэффициент, учитывающий отчисления на социальное страхование.

Оплата изготовления одной шлифовальной ленты определится из выражения ~ ' (6.6) где 3-/ - оплата изготовления одной шлифовальной ленты, руб/шт- /7 — количество рабочих в бригаде по подготовке шлифовального инструмента, чел.

Снижение расхода шлифовальных лент вызовет соответствующее снижение трудозатрат на их подготовку, что позволит высвободить соответствующее число рабочих для выполнения других задач. Фонд заработной платы уменьшится пропорционально уменьшению расхода лент, оплата изготовления одной перфорированной ленты не изменится.

При подготовке шлифовальных лент к работе в инструментальном участке используется различное оборудование: транспортное, нарезные машины, прессы.

Затраты на электроэнергию составляют /41/ где См — затраты на электроэнергию, руб;

1у — установленная мощность электродвигателей, кВт;

Чн — мощность электронагревательных устройств, кВт;

К в — коэффициент использования электродвигателей во времени;

Кп — коэффициент использования электродвигателей по мощностиу — коэффициент полезного действия электродвигателя- ¿-{м — стоимость I кВт ч электроэнергии, //м- 0,02 руб/кВт чк — годовой эффективный фонд времени, ч.

Снижение расхода шлифовальных лент вызовет соответствующее снижение времени работы электрообрудования, участвующего в подготовке инструмента. Затраты электроэнергии на подготовку одной неперфорированной и перфорированной лент одинаковы.

Амортизационные отчисления составляют.

С си = Ка-Фа, (6.8) где Сен — сумма амортизационных отчислений, рубК, а — коэффициент амортизации, /Са = 0,15- ф0 — балансовая стоимость основных фондов, руб. Для перфорированных лент сумма амортизационных отчислений составит.

Сю = /СаТФа, (6.9) где С (72 — сумма амортизационных отчислений при изготовлении перфорированных лент, руб.- д /{ - дополнительные капитальные вложения, руб.- Ф — имеющиеся основные фонды, руб.

Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования определяются в зависимости от конкретных условий работы предприятия и составляют 18 $ от стоимости основных фондов.

Расходы на одну неперфорированную шлифовальную ленту составят.

— шА (6Л0) где Цруо — расходы по содержанию и эксплуатации оборудования, приходящиеся на одну неперфорированную ленту, руб/шт. Снижение расхода шлифовальных лент в результате перфорирования вызовет соответствующее снижение эксплуатационных расходов на используемое оборудование, участвующее в подготовке обычных лент. Добавятся расхода на содержание и эксплуатацию перфорирующего устройства. Расходы по этой статье, приходящиеся на одну перфорированную шлифовальную ленту, составят е/и = + (б.п).

V • В г *2 где Ср20- расходы на содержание и эксплуатацию оборудования, приходящегося на одну шлифовальную ленту (перфорированную), руб/штt — степень снижения расхода шлифовальных лент.

Дополнительные капитальные вложения связаны с затратами на изготовление устройства конструкции ЛТА им. С. М. Кирова (приложение 7). Стоимость его изготовления, исходя из стоимости затраченного материала и затрат на обруботку, составит 1430 руб. С учетом затрат на монтаж и наладку (40%) стоимость перфоратора равна, руб.

Л К — 1,4×1430 = 2002.

Стоимость шлифовальной шкурки на бумажной основе и материалов, приходящихся на одну шлифовальную ленту, составляет -= 0,32 руб., при средней длине шлифовальной ленты / = 5 м и ширине $ = 0,1 м как для неперфорированных, так и для перфорированных лент (по данным предприятий). Прочие расходы цринимаем 3% от общей суммы расходов. Расчеты себестоимости изготовления шлифовальных лент на предприятии с годовым выпуском мебели на I млн.руб. сведены в табл.6.1.

Затраты на изготовление шлифовальных лент.

Затраты, руб.

Статья затрат Неперфорированная лента Перфорированная лента.

На I ленту В год На I ленту В год.

I. Сырье, материалы 0,320 7072,0 0,320 3536,0.

2. Заработная плата 0,311 6873,1 0,311 3436,55.

3. Электроэнергия 0,072 1591,2 0,072 795,6.

4. Амортизационные отчисления 0,024 530,4 0,074 817,7.

5. Расхода на содержание и эксплутацию оборудования 0,029 640,9 0,061 674,05.

6. Прочие расхода 0,023 508,2 0,025 277,8.

7. Расход лент в год, шт. 22 100 11 050.

Итого 0,779 17 215,8 0,863 9537,7.

Тогда, согласно формуле (6.1).

Эг = (17 215,8 — 9537,7) — 0,15×2002 = 7377,8 руб.

То есть годовой экономический эффект от применения перфорированных шлифовальных лент составит в среднем 7,378 тыс. руб. на I млн.руб. выпуска мебели.

В результате теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие вывода и рекомендации:

1. Эффективность использования шлифовального оборудования при обработке древесины и древесных материалов определяется продолжительностью работы шлифовального инструмента, в связи с этим повышение износостойкости шлифовальных лент является актуальной научно-технической задачей.

2. На износостойкость шлифовальных лент из инструментальных факторов, наряду с материалом связующего, значительное влияние оказывает зернистость, обусловливающая величину объема межзернового пространства. Увеличение зернистости от 12 до 20 номера приводит к увеличению износостойкости лент в среднем в 2,5 раза при обработке березы и 1,3 раза при обработке древесностружечной плиты.

3. Из технологических факторов, включающих в себя режимы шлифования, на износостойкость шлифовальных лент наибольшее влияние оказывают давление прижима и скорость резания. Увеличение давления прижима от 2 до 4 кПа приводит к снижению износостойкости в среднем на 22,6 $ при обработке березы и на 39,2 $ при обработке древесностружечной плиты. Увеличение скорости резания от 20 до 30 м/с приводит к повышению износостойкости лент в среднем на 19,8 $ при обработке березы и на 9,5 $ при обработке древесностружечной плиты. Осцилляция существенного влияния на износостойкость шлифовальных лент не оказывает.

4. Потеря шлифовальной лентой режущей способности происходит вследствие ее затупления путем вырывания зерен из связки и засаливания абразивной поверхности шкурки отходами шлифования. Засаливание является главным, ограничивающим износостойкость лент видом затупления инструмента и вызывается адгезией шлифовальной пыли к шкурке и механическим защемлением отходов шлифования в межзерновом пространстве.

5. Адгезия шлифовальной пыли к шкурке в значительной мере зависит от температуры в зоне шлифования. При повышении температуры от 20 до Ю0°С силы адгезии возрастают на 20%. В данном диапазоне температур прочность контактов частиц пыли и шкурки обусловлена молекулярными силами сцепления. При повышении температуры от 100 до 200 °C силы адгезии возрастают в 3,1 раза. В данном диапазоне температур происходит спекание частиц пыли и связки с образованием прочных контактов между ними.

6. Механизм засаливания по поверхности шлифовальной ленты различен, что вызвано неравномерным нагревом участков ленты. Вокруг активных зерен, где температура достигает 160 — 200 °C, происходит спекание пыли и связки с образованием наростов шлифовальной пыли. В остальной части поверхности шкурки, где средняя температура достигает 50 — 70 °C, удерживание частиц пыли происходит за счет прилипания их к связке и механического защемления отходов шлифования между близкостоящими зернами и зацепления их за неровности поверхности зерен.

7. За время обращения шлифовальной ленты на шкивах происходит ее охлаждение до температуры окружающей среда, вследствие чего засаливание ленты происходит в большей степени путем прилипания частиц и их механического защемления, чем путем спекания частиц.

8. Наибольшее количество отходов шлифования остается в межзерновом пространстве в начальный период работы шлифовальной ленты, что обусловлено максимумом производительности шлифования, приходящимся на этот этап.

9. Одним из видов затупления шлифовальных лент является вырывание абразивных зерен из связки. Причины вырывания зерен из связки следующие: недостаточная для прочной заделки площадь контакта зерна и связки, размягчение связки в результате повышения температуры. В первую минуту шлифования теряется до 70 $ зерен от общего количества выпавших, в дальнейшем процесс стабилизируется.

10. С увеличением объема межзернового пространства увеличивается время, необходимое для засаливания шлифовальной ленты до определенного уровня, при котором происходит потеря ею режущей способности.

11. Для повышения износостойкости шлифовальных лент необходимо увеличивать объем межзернового пространства и уменьшать объем остающейся в этом пространстве стружки. Изменением режимов шлифования нельзя добиться значительного повышения износостойкости без изменения заданной производительности шлифования.

12. Повышения износостойкости шлифовальных лент можно достичь либо путем нанесения зерен на основу с размещением их на ней по специальной схеме, что позволит увеличить объем межзернового пространства, либо путем перфорирования лент, чем создается дополнительное пространство для размещения отходов шлифования и обеспечивается затягивание шлифовальной пыли в отверстия и тем самым снижение засаливания.

13. При нанесении зерен на основу с размещением по специальной схеме их следует располагать рядами шириной 1−2 размера зерна, перпендикулярно направлению движения ленты. Расстояние между рядами 10 — 20 размеров зерна. При этом производительность шлифования повышается на 20%, износостойкость шлифовальных лентна 25 — 30%.

14. При изготовлении перфорированных шлифовальных лент зернистости Я диаметр отверстий перфорации должен выбираться в диапазоне ?/ = (0,35 — 0,45), мминтервалы между отверстиями должны быть одинаковы во взаимоперпендикулярных направлениях в целях обеспечения прочности лент и равны диаметру отверстия.

15. Наилучшие результаты получены при шлифовании лентой с перфорацией, нанесенной в шахматном порядке. Количество отверстий в ряду должно быть таким, чтобы сечение ленты уменьшалось не более, чем на 40 $.

16. Перфорирование шлифовальных лент обеспечивает повышение их износостойкости в 2−3 раза без снижения производительности шлифования. Технико-экономический эффект от применения таких лент составляет в среднем 7,378 тыс. руб. на I млн.руб. выпуска мебели.