ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

В настоящее время мировая промышленность выпускает свыше 600 видов бумаги и картона, обладающих разнообразными свойствами. При этом одной из основных производственных проблем является повышение износостойкости инструмента и увеличение срока его службы. Замена изношенных деталей означает потери времени и снижение производительности линий.

На сегодняшний день работоспособность бумагорезательного инструмента измеряется несколькими сутками. В отдельных случаях его стойкость считается хорошей при 25-30 часах работы. Это характерно для ножей стопорезок, режущая кромка которых работает в условиях интенсивного абразивного износа и при больших нагрузках. В среднем срок службы ножей составляет 100 суток. При обработке гофрированного картона работоспособность снижается до 15-16 суток. Повышенный износ обусловлен прежде всего высокими абразивными свойствами бумажной продукции, а также условиями эксплуатации.

Для изготовления бумагорезательного инструмента используются материалы, относящиеся в основном к высокоуглеродистым заэвтектоидным сталям. Максимальное содержание углерода в ножах - 1,2-1,25%. Основным легирующим элементом является хром. Его содержание колеблется в пределах 0,1-1,5%. Помимо хрома, в сталях встречается вольфрам, содержание его - в пределах 0,2-1,22% и ванадий в количестве 0,15%. Наибольшей стойкостью обладает инструмент, изготовленный из стали: ХГ, 9ХВГ, Х12М, Р18, ШХ15, ХВГ. За рубежом широко применяются стали N2067, N2201, N3318. Режимами термической обработки достигается твердость НКС _Э 54-59. В микроструктуре ножей наряду с мартенситом присутствуют избыточные карбиды. Наличие карбидной фазы способствует увеличению стойкости сталей.

Существенному повышению износостойкости способствует обработка их низкими температурами. Твердость после закалки составляет НКС _Э 60-62.

При потере инструментом работоспособности наблюдаются две разновидности износа: с образованием фаски и с выкрашиванием режущей кромки. При микроструктуре с равномерно распределенными карбидами - наименьший процент выкрашивания, он увеличивается при микроструктуре с распределением карбидов по строчке, с карбидами, частично ориентированными по сетке и со сплошной сеткой карбидов. С уменьшением легированности выкрашивание режущих кромок снижается и соответственно растет количество затуплений с образованием фасок. Это объясняется уменьшением объема карбидной фазы.

Процесс резки бумаги и картона протекает с большой скоростью: 120-1000 м/мин. На таких скоростях происходит разогревание поверхностного слоя инструмента, что в сочетании с некоторыми ударными нагрузками приводит к потере им работоспособности. При работе бумагорезательный инструмент может контактировать с опорной поверхностью и друг с другом. Разрезание механизмами, вращающимися в плоскости резания, осуществляется по принципу дисковых ножниц. При этом интенсивно изнашиваются задние поверхности ножей в результате трения друг о друга. Образуется расширяющаяся фаска износа, что приводит к ухудшению качества реза.

При повышении работоспособности материалы бумагорезательных инструментов должны обладать высокими механическими свойствами, высокой прокаливаемостью, способствующей получению однородных механических свойств по всему сечению, и удовлетворительной теплопроводностью.

Снижения износа можно достичь путем нанесения износостойких покрытий. Для их получения часто используется электролитическое осаждение сплавов никеля с другими металлами. Так, осаждение твердого пористого слоя сплава никеля с кобальтом при последующем расширении пор и пропитке их фторопластом снижает коэффициент трения до 0,05. Однако после переточки инструмента с таким покрытием происходит ухудшение качества реза, что является следствием разрушения стенок пор наносимого слоя сплава. Это обусловлено многоосностью в ориентации кристаллов осаждаемого материала, отсутствием в них преимущественной ориентации плоскостей скольжения (кристаллографических направлений деформации), при которой механические свойства покрытия оказываются статически изотропными, а также образованием остаточных напряжений растяжения.

В связи с вышеизложенными факторами разработана структура покрытия с многозональной дифференцированной сопротивляемостью эксплуатационному нагружению, повышенной адгезионной способностью и формированием остаточных напряжений сжатия и способ получения покрытия на металлических поверхностях путем послойного гальванического осаждения материала покрытия, в магнитном поле с использованием магнитовосприимчивых металлов с кристаллической решеткой, обеспечивающей получение заданных механических свойств покрытия. Направленное ориентирование кристаллов обеспечивается управляемым магнитным полем благодаря свойству магнитной восприимчивости и магнитной анизотропии ферромагнитных и парамагнитных компонентов, включенных в состав покрытия. Таким образом, можно получить текстуру, ориентированную в каждом зональном ряду на сопротивляемость конкретному виду нагружения, зависящему от комплексов условий эксплуатационного (внешнего) воздействия, и определяемую видом деформации в функции глубины механической (тепловой) активации материала покрытия.

Снизить трение можно при внесении в структуру покрытия полимерных материалов. Некоторые из них, например, фторопласт, обладают уникальными антифрикционными свойствами, их стоимость сравнительно невысока, что является положительным фактором при выборе таких материалов.

Внедрение данной разработки позволяет значительно снизить непроизводственные простои и увеличить производительность линий при повышении износостойкости бумагорезательного инструмента.