Черных Д. И., аспирант., Скобло Т. С., д.т.н., проф., Науменко А. А., к.т.н., доц., Харьяков А. В., к.т.н., доц. (Харьковский национальний технический университет сельского хозяйства им. П. Василенко);Гаркуша И. Е., д.ф.-мат. наук., Бирка О. В., инженер, Бандура А. Н., инженер

(Харьковский Физико-Технический институт. Институт физики и плазмы);

ПЛАЗМЕННОЕ УПРОЧНЕНИЕ НОЖЕЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ САХАРНОЙ СВЁКЛЫ

От износостойкости деталей свеклосахарного производства зависит не только их долговечность и стоимость ремонта, но и эксплуатационная надежность - фактор, который для предприятий пищевой промышленности является одним из самых главных, поскольку нарушение ритмичности в их работе приводит к потерям как от порчи продуктов, так и от простоя оборудования.

Целью данных исследований является выяснение преимуществ технологии упрочнения плазменным методом ножей для производства сахарной свеклы.

Задачей данного этапа работы является статистический анализ повреждаемости ножей для резания сахарной свёклы, а также оценка преимуществ их упрочнения плазменным методом.

Прежде чем выбрать способ упрочнения ножей, необходимо оценить их стойкость в условиях эксплуатации, проанализировать характер повреждаемости и износа. Износ ножей, отобранных в различный период эксплуатации, оценивали на нескольких сахарных заводах Харьковской области.

Как показал статистический анализ, для 90% всей выборки отмечается неравномерный износ по длине ножа, при этом в пределах 1-5 мм изменяется износ рабочей части [1].

В процессе эксплуатации основными дефектами ножей являются: сколы в концевых частях, изменение формы всего ножа, потеря формы, нарушение формы режущей кромки путём её смятия, коррозия рабочей поверхности, разрушения, скалывания. Также выявлены единичные трещины, вмятины на поверхности, деформация всего ножа. Последние рассмотренные дефекты связаны с попаданием инородных тел (земля, камушки) при переработке сахарной свеклы [1].

В таблице 1 приведены результаты статистического исследования повреждаемости ножей.

Таблица 1. Статистический анализ повреждаемости ножей

№ п.п.	Высота, мм		Условный номер зуба, характер повреждения
	I край	II край
1	43	48	1- Интенсивный неравномерный износ с потерей формы по длине ножа 18 – потеря формы 21 – потеря формы Скол концевых зубьев Незначительный налёт
2	47	47	1 – Интенсивный износ с затуплением режущей кромки Скол концевых зубьев Практически нет налёта
3	45	43	Интенсивный износ с потерей формы всех зубьев
4	42	42	Равномерный износ всех зубъев Скол правого концевого зуба
5	47	45	1 – Интенсивный неравномерный износ по длине ножа 5,6 – потеря формы 9-10 – трещина Износ левой стороны всех зубъев Скол концевых зубьев Незначительный налёт
6	44	43	1,21 - Интенсивный износ режущей кромки с потерей формы Износ левой стороны всех зубъев
7	49	49	1 – Изогнут Равномерный износ всех зубъев Скол концевых рёбер
8	43	44	1- Изгиб ножа Износ левой стороны всех зубъев Скол концевых рёбер
9	43	44	1 – Износ
10	46	47	1- Износ 15-17 – Сильная деформация Скол концевых зубьев
11	40	42	Смятие режущей кромки всех зубьев
12	43	43	Интенсивеный износ левой стороны всех зубьев
13	45	46	15 – Отсутствует острие зуба 14,20 - износ левой стороны зубъев
14	46	46	9,10-11,12 – смятие режущих кромок зубьев, вмятины на поверхности
15	47	47	1,7,8,19,20 – скол острия зубьев, вмятины на поверхности

Анализ не выявил преимущественной систематической повреждаемости отдельных зон, поэтому при разработке упрочняющей обработки ножей их следует подвергать упрочнению по всей рабочей поверхности [1].

Проведенные исследования показали, что при плазменной обработке можно обеспечить поверхностное упрочнение на глубину 10-70 мкм, т.е. создать такие условия, когда будет обеспечено самозатачивание инструмента при эксплуатации и продление срока его службы в 4-12 раз за счет удлинения периода работы до перезаточки. При быстром разогреве упрочняемого слоя осуществляется плавный переход к основному металлу. На упрочняемой поверхности формируется слой, который по свойствам приближается к квазиаморфному состоянию.

Упрочнение таким методом проводили по двум установкам каждого ножа. При этом осуществляли сканирование с каждой стороны по всей поверхности зубьев (до их основания).

В отличие от традиционных способов (закалка и отжиг сталей, ударно-волновое нагружение и т.д.) воздействие концентрированных потоков плазмы включает комбинацию радиационных, тепловых и механических эффектов, связанную с особенностями трансформации и аккумуляции поглощенной энергии при плазменном облучении [2].

Методом микротвёрдости оценена степень упрочнения плазменной обработкой, при этом полученные данные сопоставляли с образцами, которые прошли эксплуатацию. Установлено, что со стороны поступления сахарной свёклы нож несколько упрочняется и достигает Н-50-146-362 (среднее значение Н-50-257). С нерабочей стороны микротвёрдость ниже и составляет Н-50-148-185 (среднее значение Н-50-177). Упрочнение позволяет существенно повысить уровень микротвёрдости по сравнению с исходной до Н-50-467-448 (среднее значение Н-50-458).

По сравнению с другими методами импульсная плазменная обработка имеет ряд преимуществ. К ним можно отнести: гораздо более низкие энерго - и временные затраты; простоту обработки (нет необходимости в дополнительной обработке); одновременное сочетание нескольких процессов (азотирование (легирование), закалка и др.); возможность упрочнения практически любых сталей и сплавов без ограничений и без дополнительного легирования.

Выполненные исследования показали, что в процессе эксплуатации имеет место некоторое (на ~30%) дополнительное упрочнение ножей, изготовленных из стали У9. Упрочняющая обработка повышает микротвёрдость рабочей поверхности примерно в два раза. Также в процессе исследования выяснилось, что эффективным может быть упрочнение плазменным методом всей поверхности ножей [3].

Список литературы

1. Черных Д. И., Скобло Т. С., Науменко А. А., Харьяков А. В. Статистический анализ износа ножей для дробления сахарной свёклы. //Материалы XIII Международной научно-производственной конференции (19-22 мая 2009 года). Белгород, 2009.

2. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. М., Наука, 2007. Том IX-3. Радиационная плазмодинамика. C. 442

3. Черных Д. И., Скобло Т. С., Науменко А. А., Харьяков А. В., Гаркуша И.Е., Бирка О.В., Бандура А.Н., Олейник А.К. Анализ методов упрочнения ножей для переработки сахарной свеклы //Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенка. Випуск 81. «Технічний сервіс в АПК, Техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні», Харків, 2009. C. 13-17.

Аннотация

Плазменноге упрочнение ножей для производства сахарной свёклы

В статье рассмотрены основные виды повреждаемости ножей при обработке сахарной свеклы и сделан статистический анализ их износа. Указаны преимущества плазменного упрочнения ножей для обработки сахарной свеклы.

Annotation

Plasma Hardening Blades for Cutting Sugar Beet

The article describes the main types of damage to blades for processing sugar beets and a statistical analysis of their wear are made. These advantages of plasma hardening of knives for processing sugar beets.

Анотація

Плазмове зміцнення ножів для різання цукрового буряку

У статті розглянуті основні види пошкоджуваності ножів при обробці цукрового буряка і зроблено статистичний аналіз їх зносу. Вказані переваги плазмового зміцнення ножів для обробки цукрового буряка.