Metallide kasutamine puidutööstuses (0)

Haridus – ja Teadusministeerium
Võrumaa Kutsehariduskeskus
Puidutöötlemise tehnoloogia
Pto-07
Metallide tehnoloogia
Iseseisev töö nr.1
Metallide kasutamine puidutööstuses
Koostaja: Tõnu Tomson
Juhendaja : Aivar Kalnapenkis
Väimela 2008

Sissejuhatus

Metalli kasutatakse puidutööstuses väga paljudel eesmärkidel. Põhilisteks kasutuskohtadeks on puidulõikeriistad, puidutöötlemisseadmete tootmises, mööbli furnituurides. Antud referaadis pööran põhitähelepanu puidulõikeriistades kasutatavatele metallidele. Puidulõikeriistade materjalile esitatakse järgmisi põhilisi nõudeid:
lõikevõime
 kulumiskindlus madalatel ja kõrgetel temperatuuridel
tugevus (nii lõikeriistal kui ka lõikeserval)
töödeldavus kuumutatult ja külmalt
Kaasaegne puidulõikeriist töötab suurtel lõikekiirustel ja perioodilise löökkoormusega, seetõttu
peab see olema plastiline. Kõrgendatud plastilisus on vajalik hammaste räsamisel ja paksendamisel, samuti nende stantsimisel. Puidu lõikamisel on lõiketsoonis kõrge temperatuur (600…800º C), lõikeriista pinnakihid kokkupuutes puiduga kuluvad kiiresti, vajalik on lõikeriista materjali suur temperatuurikindlus . Liimitud puitmaterjalide (vineer, PLP, PKP, MDF-plaat) lõikamisel on vajalik suure kõvadusega lõikeriist, kuna liimiosakesed on suure abrasiivse toimega. Lisaks sellele on puit orgaaniline materjal, orgaaniliste hapete olemasolu nõuab lõikeriista materjalilt vastupidavust keemilisele ja elektrokeemilisele korrosioonile. Kaasaegne puidulõikeriist töötab suurtel lõikekiirustel ja perioodilise löökkoormusega, seetõttu peab see olema plastiline. Kõrgendatud plastilisus on vajalik hammaste räsamisel japaksendamisel, samuti nende stantsimisel. Puidu lõikamisel on lõiketsoonis kõrge temperatuur (600…800º C), lõikeriista pinnakihid kokkupuutes puiduga kuluvad kiiresti, vajalik on lõikeriista materjali suur
temperatuurikindlus. Liimitud puitmaterjalide (vineer, PLP, PKP, MDF-plaat) lõikamisel on vajalik suure kõvadusega lõikeriist, kuna liimiosakesed on suure abrasiivse toimega. Lisaks sellele on puit orgaaniline materjal, orgaaniliste hapete olemasolu nõuab lõikeriista materjalilt vastupidavust keemilisele ja elektrokeemilisele korrosioonile.

Süsinikterased

Süsinikteras on raua ja süsiniku sulam , kus süsinikusisaldus on piires
0,7%…1,3%. Süsinik on terase põhiline lisand, see annab terasele karastumisvõime ja määrab
füüsikalis-mehaanilised omadused. Süsinikusisalduse tõusuga terases suureneb selle kõvadus, kulumiskindlus, kuid väheneb löögisitkus. Peale nende sisaldab süsinikteras räni (kuni 0,4%), mangaani (kuni 0,8%), väävlit (kuni 0,06%) ja fosforit (kuni 0,07%). Mangaan Mn ja räni Si on kasulikud lisandid, mis suurendavad terase kõvadust, tugevust ja jäikust, kuid vähendavad samaaegselt terase plastilisust.
Väävel ja fosfor on terasele kahjulikud lisandid. Väävel muudab kuuma terase hapraks, fosfor aga külma terase hapraks. Fosfor vähendab terase sitkust ja tugevust. Väävel vähendab lisaks terase sepistatavust. Seetõttu peab nende lisandite sisaldus olema minimaalne. NL kasutatav tähis oli Y, Y8 tähendab terast, mille süsinikusisaldus on 0,8%, Y8A tähistab parendatud omadustega terast: sellel on vähendatud kahjulike lisandite fosfori ja väävli sisaldust. Mõningaid muid süsinikteraste marke : W1 (USA), XC80 (Prantsusmaa), C80W1 (Saksamaa), SK6 (Jaapan).
Süsinikteraseid kasutatakse mitmete lõikeriistade valmistamiseks. Lõikeriista lõikeomadused säilivad temperatuurideni kuni 200…250º C, neil on väikene kuumakindlus. Neid kasutatakse pehme puidu lõikamisel väikestel lõikekiirustel ja käsilõikeriistadel. Süsinikteraseid kasutatakse kitsaste lintsaagide valmistamiseks.

Legeeritud süsinikterased

Legeeritud terasteks nimetatakse teraseid, mis sisaldavad legeerivaid elemente: kroomi , volframi , niklit, koobaltit, molübdeeni jt. Legeerivad elemendid avaldavad te­ rase omadustele märgatavat mõju. Legeerivad elemendid moodustavad terases leiduvate lisandi­tega ja ka omavahel karbiide, millel on suur kõvadus, tugevus, kulumis-ja temperatuurikindlus. Tähtsamad terase legeerivad elemendid on järgmised:
Kroom on tähtsaim legeeriv element, tõstab terase kõvadust ja kulumiskindlust. Moodustuvad kar­biidid parandavad terase lõikeomadusi. Nagu süsinikki alandab kroom terase plastilisust, seetõttu on saeterastes kroomisisaldus väiksem kui 1%, freeside ja nugade terastes sisaldub kroomi aga kuni 12%.
Volfram tõstab juba väikestes kogustes terase kõvadust ja tugevust ilma plastilisust vähendamata, tekitab terases peeneteralise struktuuri ja parandab lõikeriista lõikeomadusi. Volfram kui raskelt ­sulav metall ( sulamistemperatuur 3410º) muudab terase kuumuskindlamaks. Volfram on kallis metall ja tema kogus vähelegeeritud terastes kõigub piires 1…2%.
Vanaadium on üks parimaid terase legeerivaid elemente, mis tõstab terase tugevust, jäikust, kõ­vadust ja plastilisust. Vanaadium muudab struktuuri peeneteraliseks, tema sisaldus terases ei ületa tavaliselt 0,3%. Vanaadium tõstab ka terase kuumuskindlust.
Molübdeen suurendab juba väikestes kogustes terase kõvadust ja plastilisust, ta on samaväärne va­naadiumi ja volframi asendaja . Analoogselt volframiga on molübdeenil kõrge sulamistemperatuur (2620º C), terase kuumuskindluse tõstmiseks võib seda võrreldes volframiga 2x vähem sisse viia. Molübdeeni mõjul tekib terasel negatiivne omadus kalduvus süsiniku väljapõlemisele pinnakihist.
Koobalt suurendab terase plastilisust, kulumiskindlust ja lõikeomadusi (eelkõige kuumuskindlust). Samas suureneb terase haprus . Koobaltterased on tundlikud termilisel töötlemisel ülekuumutami­sele.
Nikkel tõstab terase plastilisust ja sitkust vähendades samaaegselt kõvadust. 2% niklilisand on ko­hustuslik lintsaeterastest, kus saetee laiendamiseks kasutatakse hammaste paksendamist.

Kiirlõiketerased

Terase lõikeomaduste parandamiseks viiakse legeeriva elemendina sisse suures koguses volframi (6%…18%). Viimasel ajal valmistatakse puidulõikeriistu ka nn poolkuumuskindlatest terastest, kus lisaks väik­semale volframi hulgale on suur kroomi sisaldus. Põhiline omadus on suur kõvadus, mille tõttu suureneb ka kulumiskindlus. Kiirlõiketeraste head omadused avalduvad alles peale termilist töötlemist ( karastamine jne). Üld­levinud tähis lõikeriista markeeringus on HSS (high speed steel ), NL-s olid kasutusel margid P9, P18, P6M5 (P tähele järgnev number tähistab volframisisaldust protsentides).
Mõningate tööriistaterade koosseis:
Lõikeriista tüüp
Süsinik
Räni
Mangaan
Kroom
Volfram
Vanaadium
Molübdeen
Nikkel
Koobalt
Lintsaed s1,1 mm
0,75
0,20
0,35
2,0
Raamsaed
0,75
0,20
0,35
2,0
Raamsaed
0,72
0,24
0,75
Ketassaed
0,85
0,25
0,45
0,6
0,2
Ketassaed
0,75
0,20
0,35
2,0
Raiemasina noad
0,50
1,0
8,0
1,2
0,25
1,3
Freesmasina noad
0,70
4,0
7,5
1,8
4,5
Freesid
1,65
12,0
0,5
0,1
0,6
Freesid
0,88
4,40
6,50
1,9
5,0
Kõvasulamsaagide korpused
0,60
0,80
0,51
0,12
0,05

Kõvasulamid

Kõvasulamite tähistatakse rahvusvaheliselt HM. Kõvasulamid kujutavad endast raskeltsulavaid, kõrgendatud kõvadusega kulumiskindlaid materjale. Kõvasulameid jaotatakse metallkeraamilisteks ja valatavateks. Valatavatest kõvasulamitest on kõige rohkem kasutusel stelliit . Stelliidi kasutamine on viimasel ajal järjest suurenenud. Stelliit koosneb 60% koobaldist, 30% kroomist ja 10% mitmetest lisandi­test, millest põhiline on volfram. Stelliidil on suhteliselt väikene kõvadus HRC40…45, kuid see kõvadus säilub temperatuuril kuni 650º C.
Valatavatest kõvasulamitest on kõige rohkem kasutusel stelliit. Stelliit koosneb 60% koobaldist, 30% kroomist ja 10% mitmetest lisanditest, millest põhiline on volfram. Stelliidil on suhteliselt väikene kõvadus HRC40…45, kuid see kõvadus säilub temperatuuril kuni 650º C.
Metallkeraamilised kõvasulamid saadakse pulbermetallurgia meetoditega volframkarbiidi (WC) ja sideaine (Co) pressimisega vormi ja sellele järgneva paagutamisega kaitsekeskkonnas (vesinikgaas).

Sünteetiline teemant

Tehisteemante saadakse süsinikust ülikõrgel rõhul (104 MPa) ja kõrgel tem­peratuuril (1200…2000º C) katalüsaatorite juuresolekul. Tähis lõikeriista markeeringus on DIA. . Süntee­tilisest teemandist lõikeriistad on väga kallid, seetõttu kasutatakse neid puidutööstuses kõrgtootli­kes saagimismasinates või CNC töötlemiskeskustes ja kips-ja tsement -puitlaastplaatide lõikami­sel. Sünteetilisest teemandist lõikeriistad on 100…200 x suurema püsivusajaga kui kõvasulamist lõikeriistad

Keraamilised materjalid

Käesolevaks ajaks on metallitöötlemisel keraamilised materjalid asenda­nud 40% kõvasulamitest, kuid puidutöötlemisel on keraamiliste materjalide kasutuselevõtt toimu­nud alles 21. sajandil. . Keraamilised saed lõikavad väikese müraga (müratase on väiksem 15 dB võrra võrreldes kõvasulamsaagidega). Saed kuume­nevad märgatavalt vähem kui kõvasulamist saed. Keraamilised saed lõikavad paremini suuremal lõikekiirusel kui kõvasulamsaed (2x suurem lõikekiirus). Samas võib tõsta ka 2x etteandekiirust, tootlikkuse tõus on 4 kordne.

Freudi saekettad

Kõvasulam

Freud on puidulõikeinstrumentide tarvis välja töötanud spetsiaalsed kõvasulami tüübid, mida valmistatakse Freud’i oma tehastes . Lisades kõvasulamile titaani, on pikenenud hammaste eluiga ja paranenud vastupanuvõime keemilistele ainetele, mis sisalduvad vaigus või liimides. Kasutades erakordselt peenikest pulbrit (mikrograanuleid), saavutatakse väga kompaktne kõvasulam, mis vähendab lõikeservade abrasiivsust ja seega parandab lõikekvaliteeti ja sae eluiga.

Kõvasulami tüübid

Erinevate astmetega kõvasulamid on kasutusel sõltuvalt materjalist ja rakendustest .
H10S: Spetsiaalselt väljatöötatud kõvasulam kasutamiseks mitmeotstarbelistel saeketastel. Suurendatud löögitugevusega, sobilik kõikidele materjalidele.
H00S: Mikroteraline struktuur, suurema elastsusega kui H00K, kasutatakse universaalsetel saeketastel, abrasiivsete materjalide korral.
H00K: Maksimaalne tugevus mikroteralises struktuuris annab kõrge kulumiskindluse. Kasutatakse formaatsaagedel.
H00X: Ülitugev kõvasulam, parim, mida kaasaegne tehnoloogia võimaldab

Kasutatud kirjandus

http://kaur.isg.ee/index.php?pg=40
http://www.kk.ttu.ee/puit/Puidumasinad/LoikeriistadI.pdf
http://www.hot.ee/thk13meh/Mat.html

Sisukord

Sissejuhatus 2
Süsinikterased 3
Legeeritud süsinikterased 3
Kiirlõiketerased 4
Kõvasulamid 5
Sünteetiline teemant 5
Keraamilised materjalid 5
Freudi saekettad 6
Kõvasulam 6
Kõvasulami tüübid 6
Kasutatud kirjandus 6
Sisukord 7
7