Секция: Техника и инженерные науки |
Гимназия 21, г. Электросталь |
Москов. обл. г. Электросталь, пр. Южный, д.7 |
тел.:(496); E-mail: *****@***ru |
Влияние условий эксплуатации на износостойкость куттерных ножей из стали 40Х13 |
Солодихина Нина |
Класс:11 |
Москов. обл., , к.3, кв.46 |
тел.:(496); E-mail: *****@***ru |
Научный руководитель: , к. т.н., профессор кафедры металлургии ЭПИ МИСиС, филиал НИТУ МИСиС |
Одним из важнейших процессов в мясоперерабатывающем производстве является измельчение мяса в куттерах. Качественное резание сырья осуществляется при линейной скорости ножа 
[1]. Исследование парметров (размеры ножа и максимальное число оборотов ножевого вала) большинства куттеров показало, что такая скорость достигается только в нижней части ножа. Но увеличение скорости оборота ножевого вала так, чтобы свыше 60% точек ножа имели скорость , вызывает резкое увеличение случаев аварийного разрушения ножей.
Для обеспечения стойкости ножей предлагается применять технологию послойной закалки, дифференцирующую твердость металла [2],[3]; использовать только холодную заточку [4]; регулярно осуществлять процедуру "снятия внутреннего напряжения материала" и проверять на наличие микротрещин [4]. Но выполнение всех этих условий не предотвращает аварийного разрушение ножей.
Заводом-изготовителем куттерных ножей для исследования был представлен металл как полностью отработавших эксплутационный срок, так и претерпевших аварийное разрушение ножей.
Проблема, поставленная в исследовании, заключается в теоретическом выявлении причин разрушения ножей и создании рекомендаций по повышению их износостойкости в усложненном режиме эксплуатации.
Цель исследования:
1) выявление причин аварийного разрушения куттерных ножей;
2) создание рекомендаций по сохранению износостойкости ножей при увеличении их скорости вращения.
Объект исследования: процесс куттерования.
Гипотеза исследования: износостойкость куттерных ножей не изменится при усложнении режима эксплуатации, если
1) изменить форму заточки;
2) ужесточить требования к состоянию поверхности листовых заготовок.
Задачи исследования:
1) провести макро - и микроструктурный анализ металла ножей;
2) оценить силы, действующие на нож при куттеровании;
4) определить способы увеличения выносливости металла заготовок ножей.
Методы исследования: микроструктурный анализ сегментов ножей (металлографический микроскоп), измерение твердости металла (прибор Роквелла), макроструктурный анализ поверхности ножа (визуально после шлифовки и травления), сравнение полученных результатов с технической документацией, анализ.
База исследования: Электростальский политехнический институт (филиал НИТУ «Московский институт стали и сплавов»).
Основные результаты: по виду поверхности разрушения ножа сделано предположение об усталостном характере разрушения из-за циклической нагрузки в процессе резания из-за неоднородности рабочей среды (время 
). Изучение металла ножей выявило ряд дефектов: грубую карбидную строчечность, наличие в ряде случаев карбидной сетки, мелкие каверны от вдавленных в поверхность частиц окалины. Линия разлома вблизи места закрепления указывает, что разрушающая сила сосредоточена у конца ножа [5]. Действительно, односторонняя заточка ножа при толщине 6-8 мм создает изгибающий момент, нормальный к его плоскости. Оценочно сила 
где 
количество отрезков в ломанной линии кромки ножа, 
площадь заточки, соответствующая отрезку ломанной, 
угол заточки. Дополнительный изгибающий момент вносит сила давления фарша при вращении чаши на среднюю и нижнюю части ножа 
сонаправленная 
, где 
площадь контакта ножа с фаршем. Если заточку сделать двусторонней с углами 
и 
то появится сила 
аналогичная 
. 
так как при 
снижается качество измельчения и резко увеличивается скорость нагрева фарша, при 
снижается стойкость режущей кромки ножа [1]. и 
подбираются так, чтобы 
. Останется нескомпенсированной сила 
Отметим, что при линейной скорости ножа 
по [6] мы имеем дело с ударным воздействием лезвия на продукт и по [5] вычисления следует производить по закону сохранения энергии. Получаем, что большая часть кинетической энергии переходит в тепловую (рассчитывается по методике, указанной в [7]), а деформирующие напряжения практически полностью гасятся из-за уменьшения твердости ножа от лезвия к основанию. Для устранения дефектов металла при проведении термообработки заготовки рекомендуется строго соблюдать температурный режим (размещать контрольную термопару на изделии).
Практическая значимость: увеличение износостойкости куттерных ножей приводит к значительному экономическому эффекту, так как разрушение ножа до окончания срока эксплуатации 1) требует закупки нового комплекта ножей; 2) вызывает простой куттера, производительность которого свыше 
3) часто вызывает повреждение куттера (куттер с чашей емкостью от 
стоит несколько млн. руб.); 4) делает фарш не пригодным для дальнейшей обработки вследствие попадания осколков металла (объем мяса занимает до 80% объема чаши куттера).
Апробация: доклад на 45-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь XXI века – будущее российской науки», ЭПИ МИСиС, 2011
Дальнейшие направления исследования: изучить износостойкость куттерных ножей при 1) изменении типа стали на более пластичную; 2) использовании газотермического или высокоскоростного газопламенного напыления; исследовать возможность использования такого металла в пищевом производстве и просчитать экономический эффект; 3) наличии отверстий на поверхности ножа.
Литература:
1. Электронный ресурс. http://www. *****/index. php? a=881
2. Электронный ресурс. http://www. *****/catalog/meat/250.html
3. Электронный ресурс. http://www. *****/index. php? target=products&product_id=365
4. Электронный ресурс. http://www. *****/article_8.html
5. Сопротивление материалов. Электронный учебный курс для студентов. http://www. *****/izgib. htm
6. Кузьмин процесса резания мясного сырья на основе математического моделирования формы режущих инструментов. Дис. к. т.н. 05.18.12 С-Петербург, 2008
7. Пояснительная записка к курсовому проекту по предмету "Машины и аппараты" Севастюк ресурс. http://www. *****/referat-206958.html
