Поэтому проблемы снижения энергоёмкости и сведения к минимуму потерь питательной ценности кормов в процессе их измельчения являются весьма актуальными. Решение их позволит повысить эффективность животноводческого производства.

Преднамеренное разделение тела на более мелкие куски под действием подводимой к нему механической (или другой энергии) называется измельчением.

Процесс измельчения любого твердого и твердообразного тела осуществляется путем взаимодействия рабочего органа и измельчаемого сырья. При этом измельчение идет в несколько этапов. Вначале измельчаемый материал в месте контакта деформируется, а затем разрушается по ослабленным дефектами плоскостями либо по направлению наибольшей концентрации напряжений.

Таким образом, измельчение является процессом, в результате которого уменьшаются геометрические размеры измельчаемого материала и увеличиваются поверхности измельченных частей.

Основными факторами, от которых зависит энергоёмкость процесса измельчения кормов, являются: скорость резания, вид режущего инструмента и его расположение, геометрические параметры режущего инструмента, температура измельчаемого материала [3­–8].

1. Скорость резания.

Влияние скорости резания на энергоёмкость процесса – одна из основных закономерностей процесса измельчения кормов, причём под скоростью резания подразумевается скорость кромки лезвия ножа в данной точке в направлении резания.

По влиянию этого фактора на процесс резания кормов до настоящего времени нет единого мнения. Результаты исследований, приведённые в различных литературных источниках [1, 4, 9], очень противоречивые и часто не совпадают по своим значениям.

Так, ряд авторов считают и экспериментально доказывают, что с увеличением скорости резания удельная работа резания снижается. Другой ряд авторов придерживается противоположной точки зрения и считает, что при увеличении скорости резания удельная работа резания увеличивается и при скорости 27…28 м/с достигает максимума, а затем снижается.

2. Вид режущего инструмента.

В соответствии с характерными особенностями взаимодействия между режущим инструментом и материалом в теории резания выделяют – резание пуансоном, резцом и лезвием [2, 5].

Основным различием между видами резания является то, что при резании резцом разделение происходит впереди кромки, образованной гранями резца, в зоне опережающей трещины, тогда как при резании лезвием опережающая трещина может иметь место только в особых случаях, а новая поверхность образуется в зоне непосредственного контакта режущей кромки с материалом. Образование новой поверхности материала в случае воздействия пуансона и резца происходит вследствие возникновения внутренних касательных напряжений, тогда как в процессе резания лезвием указанная поверхность образуется под непосредственным давлением кромки лезвия.

Каждый из перечисленных видов резания наиболее эффективен для определенных групп материалов.

Значительно влияют на энергоёмкость процесса резания геометрические параметры режущего инструмента, такие как: угол заточки, угол скольжения, толщина режущего инструмента, зазор между кромками лезвий режущей пары.

3. Угол заточки.

Под углом заточки подразумевается угол, образованный фасками лезвия у его режущей кромки, измеряемый в плоскости, перпендикулярной к кромке. Основой для выбора угла заточки ножей являются опытные данные. Установлено, что с увеличением угла заточки ножа удельная работа резания возрастает, а значит и энергоемкость процесса измельчения тоже возрастает [3, 7].

Таким образом, угол заточки ножа должен быть минимально возможным для конкретного вида измельчаемого сырья. Но при этом следует учитывать, что чем меньше угол заточки ножа, тем меньшую прочность и износостойкость он имеет. Поэтому оптимальный угол заточки ножа следует выбирать с учётом прочности и износостойкости лезвия. В современных режущих аппаратах угол заточки находится в пределах 12…22 º.

4. Угол скольжения.

Важным классификационным признаком процесса резания является угол скольжения ножей. Основоположник теории резания академик В. П. Горячкин выделил две разновидности резания лезвием: при помощи нормального перемещения режущего инструмента и при помощи перемещения его по двум взаимно перпендикулярным направлениям нормальному и касательному, которые в литературе отмечаются как статическое или нормальное резание (рубка) и скользящее резание (резка).

О влиянии угла скольжения на энергоемкость процесса измельчения имеются различные точки зрения. Некоторые авторы экспериментально доказывают, что с увеличением угла скольжения энергоемкость процесса измельчения возрастает, другие же опровергают это и экспериментально доказывают что понижается [10].

5. Толщина режущего инструмента.

Толщина ножа при тонкослойном резании, когда разрезанные части материала отделяются друг от друга без значительного углубления в него фасок лезвия, не имеет значения, так как основное разрушающее воздействие на материал оказывает кромка лезвия. При толстослойном же резании, когда отделение материала происходит вслед за полным углублением в него хотя бы фасок и, тем более, части граней ножа, толщина последнего приобретает существенное значение для процесса резания и, в частности, для его энергетики. Экспериментально установлено, что с увеличением толщины ножа увеличиваются усилие и работа резания [5, 6].

6. Зазор между кромками лезвий режущей пары.

В работах [7, 8] экспериментально установлено большое влияние зазора в режущей паре на энергетику процесса резания и его качество. При увеличении зазора в режущей паре удельная работа резания резко возрастает.

Таким образом, можно сделать вывод, что процесс измельчения кормов изучен недостаточно. Особенно остро стоит вопрос о влиянии на процесс резания лезвием ряда факторов, по которым до настоящего времени нет единого мнения – скорость резания, вид режущего инструмента, угол скольжения и температура измельчаемого материала.

В маркировке быстрорежущей стали буква Р означает, что сталь быстрорежущая, а следующая за буквой цифра – содержание средней массовой доли вольфрама в %. Могут быть такие легирующие элементы, как: М – молибден, Ф – ванадий, К – кобальт. Цифры, следующие за буквами, означают их среднюю массовую долю в %. Приведем пример расшифровки на примере стали Р6М5К5: Р6М5К5 – сталь инструментальная быстрорежущая с содержанием вольфрама 6%, молибдена 5%, кобальта 5%.

Рассматривая характеристики быстрорежущих сталей, следует отметить, что материал подобного типа специально создается для эксплуатации при высоком показателе трения, который возникает на момент резания. Состав быстрорежущей инструментальной стали существенно повышает твердость металла, за счет чего он может работать на повышенной скорости.

Быстрорежущие стали обладают высокой прочностью, могут успешно работать на большой глубине резания (сверла) и на высоких скоростях подач (резцы, сверла и др.) Характеристики быстрорежущей стали:

-     Теплостойкость. Теплостойкость быстрорезов составляет 600-650 градусов в зависимости от состава и обработки.

-     Твердость. Твердость быстрорезов – HRC 68-70. Стали быстрорежущих марок обладают даже меньшей твердостью по сравнению с обычными углеродистыми, если температура резания находится в нормальных пределах.

-     Скорость резания. Первые инструменты из быстрорежущей стали допускали скорость резания 18 м/мин, затем появились инструменты со скоростью резания 35 м/мин. В настоящее время существуют скорости резания 60 м/с и более.

-     Износостойкость. Данный параметр у быстрорежущих сталей в 3-5 раз выше, чем у углеродистых и легированных сталей.

-     Красностойкость. Данный параметр любого металла характеризует период времени, в течение которого инструмент, изготовленный из него, способен выдерживать высокую температуру, не теряя своих первоначальных характеристик. Быстрорежущие стали в качестве материала для изготовления режущего инструмента не имеют себе равных по данному параметру. Данный параметр у быстрорезов составляет приблизительно 4 часа.

Отдельное внимание стоит уделить горячей твердости, так как именно этот показатель в первую очередь и отличает быстрорежущую сталь от других сплавов. Это твердость, сохраняемая в горячем состоянии. Как известно, любой инструмент, используемый для выполнения обработки резанием, в процессе такой обработки интенсивно нагревается. В результате нагрева обычные инструментальные стали подвергаются отпуску, что в итоге приводит к снижению твердости инструмента. Такого не происходит, если для изготовления была использована быстрорежущая сталь, которая способна сохранять свою твердость даже при нагреве инструмента до 600 градусов. Что характерно, стали быстрорежущих марок, которые часто называют быстрорезами, обладают даже меньшей твердостью по сравнению с обычными углеродистыми, если температура резания находится в нормальных пределах, то есть в пределах 200 градусов.

Рассматривая применение износостойкого металла следует уделить внимание тому, что конкретный состав металла определяет его эксплуатационные качества. Инструмент, изготовленный из подобного металла, может выдерживать длительную эксплуатацию.

Область применения достаточно обширна. Рассмотрим область применения быстрорежущих сталей в зависимости от марки.

Таблица 1 – Область применения марок быстрорежущей стали

Из быстрорежущей стали могут изготавливаться различные инструменты, вид инструмента также зависит от марки стали. Рассмотрим назначение марок быстрорезов в таблице 2.

Таблица 2 – Назначение марок быстрорежущей стали

Таким образом, благодаря высокой красностойкости и горячей твердости быстрорежущие стали становятся незаменимым материалом для изготовления инструментов, работающих при высоких скоростях резания, таких, как резцы, сверла, фрезы и другие инструменты.