| ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЗАНИИ ДРЕВЕСИНЫ
Определение процесса резания. Механическая обработка, при которой обеспечивается получение необходимых деталей и изделий за счет изменения формы и размеров обрабатываемой древесины, осуществляется резанием, раскалыванием, давлением, дроблением. Резание получило преимущественное применение среди других методов механической обработки древесины.
Резанием древесины называется процесс, при котором разрушаются связи между частицами древесины в заданном направлении и часть обрабатываемого материала отделяется.
Цель процесса — получение из древесины деталей и изделий требуемой формы, размеров и качества.
Резание может происходить с образованием стружки, в которую превращается отделяемая резцом часть древесины, и без нее (например, при делении ножницами листов шпона).
Стружечное резание — один из основных методов механической обработки древесины. Другие ее методы, такие, как раскалывание и дробление, не обеспечивают заданной формы объектов обработки, поэтому применяются в основном либо на подготовительных операциях (раскалывание), либо при ударном дроблении древесины. Обработка давлением применяется редко в связи с малой пластичностью древесины.
Для резания древесины используют различные инструменты, основным элементом которых является резец в форме клина.
Геометрия резца. Под геометрией резца понимается характеристика его формы и расположения в пространстве. На рис. 1 клиновидный резец 1 отделяет от обрабатываемой заготовки 2 стружку 3 постоянной толщины ас, формируя поверхность резания 4. Толщина стружки ас
обычно больше толщины а срезаемого слоя, которая измеряется расстоянием между предыдущей и последующей поверхностями резания.
У резца можно выделить следующие основные элементы: переднюю поверхность, по которой сходит стружка; заднюю поверхность, обращенную в сторону поверхности резания 4, по которой происходит деление древесины; две боковые поверхности; главную режущую кромку, образованную пересечением передней и задней поверхностей; боковые режущие кромки, образованные пересечением передней и боковых поверхностей.
угол между задней поверхностью
Если ширина резца больше ширины обрабатываемого материала, то стружка отделяется главной режущей кромкой и передней поверхностью (открытое однолезвийное резание). Если ширина резца меньше ширины материала, в резании кроме главкой режущей кромки и передней поверхности участвуют также боковые режущие кромки и боковые поверхности резца (трехлезвийное закрытое резание). Помимо названных выше элементов у резца выделяют следующие угловые параметры: угол заострения β — угол между передней и задней поверхностями резца; угол резания δ — угол между передней поверхностью резца и поверхностью резания; передний угол γ - угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной поверхности резания и проходящей через главную режущую кромку резца; задний угол α —
резца и поверхностью резания.
От правильного выбора углов резца зависит процесс резания. При малой величине заднего угла а в результате трения задней поверхности резца по заготовке резец сильно нагревается, возрастают силы резания и ухудшается качество обработки поверхности резания, При малом переднем угле γ стружка сильно деформируется, что также сопровождается увеличением сил резания и ухудшением качества обработки поверхности резания.
Виды резания. По отношению к направлению волокон древесины различают три основных вида резания: вдоль волокон, в торец и поперек волокон.
Резание древесины вдоль волокон (рис. 2, а, б) происходит при движении резца в плоскости волокон вдоль их длины. Стружка получается либо в виде тонкой ленты, либо надламывается, разделяясь на элементы.
При резании древесины в торец (рис. 2, в) резец движется в плоскости, перпендикулярной направлению волокон, и перерезает последние. Стружка при этом виде резания скалывается на отдельные слабо связанные или несвязанные элементы.
Резание древесины поперек волокон (рис. 2, г) происходит при движении резца в плоскости волокон перпендикулярно их длине. Стружка разделяется на элементы, которые между собой связаны слабо.
В реальных процессах резания на станках преобладают переходные виды резания: продольно-торцовое, продольно-поперечное, поперечно-торцовое и продольно-поперечно-торцовое.
Скорости резания и подачи. Чтобы срезать стружку, резец должен переместиться относительно обрабатываемой древесины. Скорость движения главной режущей кромки резца в этом случае называется скоростью резания и обозначается буквой υ (м/с). При поступательном движении резца она определяется по формуле где L — путь, который проходит резец при срезании одной стружки, м; Т — время, в течение которого резец проходит путь L, с. При вращательном движении резца скорость резания равна
гдe D — диаметр режущего инструмента, мм; n - частота вращения режущего инструмента, мин -1.
Однако для резания одного рабочего движения резца недостаточно. Для срезания каждой новой стружки нужно установить резец в исходное положение относительно обрабатываемой древесины или древесину относительно резца. Скорость движения обрабатываемой древесины (или резца) в положение для срезания новых стружек называется скоростью подачи и обозначается буквой υs (м/мин).
Перемещение обрабатываемого материала за один проход (или оборот при вращательном движении) режущего инструмента называется подачей. Различают также подачу на резец Sz (мм). Подача на резец зависит от конструктивных возможностей станков, требуемой шероховатости обрабатываемой поверхности и мощности привода станков.
Скорость подачи устанавливается из условия обеспечения оптимальной (наиболее выгодной) величины подачи на резец. При обработке древесины вращающимися резцами она определяется по формуле
где Sz —
подача на резец, мм; z — число резцов, участвующих в резании; n — частота вращения режущего инструмента, мин -1.
Для круглопильных и ленточнопильных станков формула для установления величины скорости подачи будет иметь вид где t — шаг зубьев пилы, мм; υ — скорость резания, м/с.
Сила резания. Под силой резания понимают усилие, которое необходимо приложить к резцу для преодоления силы воздействия древесины на резец, возникающей при его движении. Сила резания выражается в ньютонах (Н) и обозначается буквой F. Удельной силой резания называется сила резания, приходящаяся на 1 мм2
площади поперечного сечения срезаемой стружки и обозначается k (Н/мм2). Удельная сила резания равна:
k =F/(ba), где b и а — ширина и толщина срезаемого слоя, мм.
Из приведенной формулы можно определить силу резания:
F = kba.
Работа резания. Работу, необходимую для превращения 1 см3 древесины в стружку, называют удельной работой резания. Ее обозначают буквой К и выражают в джоулях на сантиметр кубический (Дж/см3). Численно удельная работа резания равна удельной силе резания, выраженной в Н/мм2. Поэтому, как правило, различия между ними не делают.
Мощность резания. Количество энергии, необходимое для превращения в стружку объема древесины, снимаемого в течение одной секунды, называется мощностью резаная. Для определения мощности резания нужно удельную работу резания К умножить на объем древесины, снимаемой и превращаемой в стружку в течение одной секунды.
Объем древесины q (см3) определяют по формуле
q =baυs /60, где b и а — ширина и толщина срезаемого слоя, мм; υs — скорость подачи, м/мин.
Исходя из этого, мощность резания (Вт) определяется по формуле 
Факторы, влияющие на удельную работу резания. На величину удельной работы резания, необходимой для определения силы и мощности резания, влияют следующие факторы: порода и влажность древесины, толщина стружки, направление резания, величина угла резания, скорость резания, степень затупления резца, число действующих резцов.
Зависимость удельной работы резания от породы обрабатывали мой древесины весьма значительна. Если для сосны при резании древесины в торец и угле резания δ = 45° удельная работа резания равна 1,75 Дж/см3, то при тех же условиях для березы она будет равна 2,85 Дж/см3, а для дуба — 3,15 Дж/см3.
Влажность древесины имеет меньшее влияние. При резании вдоль и поперек волокон более сухой древесины удельная работа резания несколько снижается. Удельная работа при резании в торец с уменьшением влажности изменяется незначительно.
На удельную работу резания существенное влияние оказывает толщина снимаемой стружки, причем удельный расход энергии с увеличением толщины стружки уменьшается. Однако увеличение толщины стружки отрицательно сказывается на качестве обработки.
Различны затраты мощности при торцовом, продольном и поперечном резании древесины. Максимальная мощность затрачивается при резании в торец, а минимальная — поперек волокон.
Увеличение угла резания приводит к значительному увеличению удельной работы резания. Если угол резания изменяется от 45 до 90°, то удельная работа резания возрастает примерно в 2 раза.
При увеличении скорости резания от 30 до 50 м/с удельная работа резания уменьшается. Дальнейшее увеличение скорости резания ведет к возрастанию удельной работы резания.
В процессе работы резец затупляется (истирается, выкрашивается) и удельная работа резания увеличивается.
Уменьшение числа действующих резцов (зубьев пил, ножей в ножевой головке, фрез) при прочих равных условиях приводит к увеличению толщины стружки, приходящейся на один резец, и соответственно к снижению удельной работы резания.
Технология лесопильно-деревообрабатывающего производства
Тюкина Ю.П., Макарова Н.С.
1988 г.
|
