Стружкоутворення
Теорія стружкоутворення вивчає характер розподілення напружень і деформацій в зоні різання, а також якість поверхні різання і стружки, яка зрізається. Знання стружкоутворення дозволяє керувати процесом різання, знизити енергоспоживання, підвищити якість оброблених поверхонь.
Спостереження за різанням деревини показали, що велику кількість різних умов різання можна звести до двох типів процесу стружкоутворення: встановленому і невстановленому.
Встановлений процес стружкоутворення відбувається безперервно, не супроводжується розрухою зони стружкоутворення і характеризується утворенням зливної стружки у вигляді цілої стрічки або спіралі.
Невстановлений процес стружкоутворення проходить періодично, супроводжується розрухою зони стружкоутворення і характеризується утворенням стружки, яка складається з окремих елементів, пов’язаних або не пов’язаних між собою.
Характер стружкоутворення пов’язаний з анізотропністю деревини. Наприклад: суха береза витримує напруження на стискання вздовж волокон 55 МПа, а поперек всього 7 МПа (у 8 раз менше); при розтягуванні вздовж волокон 168 МПа, а поперек – 8 МПа ( у 20 раз менше). Анізотропність деревини призводить до того, що при різній орієнтації волокон деревини стружкоутворення проходить по різному.
Стружкоутворення при поперечному різанні
При поперечному різані розрізняють три типи стружки: зливні, сколювання і відриву (рис.).
Стружка називається зливною, якщо вона сходить з леза у вигляді неперервної стрічки (рис. а). Стружка утворюється пластичним здвигом або пластичним згином з частковим розрухою. В такій стружці з внутрішньої сторони в зоні розтягування, як правило утворюються тріщини. Тріщини на поверхню не виходять і нахилені до напрямку різання під гострим кутом ε. Віддаль між тріщинами l тим більша, чим товстіша стружка.
Тонка зливна стружка утворюється при кутах різання 20°–70°. Для зрізання товстих стружок 0,5–4 мм кут різання зменшують до 20–25°. Утворенню зливної стружки сприяє гідротермічна обробка деревини (пропарювання).
Типи стружок при поперечному різані:
а - зливна; б - зливна з випереджуючою тріщиною;
в - відколювання; г – відривна.
Стружка сколювання сходить з леза у вигляді окремих елементів, які утворюються сколюванням їх в площині стружкоутворення (рис. в).Довжина елементів стружки l тим більша, чим товстіша стружка.
Стружка сколювання утворюється при зрізанні тонких шарів з кутом різання 50...90°. В такому випадку тріщини виходять на поверхню. Так як поверхня різання формується безпосередньо ріжучою кромкою, то якість оброблювальної поверхні добра.
Стружка відриву утворюється у вигляді окремих елементів, обмежених знизу кривою поверхнею, впадини заходять під площину різання (рис. г). Елементи відділяються від деревини шляхом відриву.
Стружка відриву утворюється в тих випадках, коли зрізається дуже товста стружка при великому куті різання. Довжина елементу l збільшується із ростом товщини шару, що зрізається. В цьому випадку розтягуючі сили напруження по всій площині стружкоутворення досягають межі міцності.
Стружкоутворення при різанні вздовж волокон
а – спіральна; б – багатокутна; в – вигинання.
При повздовжньому різанні деревини розрізняють три типи стружок: спіральні, багатокутні і вигинання (рис.). Розриви деревини відбуваються в площині, яка співпадає з напрямком волокон.
Спіральна стружка сходить з леза у вигляді спіралі (рис. а). Вона утворюється в тих випадках, коли стружка тонка, а деревина мокра або пропарена. За цих умов кут різання може бути любим. В площині стружкоутворення під кутом ε виникають деформації здвигу або згину, в результаті чого стружка закручується в спіраль.
Багатокутна стружка (рис. б) утворюється при зрізанні більш товстої стружки з кутом різання 20–70°, коли розтягуючи напруження в площині різання досягають величини тимчасового опору на розрив поперек волокон.
При врізанні леза його передня грань при піднімає стружку, відриваючи її від заготовки. Перед лезом утворюється випереджаюча тріщина, яка розповсюджується в напрямку волокон. Гребені її зрізаються при подальшому русі леза, западини, розташовані нижче площини різання, залишаються на обробленій поверхні.
Довжина випереджаючої тріщини може бути досить великою. По мірі руху леза передній кінець елементу стружки ковзає по передній грані і повертається відносно кінця тріщини, напруження згину біля основи елементу зростають, стружка надломлюється.
Із-за непаралельності волокон деревини направленню руху леза часто зустрічається різання у напрямку сходження волокон і проти них.
Стружка вигинання (переривчаста) спостерігається при великих кутах різання (δ = 70°) і товщині зрізу а > 1 мм (рис. в). спочатку різець стискає зрізуваний шар вздовж волокон. Потім стружка відривається від заготовки в напрямку волокон, під стружкою утворюється довга випереджаюча тріщина. Стружка, не зв’язана з заготовкою, повздовжньо вигинається, видувається і з великою швидкістю відділяються від леза.
Стружкоутворення при торцевому різанні
При торцевому різанні деревини розрізняють дві форми стружок: стружки сколювання і зливні. Положення площини, в якій відбувається розрив деревини. Розірвати волокна тяжче, чим здвинути їх відносно одне одного.
Форми стружок при різанні в торець:
а – зливна; б – сколювання
Зливна стружка (рис. а) сходить з леза у вигляді неперервної плоскої стрічки. Стружка не закручується. Вона ламка і легко розламується. Пояснюється це малою міцністю деревини поперек волокон в тонкому шарі, а також наявністю тріщин в стружці. Утворюється стружка зміщення в площині стружкоутворення під дією дотичних напружень.
Зливна стружка утворюється у випадку, якщо зрізуваний шар тонкий, лезо гостре з невеликим кутом різання. Якщо лезо дуже гостре, то якість обробки поверхні отримаємо добру. Якщо лезо тупе, то ріжуча кромка не може перерізати волокна, перед нею утворюється подушка волокон. Волокна перед лезом рвуться, а дотичні напруження в площині стружкоутворення пересилює межі міцності.
Стружка сколювання (рис. б) утворюється при зрізанні товстих шарів і складається із окремих елементів, легко зв’язаних між собою по поверхням сколювання. При входженні леза у волокна, що лежать в переді деревини сильно вигинаються у напрямку руху. У площині стружкоутворення діють напруження розтягу і небезпечні дотичні напруження. На час перерізу волокон деревини названі напруження досягають межі міцності. В результаті цього під лезом спостерігаються тріщини в площині волокон, а на передній грані відколюється елемент стружки.