Умови організації встановленого процесу різання
Задача організації встановленого процесу різання зводиться до вибору величини відносної деформації ε і уведення в систему лезо-стружка допоміжної енергії у вигляді роботи нової сили F. Значення ε може змінюватись згідно графіку стиснення деревини в замкнутому просторі від нуля до 0,5…0,6.
Названа сила F повинна додатково стискати стружку у напрямку, паралельному передній поверхні леза. Допоміжна сила F повинна бути достатньою, щоб повністю ущільнити деревину в стружці.
На малюнку приведені приклади організації встановленого процесу різання шляхом уведення у зону стружкоутворення додаткової сили F.
Організація встановленого різання деревини:
а - лезо з накладкою; б - накладка на ріжучій кромці;
в - лезо циклі; г – різання з обтискною лінійкою
На рис. а до леза 1 приєднана накладка 2, яка при різанні додатково утворює нормальну силу Q і силу тертя F1. Проекція Q на передню поверхню леза дає значну силу F, стискаючу стружку. Так встановлюють, наприклад, ножі у ножеві вали і ножеві головки. Ножі закріплюють у корпусі вала чи головки клинами, які одночасно виконують функцію накладки, стружколомача.
По експериментальним даним В.А. Тихонова (МЛТІ), кромку стружколомача потрібно розташовувати від ріжучої кромки леза на віддалі 0,5–1 мм при товщині зрізуваного шару а < 0,2 мм і 0,5 мм при а > 0,2 мм. При цьому випереджаюча тріщина не утворюється, стружка близька до зливної, якість обробки покращується.
На рис. б накладка 2 висунута щільно до ріжучої кромки леза 1. По суті, лезо і накладка перетворені в одне лезо з кутом різання 70о.
На рис. в роль накладки виконує увігнута передня поверхня ріжучого інструменту (циклі).
При лущені і струганні допоміжна сила Q уводиться обтискною лінійкою 3 (рис. г) або обтискним роликом.
Вплив різноманітних факторів на сили різання і якість обробки
Під час різання деревини прагнуть витратити найменше сили і дістати поверхню з найменшою шорсткістю. Щоб досягти цієї мети, потрібно знати, які фактори впливають на силу різання і шорсткість поверхні.
Різання деревини – складний процес, виконуваний в конкретних умовах. При вивченні такий процес прийнято розглядувати як технологічну систему (ТС), яка складується з кількох взаємопов’язаних і відносно неділимих частин, утворюючих єдине ціле. Найпростіша технологічна система складається із чотирьох частин, які називають підсистемами: заготовка, умови різання, верстат, ріжучий інструмент. Ці частини пронизані поміж собою причинно-наслідковими зв’язками і впливають на функціонування одне одного. Підсистеми тільки відносно неділимі частини. При окремому їх розгляді, як систем у кожній з них можна виділити свої підсистеми, як умовно неділимі частини.
Заготовку можна охарактеризувати наступними умовно неділимими частинами: порода, вологість, щільність, міцність, пружність, пластичність, температура, розміри і др.
Ріжучий інструмент включає такі елементи як кут загострення, кількість лез, гострота ріжучих кромок, фізико-механічні властивості матеріалу зубців, шорсткість поверхні лез, довжину ріжучих кромок і др.
Верстат включає наступні елементи: механізм головного руху з обертовим чи зворотно-поступовим рухом, механізм подачі, механізм базування, кількість робочих рухів і послідовність їх виконання, товщину і ширину шару, що зрізається, кут різання, задній кут, кут зустрічі (нахилу, скосу) ріжучої кромки з волокнами деревини, швидкість головного руху і руху подачі, сили різання і тертя, потужність приводів і др.
Умови різання це сукупність умов, які відносяться до заготовки, ріжучого інструменту, верстату і навколишньому середовищу, необхідних і достатніх для того, щоб відбувався процес різання. Якщо умови різання змінити, то і інші підсистеми (заготовка, інструмент, верстат) необхідно змінити так, щоб вони забезпечили реалізацію процесу різання. Якщо змінити параметри заготовки, наприклад деревина буде мерзлою, в якій вільна волога знаходиться в твердому стані, то інші частини системи також повинні бути змінені. Ріжучий інструмент, верстат і умови різання повинні забезпечити виконання процесу різання. Таким чином, зміна любої підсистеми відобразиться на стані інших підсистем.
Виконувач в технологічній системі – це людина, виконуюча трудову діяльність по виконанні технологічної операції. Якість виконання операції залежить від кваліфікації робочого, умов праці і підвищення кваліфікації, умов середовища, в якому робітник живе і працює.
За допомогою аналізу і синтезу людина вивчає об’єкт системно. При аналізі виявляються найбільш суттєві фактори (причини, рушійні сили) підсистеми і вивчає їх вплив на процес різання з визначенням позитивного ефекту. При синтезі підсистеми об’єднують в єдине ціле, де розрізнені фактори взаємодіють спільно. Спільна взаємодія факторів, їх причино-наслідкові зв’язки утворюють загальний позитивний ефект системи, перевищуючий суму позитивних ефектів, утворених окремими факторами.
Вплив розмірів зрізу
Розміри зрізуваного шару відноситься до найважливіших факторів різання. Від ширини і товщини зрізу залежить продуктивність деревообробного обладнання, потужність механізмів головного руху і подачі. Товщина зрізуваного шару до того ж визначає форму стружки і впливає на якість обробленої поверхні. Товста стружка ще до зрізування відокремлюється, відколюється від оброблюваної поверхні, утворюючи перед різцем значні нерівності. Отже, чим тонша стружка, тим краща поверхня. При цьому для різання слід затратити менше сили.
Вплив породи деревини
Породи деревини різняться будовою, щільністю, міцністю і твердістю.
Для різання твердої і щільної деревини треба докласти сили більше, ніж для м'якої.
Наприклад, якщо опір різанню деревини сосни становить 1, то опір різанню деревини липи й осики – 0,8, ялини – 0,9, модрини – 1,1, берези – 1,2–1,3, бука – 1,3–1,5, дуба – 1,5–1,6, ясена – 1,5–2. Різання за напрямком волокон косошарої деревини потребує більших зусиль, ніж різання рівної прямої. Крім того, в завилькуватих місцях сили різання теж треба докласти значно більше.
Що стосується якості оброблених поверхонь, то деревина більш міцних порід створює більший опір проникненню в неї леза, менше тріщиноутворення у зоні різання, нові поверхні при різанні в більшій мірі формуються ріжучою кромкою і тому виходять більш гладкими.
Вплив вологи деревини
При збільшені вологості, міцність деревини залишається незмінною, однак в деревині з’являється вільна волога, яка при взаємодії з лезом виступає в ролі змазки. При цьому зменшуються сили тертя на лезо і загальний опір різанню.
Зволожена деревина збільшує її еластичні властивості, і це при зрізанні тонких і середніх стружок дозволяє досягти різання з непоганою якістю обробленої поверхні. Однак при різанні вологої деревини на обробленій поверхні утворюється ворсистість, що для нас не зажди прийнятно.
Вплив температури
В зимовий період на первинну верстатну обробку надходить мерзла деревина. Міцність такої деревини вище, ніж не замороженої, так як волога в клітинах твердіє при заморожувані і додає деревині додаткової міцності. Зниження температури викликає помітне збільшення сили різання.
Дія високої температури на вологу деревину викликає суттєве незворотне зниження міцності. Опір різанню при цьому знижується.
Вплив видів різання
Згадаємо, що деревина не є однорідним матеріалом. її будова і властивості в різних напрямах відносно волокон неоднакові, тому важливим у процесі різання деревини є орієнтація волокон щодо напряму різання.
Різання в торець – найважчий спосіб обробки деревини. Різець долає значний опір волокон деревини. Якість обробленої поверхні отримуємо з дуже великою шорсткістю.
При різанні вздовж волокон, різець зустрічає значно менший опір і якість обробленої поверхні отримуємо найвищу, з трьох видів різання.
При обробці деревини упоперек волокон різець долатиме найменший опір, однак оброблювана поверхня стає нерівною, бо різець вириває частину волокон.
При різанні деревини в торець потрібне зусилля в 4-6 раз більше, ніж при різанні впоперек волокон, а при поздовжньому різанні в 2-3 рази більше від поперечного.
Виходячи з сказаного найменше зусилля різання і найякіснішу поверхню отримаємо при поздовжньо-поперечному різанню.