3. Влияние внешнего фактора температуры на деформативность дСтП.

Установлено, что температура прогрева ДСтП, вследствие нарушения адгезионных связей, существенно влияет на деформативно-прочностные свойства плиты: деформация повышается, а прочность снижается. В связи с этим необходимо определить интервал температуры прогрева плит, при котором максимально проявляется их деформативность. При калибровке плит их температура в производственных условиях принимается в среднем 20⁰С. Обрабатывающий термопротяжный орган пуансон, установленный совместно с калибрующей цилиндрической винтовой фрезой, нагревается от сил трения до температуры 250-300⁰С. За время многоразового контакта пуансона с плитой он прогревает внешние слои, которые состоят из целлюлозного материала растительного вещества и связующего. Термостойкость карбамидных смол, по Мартенсу, составляет 75⁰С, предельное значение, влияющие на деформативность слоёв ДСтП под нагрузкой. Эта температура принимается за нижнюю границу оптимального интервала температур. Верхняя граница устанавливается, исходя из термодеструкции компонентов плиты смолы и древесины, которая по данным В.М.Никитина [100] происходит при температуре 200⁰С. Таким образом, допустимым оптимальным интервалом температуры ДСтП, при котором устанавливается её деформативность без значительного снижения прочности, является интервал от 75⁰С до 200⁰С.

Рисунок 2.9 Диаграмма деформации ДСтП при сжатии для различных температур.

Для более точного определения оптимального интервала температур прогрева ДСтП были сделаны дополнительные исследования, а именно для получения графической зависимости деформации плиты от температуры были использованы образцы ДСтП размером 20х20х19 влажностью 8 +2% из плиты П-2Т (ГОСТ 10632-77). На испытательной машине ЦД-40 образцы укладывались между нагреваемыми плитами и измеряли температуру и деформацию образцов. Из диаграммы (рисунок 2.9) очевидно, что наибольшую податливость уклонения имеет режим обработки при r=200⁰C; величина деформации обрабатываемой поверхности при граничных температурах и давлении 6МПа изменяется до четырёх раз.

4. Моделирование процесса термосиловой обработки.

При выводе уравнения для деформационной (реологической) модели ДСтП необходимо опираться на известные реологические модели для чистой древесины с поправками на учёт изменения коэффициента модуля упругости, на зависимость остаточных деформаций, от величины нагрузки и времени их воздействия на различные режимы и условия деформирования. Модель, которая могла бы максимально точно описать поведение ДСтП под нагрузкой пока не существует. Известно, что под действием постоянной нагрузки, кроме собственной упругой деформации, появляющейся мгновенно после приложения нагрузки, с течением времени развиваются эластические и остаточные деформации. После снятия нагрузки эластические деформации восстанавливаются с течением времени, а остаточные остаются на достигнутом уровне. И природа этих деформаций также неизвестна. Поскольку реологическое уравнение различных режимов деформирования учесть сложно, то выбирают уравнение для каждого конкретного случая реализации поставленных целей. В нашем случае это снижение шероховатости. При нагружении постоянной силой (σ=const) тело получает мгновенную упругую деформацию. Затем, с течением времени, в теле развивается как эластические, так и вязкие деформации. При снятии нагрузки мгновенно исчезает упругая деформация и с течением времени эластичная. Однако полностью общая деформация

ε_общ =ε_{мгн упр}+ε_{мгн ост}+ε_эл+ε_полз (2.9)

не исчезает, развиваемая в теле вязкая деформация имеет необратимый характер. Суммарная относительная деформация после исчезновения упругой и эластической деформаций выражается так:

ε_ост=ε_{мгн ост}+ε_полз. (2.10)

Как установлено проффесором А.Г.Ермоловичем общая деформация ДСтП при сжатии перпендикулярно пласти состоит из мгновенной упругой, эластической и полной (Е_{мгн.ост.}+Е_полз) остаточной деформации. Такой деформации в наибольшей степени соответствует деформация, по мнению проф. А.Г.Ермоловича, четырёхэлементной модели, состоящей из упругого элемента Гука, тела Кельвина и элемента Ньютона, соединёнными между собой последовательно. Эта модель в реологической литературе известна под названием тело Бюргерса. Она называется также моделью Бюргерса-Френкеля и объеденённой моделью Максвелла и Кельвина-Фейгхта (рисунок 2.10)

а) б)

Рисунок 2.10 Реологическая модель ДСтП :

1. - тело Бюргерса; H₁ – упругий элемент Гука; H₂ / N₁ – тело Кельвина; N₂ – Ньютонов элемент; б) - график перемещения элементов тела Бюргерса при нагрузке и разгрузке: E₁ и Е₂ – модули упругости I и II рода.

При нагружении модели силой извне происходит мгновенное растяжение пружиныН₁ или упругого элемента Гука (участок 1 графика б). Упругая деформация при этом равна σ/Е₁. Затем начинает деформироваться звено, состоящее из пружины Н₂ и демпфера N₁ – тело Кельвина, развивается высокоэластичная деформация (участок 2 графика). Эластичная деформация возрастает по экспоненциальному закону и стремится к некоторой предельной величине, равной σ / Е₂. Одновременно с этим под действием нагрузки начинает перемещаться поршень демпфера N₂ (участок 3 графика), развиваются остаточные деформации. Остаточная деформация будет равна σt/η₂. Общее удлинение модели состоит из удлинения её частей и будет равно:

E_общ =σ /Е₁ + σ / Е₂ (1-е^-t/τ) + σt/ η₂ , (2.11)

где: σ – силовое напряжение; t – время действия нагрузки; τ – время запаздывания, τ=η₁ / Е₂; E – модуль упругости.

При нагрузке модели мгновенно сжимается до первоначальной величины пружина Н₁ (участок 4 графика б), происходит восстановление мгновенной упругой эластичной деформации. Поршень вязкого элемента N₂ после разгрузки остаётся в том же положении, какое занял он под действием силы (участок 6 графика б).

Тело Бюргерса вполне удовлетворительно описывает реологическое поведение ДСтП при сжатии. Однако, необходимо отметить, что в процессе разгрузки имеется совпадение ДСтП с поведением тела Бюргерса, в процессе же нагрузки такое совпадение неполное. Деформации течения в теле Бюргерса, развиваясь во времени, подчиняются линейному закону, т.е. возрастают неограниченно. Таким образом, и общая деформация тела Бюргерса с течением времени возрастает неограниченно.

Деформация ДСтП возрастая с течением времени, зависит от величины внешней нагрузки. Если величина внешней нагрузки будет меньше условного предела текучести, то величина общей деформации с течением времени будет приближаться к постоянной величине, соответствующей пределу длительного сопротивления.

При σ < σ_{усл пр.тек.} Е_общ = const (предел длительного сопротивления).

Если же σ > σ_{усл пр.тек.} , то Е_общ стремится к бесконечности, при этом условии закономерность развития деформаций в теле Бюргерса и ДСтП совпадают.

Учитывая ограниченный интервал времени, выявленным несоответствием между ДСтП и реологическим поведением тела Бюргерса, можно пренебречь и принять в качестве реологической модели ДСтП тело Бюргерса.