47

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МосковСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА»

(ФГБОУ ВПО «МГУЛ»)

Факультет МХТД

Кафедра «Технология, конструирование и экспертиза изделий»

УТВЕРЖДАЮ

Зам. председателя

Научно-методического совета,

проректор, к.т н., профессор

_________________________

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

( Часть 1 )

Дисциплина

СД.Ф.06 «Оборудование отрасли»

для специальности	250403.65 «Технология деревообработки»

Разработчик(и):
доцент, к.т.н., доцент	Кохреидзе М.В.

Методические рекомендации рассмотрены и одобрены на заседании кафедры
«Станки и инструменты»

протокол №

4

от

«22»

сентября

2013 г.

заведующий кафедрой, к.т.н., доцент Кохреидзе М.В.

Методические рекомендации рассмотрены и одобрены на заседании научно-методической секции Факультета технологий и дизайна

протокол №

2

от

«27»

сентября

2013 г.

председатель научно-методической секции, профессор, к.т.н., доцент Кохреидзе М.В.

Методические рекомендации рассмотрены и одобрены на заседании Научно-методического совета

протокол №___ от «__»_______ 201_ г.

Отдел мониторинга методического обеспечения образовательного процесса:

к.с.н. Маковская И.В.

Москва 2013

Рабочие процессы дерево обрабатывающих машин.

Процессы резания.

Рабочими называются машины для облегчения или замены труда человека при выполнении технологических операций какого – либо производственного процесса. Различают следующие рабочие процессы деревообрабатывающих машин.

1. Механическая обработка. Из первичного древесного сырья получают изделия и детали определенных форм, размера, и качества, придают эти свойства собранным узлам и изделиям. Осуществляется резанием, раскалыванием, давлением, дроблением. Резанием называют нарушение связи между частицами материала по строго заданному направлению, когда обрабатываемый объект разделяется на части с образованием стружки или без нее. Раскалывание – разделение древесины по слоям, объекты имеют строго заданной формы (подготовленные операции). Обработка давлением для массивной или измельченной древесины. У массивной древесины изменяют форму.

Механическая обработка древесины

Резание

Раскалывание

Давление

Дроблением

Изгиб

Ударное

дробление

С образованием

стружки

Прессование

Абразивный

размол

Бесстружечное

Прессование не распространено из – за малой пластичности древесины

2. Гидротермическая обработка состоит из ее сушки древесины и, если нужно, пропитки. Сушка - процесс удаления влаги из древесины с целью придания ей равномерной влажности и стабильности свойств при дальнейшем использовании. В процессе сушки в идеале внутренние напряжения по сечению материала устраняются. Однако, в процессе обработки при делении материала на части равновесие внутренних напряжений может нарушиться, что приводит к дроблению, растрескиванию и пр. Пропитка заключается во введении в древесину различных жидких составов с целью окраски, пластификации, антисептирования, консервирования, огнезащиты и пр. Осуществляется чаще под давлением (внешним) и без него.

3. Склеивание позволяет получать изделие заданной формы и свойств или улучшить его внешний вид (облицовывание). Процесс склеивания состоит из двух операций: нанесение клея и запрессовка.

4. Сборка – это процесс соединения отдельных деталей и элементов (не только древесных) в готовое изделие без склеивания. Сборку производят с помощью специальных сборочных приспособлений и станков на одном месте или конвейере.

5. Отделка заключается в создании на поверхностях деревянных изделий и изделий покрытий, защищающих изделие от вредных воздействий, улучшающих эксплуатационные и декоративные качества. Различают прозрачную (прозрачными лаками), непрозрачную (непрозрачной пленкой, краской, эмалью, пластиком, бумагой) и имитационную (глубоким крашением, декаративной печатью, облицовыванием пленками и пластиком). Процесс отделки состоит из следующих стадий: подготовка к отделке, нанесение покрытия, облагораживание покрытия.

Рассмотренные рабочие процессы будут подробно изучаться в соответствующих технологических дисциплинах. В рамках данного курса основное влияние будет уделено вопросам механической обработки. Поскольку большую долю в операциях механической обработки занимает процесс резания, он представляет главный интерес.

Определение и классификация процессов резания.

Резание – это технологический процесс разрушения связей между частицами обрабатываемого материала по заданной поверхности с целью получения изделия требуемых размеров, формы и шероховатости. Технологические цели процесса резания разнообразны. В группе производств по первичной обработке древесины резанием выполняют деление бревен на доски, бруски или листовые полуфабрикаты – лущеный и строганый шпон, удаляют припуски (поверхностные слои) досок и заготовок для придания им точной формы, размеров и шероховатости; измельчение низкокачественной древесины и отходов на мелкие частицы для изготовления плит и бумаги. В группе производств по вторичной обработки древесины процесс резания используется для превращения продукции производств первичной обработки в готовые детали изделий. При резании древесины одновременно имеют место механические, физические и химические явления.

Механические явления процесса резания - это деформации обрабатываемого материала резцом и напряжения в следствие этих деформаций; трение между обрабатываемым материалом и резцом, силы резания и т.п.

Физические явления процесса протекают на поверхности скольжения древесины по резцу и связаны с превращением затраченной на резание энергии(механической) в другие виды – это тепловые и электрические явления.

Химические явления – это химические реакции на поверхностях скольжения, влияющие на скорость износа рабочих поверхностей резца (затупления). К настоящему времени наиболее разработана механико–математическая теория резания древесины ( И.А. Тиме, М.А. Дешевой, С.А. Воскресенский и т.д.), рассматривающая процесс на основании законов механики и теории сопротивления материалов. При этом сочетаются результаты аналитических (теоретических) и экспериментальных исследований. Дальнейшее развитие теории резания связано с изучением молекулярных процессов на поверхностях скольжения древесины по резцу ( Е.Г. Ивановский), развитием физико – технологической теории резания (А.Л. Бершадский).

Процесс резания может быть реализован разными способами. По виду объекта, действующего на заготовку, различают резание твердым резцом, световым лазерным лучом, гидравлической струей и т.д. Основным в современной технологии является резание твердыми резцами из металлов или твердых сплавов (резцовое резание).

Резцовое резание также можно классифицировать по разным признакам: 1) по способу получения заданной поверхности: а) бесстружечное резание, при котором заданная поверхность получается без снятия стружек путем отделения за один проход резца малодеформированного среза материала; б) стружечное резание, при котором для получения заданной поверхности с заготовки срезаются стружки, получающие в обычных условиях резания деформации по всему или значительной части объема; 2) по степени сложности: а) элементарное (простое) резание, не поддающееся дальнейшему упрощению; б) сложное резание, используемое в реальных деревообрабатывающих станках.

Для понимания процессов сложного резания их раскладывают на составные элементы, сводя к более простым процессам элементарного резания с его закономерностями. Классификация процессов сложного резания будет дана далее.

Движение в процессе резания.

Р ассмотрим элементарную технологическую задачу, решаемую резанием. Пусть с заготовки требуется удалить

припуск ab b₃a₃, чтобы получить плоскую обработанную поверхность a₃b₃ заданного уровня шероховатости.

Простейшее решение – установить резец в положение III и, переместив его по стрелке, срезать с заготовки весь припуск. Однако при большой величине припуска значительные силы резания могут деформировать или поломать резец, а качество обработки может оказаться недостаточно низким. Организуют послойное удаление припуска. Резцу сообщают движение резания из положения I по стрелке, в результате отделяется первая стружка толщиной h и на заготовке формируется поверхность резания a₁b₁. Для формирования заданной поверхности a₃b₃ нужно срезать еще ряд стружек (две), поэтому резец возвращают в исходное положение движением возврата и, сообщая движение подачи вертикально вниз перемещают в новое положение II, определяющее толщину следующей стружки h2 и т.д. Рассмотренные движения могут быть приданы как резцу, так и заготовке. Дадим теперь некоторые определения.

Слой – это часть материала, которая будет срезана с обрабатываемого объекта за один проход резца.

Стружка – это часть материала, срезанная с обрабатываемого объекта за один проход резца. При обработке на ножницах, высечках и штампах отделяемые части материала носят название срезов. Поверхность, образованная после отделения стружки, называется поверхностью резания.

Движение резания – абсолютное движение резца или заготовки, необходимое и достаточное для срезания одной стружки.

Движение подачи – это абсолютное движение резца или заготовки, благодаря которому осуществляется последовательное срезание стружки. В ряде случаев резцу одновременно с движением резания сообщают дополнительное движение вдоль лезвия или профилирующие вертикальное движение перпендикулярно лезвию. Движения резания, подачи, дополнительное или профилирующее, определяющее геометрию стружки и поверхности резания, рабочие угловые параметры резца, называются рабочими движениями. Главными рабочими движениями, без от которых обработка резанием невозможна, являются движения резанием и подачи.

Д вижение возврата резца (а также движение отвода и установки, когда требуется избежать трения о поверхность заготовки и дополнительного износа) составляет обратный ход резца. При правильной организации процесса резание число разновидностей движений наименьшее. Каждое из движений характеризуется траекторией движения лезвия и законом движения его вдоль траектории. В процессах резания древесины траекториями рабочих движений являются, обычно, прямая или окружность. Главные рабочие движения в большинстве случаев осуществляются с постоянной по величине скоростью. Принято скорость резания V измерять метрами в секунду ( м/с), а скорость подачи U – метрами в минутах (м/мин.). Для повышения производительности процесса, уменьшения усилий резания и повышения качества обработки резцу обычно одновременно с движением резания сообщают движение подачи. При этом имеет место сложное движение лезвия резца относительно заготовки. Скорость абсолютная Va равна геометрической сумме скоростей рабочих движений резания. В большинстве случаев Va = V+U. В условиях обработки на дереворежущих станках V>>U, поэтому Va мало отличается от V и для практических расчетов часто принимают траекторию и скорость движения резания за абсолютную траекторию и скорость Va лезвия резца, указывая вносимую при этом погрешность.

Геометрия резца.

П од геометрией резца понимают совокупность характеристик его формы и расположения в пространстве.

В режущей части клина резца выделяют П – переднюю поверхность, обращенную к формируемой на заготовке поверхности резания; Б - правую и левую относительно направления V боковые поверхности; Лг – главное лезвие; Лб – боковые лезвия; К – заднюю кромку, не играющюю активной роли в процессе резания. Угловые параметры резца рассматривают в статике и в динамике (движении). В первом случае не учитывают скорость подачи U. Скорость резания V принимается во внимание для выбора базы при отсчете углов - плоскости, проходящей через Лг и V (плоскость резания). Обычно углы резца измеряются в плоскости, перпендикулярной лезвию. Угол между П и З называют углом заточки  (если поверхности резца кривые, угол измеряют между касательными к ним в вершине). Угол резания  определяет положение П и измеряется между ней и плоскостью резания. Задний угол  измеряется между З и плоскостью резания. Передний угол  измеряется между П и плоскостью, проходящей через Лг и нормальной к плоскости резания. Считают, что передний угол и задний угол положительные, если они располагаются вне тела резца и отрицательные в противном случае

В любом случае с учетом знака справедливо ++=90;  = +

У глы резца в статике – номинальные углы, указываются на чертежах, используются при изготовлении инструмента, контроле и установке в станок. Угловые параметры резца в движении (рабочие) отличаются от номинальных, т.к. Va отличается по направлению от V. В общем случае рабочий задний угол уменьшается на величину угла движения _д: р=-_д. Величина _д определяется как _д=arctg(sin/(60V/(U+cos))). При =90. _д=arctg(U/60V). Соответственно на _д уменьшается _р=-_д и увеличивается _р=+_д. Изменение улов резца в движение учитывают при назначении режима: неудачное соотношение U и V может привести к недопустимо малой величине _р; или при выборе номинальных углов инструмента или ее заданном режиме резания и _д. Когда вектор абсолютной скорости резания Va не совпадает с нормалью к лезвию, как это имеет место при резании заготовки со скошенным резцом или при наличии дополнительного движения V_д резца вдоль лезвия, рабочие угловые параметры резца определяются в плоскости движения Д-Д. Плоскость движения Д-Д нормальна к плоскости резания P и проходит через Va.

Связь между углом резания _р, измеренным в плоскости движение Д-Д, и углом резания , измеренном в нормальном сечение Н-Н, выражается зависимостью tg_р=tgcos , где  - угол между нормалью Н-Н к лезвию и вектором Va в плоскости резания.

Геометрия стружки. Виды резания древесины и древесных материалов.

Срезаемый слой – это часть материала заготовки, заключенная между двумя соседними поверхностями резания.Отделенный от заготовки слой называют стружкой. Она может быть отходом (когда при пилении, фрезеровании ,сверлении ее качество и размеры не имеет значения ) и продуктом , когда предназначена для специальных целей (качество и размеры должны соответствовать определенным требованиям- лущеный и строганый шпон , cтружка для ДС_тП). Стружку - отход после дополнительной механической обработки иногда используют в технологических целях.

Форма и размеры стружки, характер ее дальнейшего использования влияют на усилия, мощность и качество резания. Толщина срезаемого слоя h- это расстояние между предыдущей и последующей поверхностями резания, измеренное по нормали к последующей.

Длина слоя l- это отрезок абсолютной траектории резания, заключенный в пределах срезаемого слоя. Ширина срезаемого слоя b – это расстояние между его боковыми сторонами.

Различают номинальные размеры, относящиеся к недеформированному слою и определенные только кинематикой (рабочими движениями) резания и фактические размеры стружки, претерпевшей значительные деформации при резании.

В расчетах по резанию пользуются номинальными размерами срезаемого слоя.

Д ревесина – анизотропный материал, имеющий различные свойства по разным направлениям. Таких направлений три: Одно вдоль волокон и два поперек: радиальное и тангенциальное.

Различают три главных вида резания древесины.

I. Резание древесины вдоль волокон – продольное, обозначается II, при котором плоскость и направление резания параллельны волокнам древесины.

2.Резание древесины в торец – торцевое, обозначается , при котором плоскость и направление резания перпендикулярны в олокнам древесины.

3. Резание древесины поперек волокон ,- поперечное, обозначается при котором плоскость резания параллельна волокнам древесины, а направление резания перпендикулярно к ним.

Существуют также переходные (промежуточные) виды резания:

продольно-торцевое II-; продольно-поперечное II- ,торцово-поперечное I- ; переходное от каждого из перечисленных переходных видов к третьему главному виду-продольно-торцово-поперечное II-- .

Характеристикой продольно-торцевого резания является угол встречи _в, измеряемый между V_a и направлением волокна в пределах заготовки в плоскости движения Д. При 0<_в <90^о резание осуществляется против волокон, при 90^о <_в <180^о - по волокнам, при _в=0^о или _в=180^о - резание продольное, при _в=90^о - торцевое.

Еще одной характеристикой продольно-торцового резания является угол подачи _п. Условимся измерять _в в направлении от V_a к направлению волокон (в пределах заготовки). Тогда _п будет измеряться в этом же направлении от вектора скорости подачи, приложенного к вершине резца, к направлению волокон: 0^о<_п<180^о.

Продольно-поперечное резание характеризуется углом скоса _с, измеряемым между направлением волокон и V_а в плоскости резания, 0<_с<90^о. При _с=90^о – резание поперечное.

Торцово-поперечное резание характеризуется углом наклона _н, измеряемым между направлением волокон и плоскостью движения Д в плоскости, перпендикулярной плоскостям движения и резания, 0^о_н90^о.

Н екоторые листовые древесные материалы являются поперечно-изотропными: различия свойств материала проявляются только в направлении, перпендикулярном плоскости листа. Это ДС_тП, ДВП, многослойная фанера, ДСП – древеснослоистые пластики и др. При этом различают три главных направления резания.

Плоское (резание по плоскости слоев #c),когда векотр скорости резания Va и плоскость резания совпадают с плоскостью слоя.

Продольное (резание вдоль слоев ||c), когда Va параллелен плоскости слоев, а плоскость резания перпендикулярна к ним.

Поперечное (резание поперек слоев, _c (непараллельно), когда Va и плоскость резания перпендикулярны слоям.

Между этими главными видами также существует множество переходные по аналогии с резанием древесины.