2. Расчетно-графические работы по основам механической обработкидревесины

Механическая обработка древесины является основным способом производства продукции в лесной промышленности. Сюда входят: пиле- ние круглыми, цепными, рамными и ленточными пилами, строгание, рас- колка, скобление (при окорке), рубка, фрезерование и др. Эти методы ме- ханической обработки древесины используются в различных механизмах и оборудовании, применяемых на основных и дополнительных операцияхлесозаготовительного производства.

Изучение процессов механической обработки древесины начинается с темы элементарного резания. Здесь вводятся основные определения и ус- танавливаются зависимости между геометрическими, кинематическими и динамическими параметрами резания. В дальнейшем эти зависимости служат основой для изучения и расчетов более сложных процессов реза- ния, выбора параметров режущего инструмента и режимов обработки.

1. Резание древесины элементарнымрезцом

Цель: Определить основные кинематические соотношения при резании древесины элементарным резцом.

Порядок выполнения работы

1. Из приведенной ниже табл. 2.1 выбрать исходные данные для рас- чета, в зависимости от двух последних цифр зачетнойкнижки.

2. Вычертить в соответствии с исходными данными схему резания древесины элементарным резцом, на которой показать основные элементы резца истружки.

3. Определить значения угловиγ.

4. Определить удельное сопротивление резаниюKпри различных значениях толщины стружкиh.

5. Определить усилие резанияPпри всех значенияхh.

6. Определить мощностьNпри всех значенияхh.

Результаты расчетов свести в таблицу и по данным построить в мас- штабе графики зависимостейK = f(h); P = f(h); N = f(h).

Значения толщины стружки для всех вариантов принимаются равными:

h₁= 0,1мм.;h₂= 0,3мм.;h₃= 0,5мм.;h₄= 0,7мм.;h₅= 1,0мм.

Указания к выполнению работы

Для выполнения работы рекомендуется пользоваться учебной лите- ратурой, приведенной в списке литературы.

Срезание стружки клинообразным резцом (рис. 2.1), производящееся только одной его режущей кромкой, при прямолинейном равномерном движении резца и постоянной толщине стружки и ширине, меньшей, чем длина лезвия, называется элементарным резанием.

Рис.2.1. Элементы резца и стружки

Резец имеет следующие основные элементы: aбгд – переднюю грань;

азед – заднюю грань;

абз и дге – боковые грани;

аб и дг – передние боковые кромки; аз и де – задние боковые кромки;

В каждом резце различают угловые величины:

– угол между передней и задней гранями, называемый углом заточки;

– угол между задней гранью и направлением резания (задний угол);

– угол между передней гранью резца и перпендикуляром к направле- нию резания (передний угол);

– угол между передней гранью резца и направлением резания (угол резания). Угол резания равняется сумме углов заострения и заднего(=+).

Резание характеризуется скоростью (V) и направлением движения резца по отношению к волокнам древесины, толщиной (h) и шириной (b) стружки.

Различают три главных направления резания по отношению к волок- нам: в торец, вдоль волокон и поперек волокон.

При резании в торец () направление резания и плоскость резания перпендикулярны волокнам древесины, при этом стружка распадается на отдельные элементы и называется элементарной.

При резании вдоль волокон (⎢⎢) направление резания и плоскость резания параллельны направлению волокон древесины. Стружка имеет вид тонкой ленты и называется сливной.

При поперечном резании () плоскость резания параллельна направ- лению волокон, а направление и скорость резания перпендикулярны на-

правлению волокон древесины. Стружка получается непрочная, ее элемен- ты слабо связаны между собой.

На практике встречаются и другие виды резания: продольно- торцовое, поперечно-торцовое, продольно-поперечное идр.

Значение переднего угла определяется из следующего соотношения:

= 90-. (2.1)

Для определения усилия резанияРвеличина удельного сопротивле- ния резаниюКопределяется по следующей формуле

К = К_oа_па_wа_{ааhаv}, (2.2)

гдеК_o– основное удельное сопротивление резанию древесины сосны, ост-

рым (резцом при угле резания45^О, толщине стружки 1мм,

влажности древесины 15% и скорости резания в пределах 50...60

м/с) Н/м²(в табл. 2.2 приведена размерность Н/мм²= 10⁶× Н/м²);

а_п– коэффициент, учитывающий изменение удельного сопротивления резанию в зависимости от породы;

а_w– коэффициент, учитывающий влияние влажности древесины;

а_{– коэффициент, учитывающий влияние угла резания;}

а_{– коэффициент, учитывающий степень затупления резца;}а_h– коэффициент, учитывающий влияние толщины стружки;а_v– коэффициент, учитывающий влияние скорости резания.

Значения удельного сопротивления резанию и поправочных коэффи-

циентов приведены в табл. 2.2–2.7.

Усилие резания (Р,Н), и мощность резания(N,Вт), определяются соответственно поформулам:

Р = Кbh, (2.3)

N = K bhv, (2.4)

гдеb– ширина стружки, мм;h– толщина стружки, мм;v– скорость резания, м/с.

В качестве примера рассмотрим порядок расчета при последних цифрах зачетной книжки 10.

1. Исходные данные выбираем из табл.2.1:

порода древесины – С (сосна);

направлениерезанияпоотношениюкволокнам–⎢⎢(продольное);

ширина стружки – 5 мм; угол резания – 30;

влажность древесины – 120 %;

скорость резания – 60 м/с;

угол наклона задней грани – 20;

количество часов работы резца после заточки – 4.

2. Определяем значения углови:

Угол заточки режущей кромки:

=-= 30 -20 = 10.

Передний угол резания:

= 90-δ= 90 - 30 = 60.

3. В зависимости от направления резания по табл.2.2 находим основ- ное удельное сопротивление резанияК_o. Для нашеговарианта:

К_o= 6,9 Н/мм².

Поправочные коэффициенты находим из приведенных ниже таблиц: в зависимости от породыа_п= 1,0 (см. табл. 2.3);

в зависимости от влажностиа_w= 0,85 (см. табл. 2.4);

в зависимости от угла резанияа_{= 0,7 (см. табл. 2.5);}

в зависимости от степени затупления резцаа_{= 1,5 (см. табл. 2.6);}

в зависимости от толщины стружки:

а_h1= 2,2;а_h2= 1,4;а_h3= 1,2;а_h4= 1,1;а_h5= 1,0;

в зависимости от скорости резанияа_v= 1,0, так как влияние скорости резания в пределах до 60 м/с на усилие резания заметно не сказывается.

Общее удельное сопротивление резанию:

К₁= 6,9·1,0·0,85·0,7·1,5·2,2·1,0 = 13,55 Н/мм²;К₂= 6,9·1,0·0,85·0,7·1,5·1,4·1,0 = 8,62 Н/мм²;К₃= 6,9·1,0·0,85·0,7·1,5·1,2·1,0 = 7,39 Н/мм²;К₄= 6,9·1,0·0,85·0,7·1,5·1,1·1,0 = 6,77 Н/мм²;К₅= 6,9·1,0·0,85·0,7·1,5·1,0·1,0 = 6,16 Н/мм².

4. Определяем усилие резания при всех значениях толщиныстружки:

Р₁= 13,55·5·0,1 = 6,8 Н;Р₂= 8,62·5·0,3 = 12,9 Н;Р₃= 7,39·5·0,5 = 18,5 Н;Р₄= 6,77·5·0,7 = 23,7 Н;Р₅= 6,16·5·1 = 30,8 Н.

5. Определяем мощность при всех значениях толщиныстружки:

N₁= 13,55·5·0,1·60 = 407 Вт = 0,407 кВт;N₂= 8,62·5·0,3·60 = 776 Вт = 0,776 кВт;N₃= 7,39·5·0,5·60 = 1109 Вт = 1,109 кВт;N₄= 6,77·5·0,7·60 = 1422 Вт = 1,422 кВт;N₅= 6,16·5·1·60 = 1848 Вт = 1,848 кВт.

6. Результаты расчетов сводим втаблицу

Толщина стружкиh, мм	Поправочный коэффициентаh	Удельное сопро- тивление реза- ниюК, Н/мм2	Усилие реза- нияР, Н	Мощность N, кВт
0,1	2,2	13,55	6,8	0,407
0,3	1,4	8,62	12,9	0,776
0,5	1,2	7,39	18,5	1,109
0,7	1,1	6,77	23,7	1,422
1,0	1,0	6,16	30,8	1,848

7. По полученным данным строятся в масштабе графики зависимо- стей K = f(h); P = f(h) и N = f(h)(рис.2.2, 2.3,2.4).

К,Н/мм²

20

К=f(h)

15

10

5

0

0,1 0,3 0,5 0,7 1

h, мм

Рис. 2.2. График изменения удельной силы резания

_P,Н P=f(h)

40

30

20

10

0

0,1 0,3 0,5 0,7 1_h,мм

Рис. 2.3. График изменения силы резания

N, КВт

2

N=f(h)

1,5

1

0,5

0

0,1 0,3 0,5 0,7 1 _h,мм

Рис. 2.4. График изменения мощности резания

Т а б л и ц а2.1

Исходные данные для расчета процесса резания древесины

Показатели	Цифра номера зачет. книжки	Значения исходных данных в зависимости от номера зачетной книжки
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Порода древесины	пред- посл.	С	Е	Б	Ос	Л	Лс	Бк	Л	Ол	Я
Направление резания по отношению к во- локнам	пред- посл.	⎢⎢			⎢⎢			⎢⎢			⎢⎢
Ширина стружкиВ, мм	пред- посл.	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
Угол резания, град.	пред- посл.	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75
Влажность древесины W, %	посл	10	20	30	40	50	60	70	80	100	120
Скорость резания V, м/с	посл	10	15	20	25	30	35	40	45	50	60
Угол наклона заднейграни,град.	посл	3	5	7	9	11	13	15	17	19	20
Кол-во часов работырезца послезаточки	посл	0	1	2	3	4	0	1	2	3	4

Т а б л и ц а 2.2

Значения основного удельного сопротивления резанию в зависимости от направления резания

Направление резания:	КО, Н/мм2
поперечное	4,9
продольное	6,9
торцовое	19,6

Т а б л и ц а 2.3

Коэффициент, учитывающий влияние породы на удельное сопротивление резанию

Породы	ап	Породы	ап
Липа	0,80	Ольха	1,00–1,05
Осина	0,85	Береза	1,20–1,30
Ель	0,90-1,00	Бук	1,30–1,50
Сосна	1,00	Дуб	1,50–1,60
Лиственница	1,10	Ясень	1,50–2,00

Т а б л и ц а 2.4

Коэффициент, учитывающий влияние влажности древесины на удельное сопротивление резанию

Абсолютная влажность, %	8 – 10	15 – 20	20 – 30	50 – 70	70 и бо- лее
КоэффициентаW	1,10	1,00	0,95	0,90	0,85

Т а б л и ц а 2.5

Коэффициент, учитывающий влияние угла резания на удельное сопротивление резанию

Направле- ние резания	Значение коэффициентаапри угле резания, град
	30	45	50	55	60	65	70	75	80	85	90
Поперечное	0,90	1,00	1,03	1,06	1,09	1,12	1,15	1,18	1,22	1,26	1,30
Продольное	0,70	1,00	1,10	1,20	1,30	1,50	1,70	2,00	2,40	2,80	–
В торец	0,60	1,00	1,15	1,30	1,45	1,70	2,00	2,40	2,80	–	–

Т а б л и ц а 2.6

Коэффициент, учитывающий влияние затупления резца на удельное сопротивление резанию

Время работы после заточки, ч	а	Время работы по- сле заточки, ч	а
0	1,0–1,1	3	1,4
1	1,2	4	1,5
2	1,3	5	1,6

Т а б л и ц а 2.7

Коэффициент, учитывающий влияние толщины стружки на удельное сопротивление резанию

Порода	Коэффициентаhпри толщине стружки, мм
	1,00	0,70	0,50	0,40	0,30	0,20	0,15	0,10	0,05	0,04	0,03	0,02	0,01
Мягкие	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,7	1,8	2,2	2,9	3,1	3,3	3,6	4,2
Твердые	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,7	2,0	2,5	3,5	3,9	4,4	5,1	7,0