4826

33

По предлагаемым номограммам легко определить величины основных технологических параметров режимов проведения процессов деления и формообразования древесины мягких лиственных пород: показана оптимальная область по выбору скорости резания и рациональной скорости подачи при цилиндрическом фрезеровании, а также интенсивного режима деления древесины круглыми пилами.

Установлено, что оптимальная зона режимов при продольном делении древесины круглыми пилами и режущими дисками составляет от 0,3 до 1 мм. Практика показала неэффективность пил с зубьями одинакового профиля (с учетом оптимальных величин параметров инструментов для деления древесины различной плотности). Значительно большей производительности при той же потребляемой мощности можно добиться при использовании пил с комбинированными зубчатыми венцами с подрезающими зубьями.

Контрольные вопросы

1.Какова «объемная» формула расчета силы резания?

2.Из каких модулей состоит структурная схема программы расчета режима резания?

3.Что значит назначить рациональный режим резания древесины и древесных материалов?

34

4.Зависит ли шероховатость обработанной поверхности древесины от подачи на зуб?

5.Опишите как изменяется шероховатость обработанной поверхности для заданного процесса резания от скорости подачи, отметить какой из факторов оказывает наибольшее влияние на силу резания: порода древесины; влажность; толщина стружки; угловые характеристики инструмента; степень затупления инструмента?

Практическая работа №4

Исследование процесса обрабатываемости резанием древесины различных пород

Цель работы: изучить процесс пиления древесины различных пород на ленточном станке «Wood–Mizer» и дать оценку обрабатываемости древесины.

Теоретические положения и указания к выполнению

На процессе разрушения связей между частицами древесины сказывается концентрация напряжений в материале в зоне контакта режущей кромки и образца. Характер и величина концентрации возникающих напряжений предопределяется формой (профилем) и состоянием режущей кромки резца. Существенное влияние на характер разрушения материала оказывает также анизотропия древесины – ее волокнисто-слоистое строение. Наиболее ощутимо влияние волокон при продольном резании и резании в поперечном направлении в плоскости, перпендикулярной к волокнам. В обоих случаях разрушение древесины в значительной мере предопределяется направлением волокон. При резании же в поперечном направлении в плоскости, параллельной волокнам, в большей степени сказывается направление слоев древесины.

При движении резца передняя его грань, располагающаяся наклонно к плоскости резания, отгибает стружку, деформируя ее в различных направлениях и различными способами. Характер отгиба стружки зависит от ряда факторов: угла наклона передней грани к плоскости резания, состояния передней грани (ее шероховатости), направления волокон и слоев древесины. Стружкообразование, таким образом – сложный процесс, определяемый не только взаимодействием резца и образца, но и многими другими сопутствующими факторами. Виды и характер образования стружек в зависимости от сопутствующих стружкообразованию условий резания лучше всего проследить по отдельным стадиям самого процесса стружкообразования – его кинограмме.

Первая, начальная стадия стружкообразования одинакова для всех видов резания и не зависит от анизотропии древесины. Для этой стадии начального внедрения резца в древесину характерно упруго-пластическое ее деформирование. Проследим развитие отдельных фаз этой стадии. При этом

36

направлении вектора скорости, так и в направлении, перпендикулярном ему. Таким образом, фаза б завершается достижением пределов упругости. Очевидно, что величина деформации материала образца может быть различной в зависимости от профиля и состояния режущей кромки резца, положения волокон древесины и других факторов, определяющих условия резания. Здесь мы не рассматриваем касательные напряжения и их влияние на деформирование материала образца, поскольку их роль в деформировании обычно не столь велика. Так как касательные напряжения, являются в какойто мере функцией нормальных напряжений, то, следовательно, имея эпюру нормальных напряжений, мы имеем картину распределения касательных напряжений.

Уже самое общее представление процесса воздействия резца на материал образца в начальной его стадии свидетельствует о наличии двухосного и фактически сложного напряженного состояния древесины в зоне ее контакта с резцом. При значительной длине режущей кромки, что практически имеет место в действительности при простых видах резания, рассматриваемое напряженное состояние можно считать плоским (в отличие от сложных видов резания, например пиления).

Третья фаза в — фаза развития упруго-пластических деформаций. Появляются они при превышении фактических напряжений в материале предела упругости. Для этой фазы характерно появление площадок пластичности (рис. 10.1), которые увеличиваются в размерах с ростом напряжений в материале. Это явление объясняется тем, что происходит перераспределение напряжений и, соответственно, деформаций; уменьшается доля упругих и возрастает доля пластических напряжений и деформаций. Однако разрушения в материале образца еще не происходят, поскольку напряжения в нем еще не достигли предела прочности. Как только напряжения достигнут предела прочности, произойдет разрушение (разрыв) частиц материала. В материале образца перед резцом появляется трещина. Эта, так называемая опережающая трещина возникает в некоторой точке А (рис. 10.1), в которой прежде всего будет превышен предел прочности. Появление трещины перед режущей кромкой является логическим завершающим этапом развития напряжений в материале в зоне взаимодействия резца и образца. Опережающая трещина появляется при любом направлении волокон древесины. Направление же ее развития определяется направлением волокон древесины.

То, что опережающая трещина появляется всегда в зоне режущей кромки, можно утверждать с уверенностью, но где она появляется — выше или ниже наиболее выступающей в направлении движения резца его точки

— это пока установить не представляется возможным. Тем более, как указывалось ранее, профиль режущей кромки резца, обычно принимаемый плавно скругленным по дуге окружности, в действительности может иметь значительное количество неопределенно расположенных выступов, вызывающих местные концентрации напряжений различной интенсивности в

37

материале образца. Поэтому нельзя заранее установить точную зону раздела древесины по отношению к режущей кромке резца. Но, как только трещина появилась, она сама становится чрезвычайно сильным концентратором напряжений. Далее трещина может развиваться выше, ниже или пойти вообще произвольно в зависимости от направления волокон и слоев древесины.

Развитие трещины, очевидно, будет наблюдаться до тех пор, пока суммарные напряжения в точке ее образования не станут меньше предела прочности (точка Б, рис. 10.1). Скорость разрушения материала древесины при образовании опережающей трещины весьма высока и, видимо, сравнима со скоростью распространения упругой деформации. Стадия внедрения резца в материал, таким образом, завершается появлением опережающей трещины.

При дальнейшем движении резца стружка, скользя по передней его грани, начнет изгибаться. К отгибу ее принуждает именно передняя грань резца. Очевидным является и то, что отгиб стружки сопровождается приложением к ней соответствующей силы. Это — сумма сил нормального давления и сил трения передней грани резца. Воздействующее на стружку давление заставляет менять ее положение в пространстве и вызывает появление в материале стружки напряжений сдвига, изгиба, растяжения и сжатия. Составляющие сил трения, совпадающие с направлением движения стружки, вызывают напряжения, сжимающие стружку в продольном направлении.

Вследствие сложного напряженного состояния в стружке неизбежно появляются касательные напряжения, действующие во всех направлениях, но преимущественно в направлении движения резца и нормально к плоскости резания. Величина касательных напряжений зависит от угла отгиба стружки, равного углу резания , толщины стружки, структурной характеристики материала по сечению действия напряжений.

Итак, на обрабатываемость резанием древесины различных пород, кроме свойств самой древесины, огромное влияние оказывают следующие факторы: кинетостатика резания (силовое взаимодействие резца и древесины), геометрия и микрогеометрия резца, острота главной и вспомогательной. Нагрев древесины вызывает ее деструкцию, выделение агрессивных по отношению к инструментальным материалам веществ и, возможно, к водородному, окислительному и другим видам химического изнашивания.

Характеристикой агрессивности продуктов деструкции может служить в первом приближении показатель рН кислотности древесины различных пород. Практически для всех пород рН ≤ 7, т.е. дереворежущий инструмент работает в кислой среде. В таблице приведены усредненные численные значения параметров наиболее распространенных древесинных пород. Различия условий произрастания, расположения образца по длине и радиусу ствола и другие причины определяют разброс свойств в пределах одной породы, оцениваемой коэффициентом вариации v.

38

Показатели механических свойств, полученные по стандартным методикам испытаний, характеризуют древесину как конструкционный материал. Для описания процессов резания необходимо иметь дополнительно методы испытаний, результаты которых могли бы более точно отразить специфику разрушения древесины резцом.

40