Резание древесины и дереворежущий инструмент, Ч.2. (90
.pdfФедеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический университет»
РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДЕРЕВОРЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Методические указания к лабораторным работам
Часть 2
Казань
КГТУ
2009
УДК 674.02
Составители: ст. преп. А.В. Князева доц. Е.И. Байгильдеева доц. Г.И. Игнатьева проф. В.Н. Башкиров
Резание древесины и дереворежущий инструмент: методические указания к лабораторным работам. Ч.2 / А.В. Князева, Г.И. Игнатьева, Е.И. Байгильдеева, В.Н. Башкиров, – Казань: Изд-во Казанского государственного технологического ун-та, 2009. – 40с.
Приведены краткие теоретические сведения, описания материальной части лабораторных установок, методика проведения, порядок обработки результатов эксперимента, требования к оформлению отчета и контрольные вопросы для лабораторных работ.
Предназначены для студентов, обучающихся по специальности 170400 (15040565) «Машины и оборудование лесного комплекса», изучающих дисциплину «Резание древесины и дереворежущий инструмент».
Подготовлены на кафедре «Переработка древесных материалов».
Печатаются по решению методической комиссии специальностей механического профиля
Рецензенты: д-р. техн. наук, проф. В.А. Лашков д-р. техн. наук, проф. Р.Р. Сафин
2
ВВЕДЕНИЕ
Выполнение стоящих перед деревообрабатывающей промышленностью задач возможно только при эффективном использовании оборудования различных деревообрабатывающих производств. Обработка древесины резанием занимает ведущее место в деревообрабатывающих предприятиях. При обработке на деревообрабатывающих станках изменяется форма и размеры заготовок (обрабатываемого материала) снятием с них стружки режущими инструментами.
Основная цель данных методологических указаний – ознакомление студентов с основой теории резания древесины, конструкцией дереворежущих инструментов и методами практического решения задач по определению режимов обработки и производительности оборудования
Методические указания содержат описание лабораторных работ по основным процессам станочного резания древесины.
В каждой лабораторной работе сформулирована ее цель, перечислены материалы и оборудование, необходимые для ее выполнения, описан ход выполнения работы и даны задания.
3
Лабораторная работа 4
ЛУЩЕНИЕ, КАК ПРОЦЕСС СТАНОЧНОГО РЕЗАНИЯ
Цель работы: практическое освоение экспериментального метода определения кинематических и динамических характеристик процесса лущения, установление численных величин этих характеристик.
4.1. Общие сведения
Лущением называют процесс поперечного резания древесины с целью получения стружки (шпона) заданной толщины, при котором траекторией резания является спираль (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Лущение: а – схема процесса; б – траектория резания и углы ножа.
Очевидно, что длина L плоского лущильного ножа должна несколько превышать длину b чурака, а его режущая
4
кромка должна быть прямолинейной и расположенной параллельно оси вращения чурака.
4.2. Кинематика процесса лущения
На лущильных станках чурак 2, зажатый с торцов, вращается шпинделями 1 с заданной частотой вращения. Нож 4, закрепленный в суппорте, перемещается к оси вращения чурака равномерно со скоростью us соответствующей частоте вращения чурака. Вращение чурака здесь является главным движением, а перемещение ножа – движением подачи.
Траектория главного движения - окружность. Скорость перемещения точки чурака, совпадающей с лезвием ножа, по окружности – есть скорость главного движения u (м/с). Она вычисляется по формуле
U = pDn /(60 ×1000). |
(4.1) |
где D – диаметр окружности резания (диаметр чурака в данный момент), мм; п – частота вращения чурака, мин-1.
Как следует из формулы, скорость U убывает с уменьшением диаметра по мере лущения от начального значения Dн до конечного значения Dк (конечный диаметр чурака соответствует диаметру зажимного кулачка). В практике лущения
U = 1...5 м/с.
Чтобы обеспечить постоянство толщины срезаемого шпона 3, равномерную скорость подачи Us (м/мин) устанавливают такой, что перемещение суппорта с ножом за время одного оборота чурака соответствует заданной толщине срезаемого слоя, Us = an/1000.
Главное движение и движение подачи происходят одновременно, и абсолютная траектория перемещения лезвия ножа в древесине – траектория резания – спираль Архимеда. Срезанная и выпрямленная стружка представляет собой непрерывную ленту, толщина которой равна расстоянию между
5
соседними витками спирали, ширина – длине чурака, а длина тем больше, чем больше начальный диаметр чурака и меньше толщина стружки, В отход при лущении идет центральная часть чурака конечного диаметра – карандаш. Размеры карандаша невелики, что позволяет считать процесс лущения достаточно совершенным по использованию древесины.
4.3. Геометрия и установка ножа
Лущильный нож представляет собой пластину, рабочая часть которой заточена на клин с плоскими гранями. Так как поверхность резания при лущении не плоская, ее положение определяется касательной СТ к спирали в точке лезвия, и от этой касательной отсчитываются кинематические углы ножа αк , γк , δк . При установке удобнее измерять углы, считая от касательной CN к окружности (от вертикали). Эти углы называют статическими (установочными) углами α, γ, δ . Угол между СТ и CN – угол движения ϕд . Угол резания δ при лущении выбирается как
можно меньшим, чтобы уменьшить разрушение в шпоне в результате изгиба срезаемого слоя передней гранью ножа. Для этого нужно, чтобы угол заострения β был минимальным, но таким, при котором обеспечивается необходимая жесткость и
прочность кончика лезвия (β = 18 − 25о для различных пород древесины и толщины шпона).
Задний угол α также должен быть наименьшим. Опыт показывает, что наилучшие условия резания достигаются при а = 0,5 – 1° для диаметров 300 – 100 мм и а = 2 – 3° для более толстых чураков. Поэтому кинематика лущильных станков, рассчитанных на лущение чураков больших диаметров, предусматривает возможность уменьшения заднего угла в процессе лущения.
Особенности кинематики лущения состоят в следующем.
6
Если кромка ножа расположена на уровне оси шпинделей, то угол движения jд равен
jд = arctgu s /(60 × U) = arctgSo /(pD) = arctga /(pD), |
(4.2) |
||
Но это означает, что с уменьшением диаметра чурака D |
|||
по мере лущения угол jд |
увеличивается и соответственно |
||
изменяются кинематические углы ножа: |
aк = a - jд ; gк |
= g + jд ; |
|
dк = d - jд . Величину угла |
движения |
следует учитывать при |
|
выборе установочного угла aк |
= a + jд , |
особенно при получении |
|
толстого шпона с чураков большого диаметра, когда jд |
к концу |
||
лущения достигает значительной величины |
|
||
Кроме ножа, рабочим инструментом при лущении является |
|||
прижимная линейка. Прижимная линейка выполняет свою роль только при условии правильного заострения ее рабочей части и точной установки относительно ножа (рис. 4.2).
В практике используют линейки с закругленной нажимной кромкой (рис. 4.2 в) или нажимной гранью (рис. 4.2 г). Линейка с нажимной кромкой должна обеспечивать обжим древесины передней гранью под углом d'л = 15 – 20°, иметь угол заострения
bл = 48 – 63° и радиус округления кромки rл = 0,2 – 0,3 мм.
Применяют такую линейку при лущении шпона толщиной до 1,8 мм. Если лущат шпон толщиной более 1,8 мм, устанавливают
линейку с нажимной гранью ( d'л = 15 – 20°; dл' = 0 – 5°; |
b'л = 48 |
|
– 63°; bл' = 95 – 102°, ширина нажимной грани Нл = 2 – 4 |
мм). |
|
Положение прижимной линейки относительно ножа |
||
характеризуют углом ε (рис. 4.2 б) и степенью обжима |
(%): |
|
|
= (α − α ш )100 / α |
(4.3) |
где а – |
толщина срезаемого слоя (номинальная толщина сырого |
|
шпона), |
мм; ащ – ширина (просвет) щели между линейкой и |
|
ножом, мм. |
|
|
7
Рис. 4.2. Геометрия и установка прижимной линейки: а – грани и углы заострения; б – установка относительно
чурака и ножа; в – линейка с закругленной нажимной кромкой; г – линейка с нажимной гранью; 1 – плоскость нажимной грани; 2 – плоскость передней грани; 3 – задняя грань (базовая плоскость); 4 – линия параллельная передней грани ножа;
5 – касательная к чураку.
Оптимальные значения параметров установки линейки: ε = 42о; = 5 – 35 %, в зависимости от породы древесины и толщины шпона.
4.4. Силы и мощность лущения
При лущении с обжимом стружки (рис. 4.3) силы на ноже Fx н и Fz н будут отличаться от сил на ноже, действующих в случае резания без обжима Fx и Fz:
Fх н = Fх + Fх дн; Fz н = Fz + Fz дн |
(4.4) |
где Fx дн и Fz дн – дополнительные касательная и нормальная силы на ноже, вызванные давлением прижимной линейки.
8
Прижимная линейка, обжимая срезаемый слой древесины, действует с силой Fл, которая может быть разложена на составляющие Fx л и Fz лпо тем же направлениям, что и сила на ноже FH. Сила Fx л по направлению всегда совпадает с Fx н, сила Fz л всегда направлена в сторону чурака. Складывая графически силы на ноже FH и на линейке Fл, получаем суммарную силу Fбл, с которой блок нож - прижимная линейка действует при резании на чурак. Очевидно, что составляющие силы Fбл, касательная Fx бл и нормальная Fz бл, могут быть определены по силам на линейке и на ноже:
Fхбл = Fxл + Fxн , Fzбб = Fzл + Fzн |
(4.5) |
Касательную силу Fxбл (H), действующую со стороны блока нож- прижимная линейка на чурак, можно определить по единичной табличной силе FхблТ (Н/мм), найденной экспериментальным путем (табл. 4.1):
Fхбл = FхблТ × b × aпопр |
(4.6) |
где b – ширина срезаемого слоя, равная длине чурака, мм; апопр – поправочный множитель, учитывающий отличие расчетных условий лущения от табличных.
Рис. 4.3. Силы при резании с обжимной линейкой: 1 – нож; 2 – стружка; 3 – обжимная линейка.
9
Таблица 4.1
Единичная касательная сила на блоке нож – прижимная линейка для процессов лущения и строгания (береза проваренная, Т= 20 ° С; нож острый; линейка с оптимальной геометрией и установкой)
Толщина |
|
Значения Fx бЛ т, Н/мм, при степени обжима , % |
|||||
срезаемого |
|
||||||
слоя а, мм |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
3,0 |
|
4,2 |
4,8 |
5,4 |
6,4 |
7,2 |
0,8 |
3,8 |
|
5,4 |
6,2 |
6,7 |
7,7 |
8,7 |
1,0 |
4,6 |
|
6,5 |
7,3 |
8,0 |
9,0 |
10,2 |
1,15 |
5,2 |
|
7,3 |
8,2 |
9,0 |
10,2 |
11,4 |
1,50 |
6,3 |
|
9,0 |
10,2 |
11,2 |
12,6 |
14,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Нормальную силу на блоке находят через касательную:
Fzбб = Fхбл × m , |
(4.7) |
где m – переходный множитель. Направлена сила F z бл всегда от блока в сторону чурака.
Мощность резания при лущении с обжимом стружки, Вт
Pp = Fхбл × U . |
(4.8) |
Впоследние годы лущение, кроме традиционного использования в фанерном и мебельном производствах, все шире применяют как экономичный процесс деления древесины на заготовки и детали в виде дощечек толщиной 4...8 мм и более во многих других деревообрабатывающих производствах.
Втарном производстве особенно эффективно получение из лущеного шпона тонкой ящичной дощечки, идущей на изготовление ящиков для плодов и овощей, продукции легкой, пищевой и химической промышленности. За счет исключения потерь в опилки расход древесины на производство армированных проволокой ящиков из шпоновых дощечек снижается примерно на
10