книги из ГПНТБ / Демидов Ю.М. Измельчение древесины для производства древесностружечных плит

последовательно расположенных ножей. Толщина срезаемых при этом стружек не меняется и имеет постоянную величину.

Для измельчения древесины строганием вращающимися ножа­ ми, которые применяются на дисковых стружечных станках, харак­ терны следующие угловые параметры взаимодействия режущего инструмента с древесиной (рис. 13): со —угол поворота режущей кромки ножа относительно радиуса диска; срп—угол пересечения,

На дисковых стружечных станках угол пересечения <рп меня­ ется в процессе резания в зависимости от конструктивных данных станка и определяется по формуле

бе

рака в питателе и оказывает отрицательное влияние на условия резания, так как он приводит к нарушению основного условия ре­ зания — поперек волокон (-^).

Перекашивание чураков в питателе при измельчении вызывает­ ся двумя причинами: чураки в питателе закрепляются и удержи­ ваются в процессе резания недостаточно жестко и поэтому не обеспечивается равномерность подачи на нож, что особенно харак­ терно для угла наклона—фн; вследствие разности скоростей ре­ зания по длине ножа и неодинакового промежутка между соседни­ ми ножами по радиусу диска происходит неравномерное срезание слоя стружек по длине ножа (в периферии диска больше, чем в центре), в результате чего чурак в питателе наклоняется под уг­ лом +фн. Для выбранного режима измельчения в периодически повторяющемся процессе резания необходимо знать наибольшие значения усилий резания (нагрузки). Средняя суммарная касатель­ ная сила резания определяется по формуле

khlzx

cos Тп.ср ’

где k — удельное сопротивление резанию, кгс/мм2-, h — номинальная толщина стружек, мм\

I —длина питателя, мм\

где ф п.вх И фп.вых — углы пересечения соответственно на входе и на выходе ножа в пакет измельчаемой древесины, град.

Стружкообразование фрезерованием. Процесс измельчения дре­ весины фрезерованием осуществляется на стружечных станках с ре­ жущим инструментом в виде ножевого вала или чаши с лезвиями ножа, обращенными внутрь, или фрезерной головки. Фрезерование характеризуется тем, что ось вращения режущего инструмента па­ раллельна поверхности резания, а лезвие ножа описывает окруж­ ную поверхность. Процесс фрезерования происходит при равно­ мерном вращении режущего инструмента и равномерной подаче измельчаемой древесины на режущий инструмент (рис. 14). Ско­ рость подачи определяется величиной подачи на нож

«п — игг,

где г — число ножей, шт.

Подача на нож определяется из уравнения

где п — число оборотов режущего инструмента в минуту.

61

Толщина стружек при цилиндрическом фрезеровании имеет переменную величину и в любой точке дуги контакта ножа с дре­ весиной определяется по формуле

Л = Mz sin cp,

где çp —текущий угол поворота ножа на дуге резания, град.

В начале и конце дуги контакта ножа с древесиной стружки имеют минимальную толщину hmin, которая определяется выраже­ нием:

hmin = Иг Sin <pBX)' или hmin = иг sin срвых.

Наибольшая толщина стружек hmax получается при

<р = 90°, если hmax = uz.

Толщина стружек при фре­

и конструктивными данными станка, может быть определена по

где H —высота пакета перерабатываемой древесины, мм; D —диаметр окружности резания, мм';

Фвх —угол входа ножа в пакет древесины, град.

При проектировании стружечных станков рекомендуется прини­

допускаемые пределы изменения толщины стружек, предусмотрен­ ные действующей технологической инструкцией по производству древесностружечных плит. Путем увеличения диаметра ножевого вала при неизменной толщине пакета перерабатываемой древесины пределы изменения толщины стружек могут быть уменьшены.

В процессе стружкообразования фрезерованием необходимо учитыЕщть влияние кинематических параметров, например угол

62

расположения режущей кромки ножа в плане и к оси вращения, угол скоса ножа срс, угол резания б, угол наклона ножа ср„ к во­ локнам, которые оказывают существенное влияние на процесс ре­ зания.

Наилучшие условия резания обеспечиваются, если древесина подается волокнами параллельно оси вращения режущего инстру­ мента и резание происходит в плоскости волокон (tpH=0)- При этом необходимо, чтобы угол между волокнами древесины и лезви­ ем ножа фл >0. Для этого режущие ножи должны устанавливать­ ся под некоторым углом в плане, т. е. и>0°, так как это способст­ вует плавному резанию.

Если угол фл=0, как это наблюдается на стружечном станке ДС-6, то лезвия ножа контактируются с древесиной одновременно по всей длине отдельных волокон. При этом волокна, восприни­ мая большие давления со стороны лезвия ножа, легко вырывают­ ся, так как связь между отдельными волокнами слабее прочности самих волокон. Вследствие этого получается элементный отрыв стружек и качество их ухудшается, в особенности при резании дре­ весины хвойных пород, у которых резко выражены различия в прочности ранней и поздней древесины годичного слоя.

Условия для образования сливных стружек создаются при ре­ зании древесины с углом фл >0, который в общем случае опреде­ ляется равенством

?Л = w + (90 — фс),

где фс — абсолютная величина скоса, которая при цилиндрическом фрезеровании составляет постоянную величину в отличие от резания древесины с ножевым диском.

Постоянство углов фс, £0 И фл благоприятно влияет на условия стружкообразования при цилиндрическом фрезеровании. При реза­ нии Древесины С ножевым ДИСКОМ угол фс в каждой точке поверх­

клонные трещины и дополнительная деформация стружек). Суммарная касательная сила при измельчении древесины фре­

зерованием определяется по формуле

ур _ KBzUz (cos срвх - cos <рВЬ1Х)

Формирование толщины стружек. Толщина срезаемого слоя древесины при измельчении ее на стружечных станках и получае­ мых при этом стружек определяется величиной выпуска лезвия

63

ножа над плоскостью ножедержателя, соответствующей величиной подачи на нож и деформациями, возникающими в древесине при ее взаимодействии с режущими и базирующими элементами станка.

Схема формирования толщины стружек в процессе измельче­ ния древесины на стружечном станке показана на рис. 15.

В процессе резания в древесине возникает ряд деформаций, величина которых соизмерима с толщиной получаемых при этом стружек и оказывает влияние на формирование их толщины.

Разрушение древесины перед ножом и отделение той ее части, которая отводится в стружки, происходит на уровне II—II, лежа­ щем выше режущей кромки ножа на величину d (уровень 1-І).

Слой древесины высотой d подминается под действием ножа. При этом деформация сжатия распространяется на глубину Н (уровень III—III), причем H^>d. Сжатие древе­ сины под действием резца происходит за счет упругих,

имеет остаточную (пластиче­ скую) деформацию. Следовательно, в процессе резания древесины в стружки отводится слой, лежащий выше уровня II—II. Отсюда толщина срезаемых стружек с учетом факторов, влияющих на ее формирование, может быть выражена равенством

е = h — d или е = h —Д + k,

где А—величина упругого восстановления, определяемая равен­ ством

Д = d — k.

Одновременно в процессе подачи древесина взаимодействует с базирующим элементом станка. После прохождения процесса резания одним ножом для подачи на следующий нож заготовка древесины перемещается до соприкосновения с базирующей поверх­ ностью на величину uz. При этом за счет упругого восстановления поверхность, сформированная ножом, приближается к базовой по­ верхности на величину А. Если пренебречь величиной деформации за счет возможного сжатия древесины при ее опоре на скользящую поверхность, то величина подачи заготовки на один резец будет равна:

tiz — h — A;

64

uz = e — d Ң- k.

Из приведенных формул, характеризующих совокупность фак­ торов, влияющих на процесс формирования толщины стружек, сле­ дует, что величину подачи на нож uz необходимо определять с уче­ том величины упругого восстановления в зависимости от степени затупления ножей.

Величина упругого восстановления Д составляет до 50% тол­ щины стружек, -при этом она увеличивается по мере затупления ножей и уменьшается с увеличением скорости резания. В связи с этим подача на нож должна быть меньше величины выпуска но­ жа над скользящей поверхностью ножедержателя на величину упругого восстановления Д и уменьшаться по мере затупления но­ жей.

Установлено, что при скорости резания ѵрез 70 м/сек контакт древесины с задней гранью резца отсутствует. Это способствует повышению его износостойкости, а также улучшению качества по­ верхности стружек. С увеличением скорости резания высота мик­ ронеровностей на обеих поверхностях уменьшается. При этом ка­ чество поверхности на наружной поверхности лучше, чем на внут­ ренней. Это объясняется большей прочностью древесины на сжатие поперек волокон, которое испытывают стружки с наружной сторо­ ны в процессе резания.

В табл. 4 приведены рекомендуемые настроечные параметры стружечных станков в зависимости от толщины изготовляемых стружек и скорости резания.

Влияние толщины стружек. Установлено, что при срезании стружек толщиной 0,1—0,6 мм процесс стружкообразования не­ устойчивый установившегося типа (стружки лентообразные с не­ систематическими трещинами). Шероховатость поверхности стру­ жек с увеличением их толщины в исследуемом диапазоне ухудша­ ется на один класс (при /г = 0,1 —AÔ8, Л = 0,6—AÔ7). Такие показа­ тели качества как радиус кривизны г, показатель изменчивости ТОЛЩИН V и количество мелочи с увеличением толщины стружек улучшаются.

С увеличением толщины стружек глубина трещин и рас­ стояние между ними возрастают, а радиус кривизны умень­ шается.

Удельное сопротивление резанию К при увеличении толщины стружек уменьшается. При увеличении толщины стружек, равно и величины подачи на нож, нормальная сила R растет в сторону затягивания (отжим уменьшается) вследствие увеличения давле­ ния стружек на переднюю грань резца. Интенсивность роста силы резания Р с увеличением толщины стружек уменьшается, что при­ водит к снижению удельной работы резания.

Влияние скорости резания. При строгании с вращающимися ножами увеличение скорости резания с 16,8 до 57,6 м/сек не ока­ зывает влияния на процесс стружкообразования и качество стружки.

Для увеличения вероятности повышения измельчения древеси­ ны с положительными углами наклона питатели дисковых стру­ жечных станков рекомендуется устанавливать под углом наклона

Ф„=3=-5°.

Влияние угловых параметров резания при измельчении древе­ сины фрезерованием. При увеличении угла между лезвием ножа и волокнами древесины фл от 0 до 90° значительно улучшается ка­ чество стружек вследствие изменения характера стружкообразования (элементная стружка переходит в сливную). При дальнейшем увеличении угла фл рост качества замедляется. При резании дре­ весины с углом в плане со=ф’с (при фл=90°) условия стружкообразования улучшаются. Плоские широкие стружки получаются при резании березы с углом к»=10° и сосны м<15°.

Недостатком резания древесины с углом в плане ю>0° явля­ ется то, что получаемые при этом стружки окручиваются по вин­ товой линии, что обусловлено кинематикой процесса резания. Большая крыловатость получается у березовых стружек, так как у них радиус кривизны меньше, чем у сосновых. Учитывая, что при вторичном измельчении разрушение цельных стружек происхо­ дит параллельно волокнам древесины, этот недостаток не имеет практического значения.

Экономически целесообразно обеспечить резание древесины

встружки с углом в плане ю= 10°.

Сувеличением угла резания б от 40 до 55° качество стружек снижается незначительно. При увеличении угла фл от 0 до 10° си­ ла резания уменьшается, например для сосны на 7%. Дальнейшее увеличение этого угла приводит к росту сил резания.

Рекомендуются следующие кинематические углы резания: ô = 45-f-55°; « = 6 :16°, при этом угол ß = 39°.

С увеличением угла наклона плоскости резания к волокнам дре- ' весины фн от 0° до +10° показатели качества стружек несколько улучшаются, но значительно ухудшаются при изменении его от 0 до —10°. Это объясняется тем, что в первом случае резание древе­ сины происходит по волокнам, а во втором — против волокон. Стружки, получаемые при резании под углом фн, при вторичном измельчении разрушаются не только по ширине, но и по длине, что приводит к образованию большого количества мелочи. Реко­ мендуется применять угол наклона фн =0-ъ5°. При изменении угла фн от 0 до ±10° усилия резания увеличиваются примерно на 70%.

Влияние степени затупления ножа. Установлено, что по мере затупления ножеі) толщина срезаемых стружек уменьшается. Это объясняется увеличением высоты подминаемого слоя при увеличе­ нии радиуса закругления лезвия ножа р. Качество получаемых стружек с увеличением степени затупления ножа ухудшается. При этом качество сосновой древесины снижается более интенсивно, чем березовой.

Критические значения затупления ножей, определяемые вели­ чиной пути резца Sp, при изготовлении стружек для наружных сло­ ев плит составляют для сосны примерно 12 000 пог. м, березы —

68

24 000 пог. м (материал ножей сталь Р18). Это соответствует объе­

пути резания 22 000 пог. м равен р = 40 мк.

Расстояние между трещинами, радиус кривизны стружек, сте­ пень затупления ножа на глубину трещин в стружках не оказыва­ ют влияния. Затупление ножа вызывает увеличение шероховато­ сти стружек, так как тупая режущая кромка ножа вырывает во­ локна, разрывая их на части. Это характерно для древесины мяг­ ких пород: шероховатость у сосновых стружек больше, чем у буко­ вых и березовых.

Затупление ножа приводит к интенсивному росту силы резания и силы подачи древесины на нож. При увеличении пути прохож­ дения резца Sp до 18 000 Пог. м рост-силы резания составляет: для сосны 45%, березы 35%. При дальнейшем увеличении пути про­ хождения резца, соответственно и степени затупления ножа, уве­

растет в сторону отжима вследствие увеличения контакта задней грани резца с древесиной, так как наиболее интенсивному износу в процессе резания подвергается задняя грань резца.

Влияние влажности древесины. При измельчении древесины без гидротермической обработки получают стружки низкого каче­ ства с большим процентом мелкой фракции. Влажность измельчен­ ной древесины влияет на характер процесса стружкообразования в большей степени, чем температура.

При измельчении сухой древесины (ниже точки насыщения во­ локон) наблюдается процесс стружкообразования устойчивого неустановившегося типа, при котором получаются лентообразные стружки с систематическими трещинами на поверхности. Расстоя­ ние между трещинами примерно равно толщине стружек.

При измельчении влажной древесины (30% и более) наблю­ дается процесс стружкообразования неустойчивого установившего­ ся типа, при котором получаются лентообразные стружки с неси­ стематическими трещинами. Расстояние Между трещинами в не­ сколько раз превышает толщину стружки. На отдельных участках стружки трещины отсутствуют.

Влажность древесины при изготовлении стружек должна быть выше точки насыщения волокна. При низкой влажности (менее 20%) возрастает усилие резания и снижается качество стружек: увеличиваются число трещи«, кривизна, шероховатость и количе­ ство мелочи.

Таким образом, оптимальная влажность древесины при измель­ чении в стружки равна 30-^40%.

Силовые показатели надрезания. При измельчении древесины на дисковых стружечных станках наряду с силами резания необ­ ходимо учитывать силы надрезания резцами для получения стружек заданной длины.

60

Мощность, затрачиваемая на надрезание в дисковом стружеч­ ном станке, в зависимости от остроты надрезателей составляет 20-^30% общей мощности, затрачиваемой на измельчение древе­ сины.

Усилие на подрезание при изготовлении стружек из буковой и березовой древесины толщиной 0,2 и 0,4 мм составляет соответ­ ственно 28 и 40% усилия резания.

При применении гребенчатых ножей сила резания боковых ре­ жущих кромок гребней ножа составляет не более 10% силы реза­ ния основной режущей кромки ножа.

Если при использовании надрезных резцов сила на надрезание составляет в среднем 30% силы резания, то использование гребен­ чатых ножей приводит к экономии энергозатрат в 3 раза.

Параметры режима работы центробежного стружечного станка. Кинематика процесса измельчения древесины на центробежном стружечном станке отличается от других типов стружечных стан­ ков (дисковых, чашечных, фрезерных и с ножевым валом). Отли­ чительными факторами являются то, что исходным сырьем служит предварительно измельченная древесина в виде щепы или дроблен­ ии; подача измельчаемой древесины на нож и удержание ее в про­ цессе резания осуществляются под действием центробежной силы, создаваемой вращением режущего органа (ножевого ротора и крыльчатки); необходимая толщина срезаемого слоя древесины (стружки) обеспечивается только регулированием величины вы­ пуска лезвия над поверхностью ножедержателя (ножевого сегмен­ та); ориентация измельчаемой древесины волокнами относительно режущей кромки ножа осуществляется хаотично под действием центробежной силы.

Анализ процесса стружкообразования на центробежном стру­ жечном станке показывает, что основными факторами, характери­ зующими процесс измельчения древесины на указанном станке, являются (рис. 16): величина выпуска ножа /г; размер подножевой щели S; величина радиального зазора между крыльчаткой и ноже­ вым ротором г; радиус затупления режущих ножей р; размер и форма перерабатываемой щепы.

Величина выпуска ножей. На центробежном стружечном станке

вотличие от других типов стружечных станков необходимая тол­ щина стружек достигается регулированием величины выпуска но­ жа над поверхностью сегмента ножевого ротора. При этом на рав­ номерность толщины изготовляемых стружек влияют: отклонение

ввеличине выпуска ножей Ай от номинальной; размер подножевой щели S, имеющей несколько больший размер, чем толщина среза­ емых стружек; величина упругой деформации древесины, завися­ щая от радиуса затупления резца р; некратность толщины измель­

чаемой щепы Аещ по отношению к толщине срезаемых стружек.

С увеличением величины выпуска ножей средняя толщина стру­ жек растет. Однако увеличение средней толщины стружек отстает от роста величины выпуска ножей вследствие упругой деформации

70