Резанием древесины называется такой технологический процесс, при котором от
обрабатываемого материала отделяется его часть посредством воздействия на него режущим
инструментом с целью получения изделия заданной формы и размеров.
Резание древесины клиновидными резцами известно с давних пор. Основы теории резания
древесины и металлов впервые были разработаны русским ученым Иваном Августовичем Тиме проф.
Петербургского горного института, опубликовавший в 1870 г. исследовательскую работу
“Сопротивление металла и дерева резанию”, выполненную на Луганском заводе. В этой книге
изложены результаты опытов по срезанию стружек и теория процесса резания. И.А. Тиме впервые
дает определение процесса резания, приводит классификацию стружек, объясняет явление усадки
стружки (изменение размера в результате пластического деформирования), доказывает, что толщина
и ширина срезаемого слоя по-разному влияет на работу резания.
На основании экспериментальных исследований установлена зависимость между силой резания
и размерами срезаемого слоя, показана периодичность процесса стружкообразования и “угол действия”
при отделении элемента стружки. Им учитывалось волокнистое строение древесины и предложено
рассматривать торцовое, продольное и поперечное резание. Для расчета силы резания Fx им была
предложена формула
Fx = Kbа,
где К – удельная работа резания, Дж/см3;
b, а – ширина и толщина срезаемой стружки, мм.
4
В настоящее время наука о резании древесины развивается по трем направлениям:
И.А. Тиме
Второе направление развивает физическую теорию резания древесины. Процесс резания рассматривается как физический. Изучаются прежде всего процессы упругого и остаточного деформирования древесины, трения на молекулярном уровне, влияние на эти процессы скорости резания. Это направление представлено школой В.Д. Кузнецова и Е.Г. Ивановского.
Третье направление использует физико-технологический метод, математически обобщающий
экспериментальные данные процессов резания в эмпирические формулы, пригодные для практических
расчетов. Формулы объединяют физические и тех-нологические параметры. Это школа
А.Л. Бершадского.
Между указанными тремя теориями резания нельзя провести резких границ. Они части
одной теории, которую изучает отечественная российскую школа обработки древесины резанием.
Эта школа занимает сейчас ведущее место в мире.
Цель и задачи теории резания древесины
1. определение усилий возникающих при резании (для обеспечения необходимой прочности
режущего инструмента);
2. определение потребной мощности на резание (выбор двигателя).
3. определение оптимальных параметров режущего инструмента.
Выполнение поставленной цели достигается путем решения следующих главных задач:
4. создания расчетного метода, который явился бы базой для рационального проектирования и эксплуатации режущих ин-трументов и станков, разработки технологических процессов, технического нормирования, подбора оборудования и расчета технико-экономических показателей;
5. создания такой теории, по которой, зная лишь физико-математические свойства обрабатываемого материала и режущего инструмента, можно было бы предсказать наилучшие методы обработки, а также силовые и качественные показатели процесса резания
Признаки простого резания
Простое (элементарное) резание
3. плоскость 1—2—5—6 — задняя грань резца
4. плоскость 7—8—9—10 — плоскость резания (обрабатываемая поверхность)
β – угол заточки,
α – угол наклона,
δ
δ – угол резания
При рассмотрении задачи резания элементарным резцом вводятся следующие допущения: длина
режущей кромки 1‑2 больше ширины материала, передняя и задняя грани ‑ плоские. Угол резания δ и
задний угол α постоянны. Такие условия резания соответствуют плоскому напряженному состоянию
древесины. Лезвие резца перпендикулярно направлению его движения, а траектория любой точки резца
прямолинейна, скорость движения υ и толщина стружки h ‑ постоянны. Процесс резания
рассматривается при толщине обрабатываемого материала много больше толщины снимаемой стружки.
Передняя грань деформирует надрезанную лезвием стружку и удаляет ее. Деформация стружки
будет тем больше, чем больше угол резания. Следовательно, сила резания и мощность, потребная на
резание, будут возрастать с увеличением угла δ. Уменьшение этого угла возможно за счет уменьшения
угла заточки β в пределах прочности резца и угла наклона α. Задняя грань резца является пассивной,
однако от состояния ее поверхности и положения относительно плоскости резания, определяемого
углом α, зависит сила отжима Ри и сила резания Рр. При прохождении резца (особенно затупленного)
подмятые волокна распрямляются, производят давление на заднюю грань. Чем меньше угол α, тем
больше величина этого давления.
1.1
1.2
где k ‑ удельное сопротивление резанию древесины, Н/м2; b ‑ ширина стружки, м; h ‑ толщина
стружки, м; Рр – сила резания, Н.
Удельное сопротивление резанию является переменной величиной, зависящей от толщины
снимаемой стружки, угла резания и затупления резца, породы и влажности древесины, направления
резания, скорости перемещения резца. Удельное сопротивление резанию определяется опытным путем,
при этом замеряют усилие резания Рр и площадь сечения стружки bh. Полученное значение
корректируется с учетом реальных условий резания, т.е. при элементарном резании удельное
сопротивление резанию определяется по формуле:
При всех направлениях резания удельное сопротивление тем больше, чем тоньше стружка.
Это объясняется тем, что несмотря на уменьшение сил деформации тонкой стружки, общее усилие,
затрачиваемое на резание, снижается медленнее, чем уменьшается толщина стружки.
Наибольшее влияние на сопротивление резанию, угол резания оказывает при резании в торец
и наименьшее – при резании поперек волокон
При элементарном резании поправочный коэффициент на влажность древесины с
увеличением влажности уменьшается, т.к. влажная древесина обладает меньшей прочностью.
При пилении, наоборот, этот коэффициент увеличивается, так как с увеличением влажности растут
силы трения между древесиной и резцом.
1.5
где: l – длина снимаемой стружки.
Из данного выражения следует, что работа, затрачиваемая на резание древесины, прямо
пропорциональна объему древесины, превращенной в стружку.
Мощность, потребная для резания древесины определяется как произведение силы
резания на скорость резания:
1.6
где: υ – скорость резания, t – время снятия объема стружки.
Из данного выражения следует, что мощность потребная на резание прямо
пропорциональна объему древесины превращенному в стружку в единицу времени, или:
1.7
где
объем древесины превращенный в опилки за 1 секунду.
В процессе резания без образования стружки резец (нож), двигаясь в направлении перпендикулярном волокнам древесины, перерезает их передней режущей кромкой, осуществляя резание в торец или близкое к нему.
Движение резания придается резцу или перерезаемому материалу При этом способе резания наблюдается смятие и изгиб волокон, вызывающие расслоение древесины. Он применяется при срезании стоящих деревьев, перерезании хлыстов и сучьев.
Усилие резания без образования стружки зависит в основном от угла заточки и других параметров резца и размеров поперечного сечения перерезаемых материалов. Исследования показали, что наибольшее значение усилие резания достигает при внедрении резца (ножа) на глубину 1/2-2/З диаметра ствола или сучка. Величина этого усилия может быть определена по следующей эмпирической формуле
аП-коэффициент, учитывающий породу древесины (сосна=1; осина=0,85; дуб=1,6);
аδ-коэффициент, учитывающий угол резания (чем больше δ, тем больше аδ);
аρ-коэффициент, учитывающий затупление зубьев;
а – учитывает физико-механические свойства древесины;
d,n – диаметр и число одновременно перерезаемых сучьев соответственно
2. Вибрационное резание. При вибрационном резании в древесине возникают упругие колебания. Можно подобрать такую амплитуду и частоту вибраций лезвия, при которой возникнет резонанс между вибрациями лезвия и колебаниями в древесине. В этом случае древесина бу-дет разрушаться при меньших напряжениях. Поэтому вибрационное резание отличается меньшей энергоемкостью.
3.Термодинамические способы резания древесины. В термодинамических способах резания древесины применяют те носители энергии, в которых она в наибольшей степени может быть использована для деления древесины с минимальными потерями.
Деление древесины струей воды осуществляется за счет использования кинетической энергии движущихся частиц воды. По данным ЦНИИМЭ, минимальная скорость струи воды должна быть равна 195 м/с. Рабочие скорости струи достигают значений 1000…3000 м/с.
Резание древесины струей раскаленного газа исследовалось в ЦНИИМЭ при истечении
газового потока со скоростью 1000 м/с и температурой 700°С.
Резание древесины раскаленной нитью или пластиной изучалось при температуре проволоки
(пластины) 800…850°С. Производительность резания составила 0,8…1,6 см2/с.
4. Резание древесины лазерным лучом. Лазерный луч оказывает на древесину световое давление и,
нагревая, превращает все ее составляющие в нагретые газы.
Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:
Email: Нажмите что бы посмотреть