Резание древесины

Категория:
Деревообрабатывающие станки


Резание древесины

Резанием называется обработка, заключающаяся в образовании новых поверхностей путем отделения поверхностных слоев материала с образованием стружки (ГОСТ 3.1109—82*). Кроме резания в деревообработке применяют и раскрой материала, т. е. его разделение на отдельные заготовки без образования стружки (например, с помощью ножниц).

Древесина состоит из волокон, расположенных вдоль ствола и соединенных между собой. Прочность на разрыв вдоль волокон значительно выше, чем прочность на разрыв поперек волокон. Поэтому резание древесины в различных направлениях сопровождается неодинаковой затратой энергии и требует применения инструментов с разной формой (геометрией) режущих элементов.

При обработке древесины на режущий инструмент действует система сил. Равнодействующая сил, направленная на режущий инструмент при обработке резанием, называется силой резания Р, а усилие, приходящееся на единицу площади поперечного сечения снимаемой резцом стружки, — удельной силой резания К. Работу, затраченную на превращение единицы объема древесины в стружку, называют удельной работой резания.

На усилие резания влияют порода древесины, степень ее влажности, форма резца и острота его режущих кромок, температурные условия (мерзлая, пропаренная, нагретая). Так, если принять за единицу сопротивление резанию древесины сосны, то у липы оно составит 0,8, у ели — 0,9… 1, у ольхи, лиственницы—1,1, березы — 1,2… 1,3, бука— 1,3 … 1,5, дуба — 1,5 … 1,6. С увеличением влажности от нуля до точки насыщения волокон (влажность 30%) механическая прочность древесины уменьшается, с повышением температуры прочность и упругие свойства древесины снижаются.

В зависимости от вида механической обработки древесины применяют различные конструкции дереворежущих инструментов (однолезвийный, многолезвийный, с поступательным или вращательным движением). Обязательный элемент режущего инструмента— лезвие в форме клина (рис. 1). Оно образуется двумя основными поверхностями abdf — передней и acef — задней и двумя вспомогательными abc и fde — боковыми. Кромка лезвия инструмента af, образуемая пересечением передней и задней поверхностей лезвия, называется главной режущей кромкой.

При резании различают следующие углы: угол заострения р, образуемый передней и задней поверхностями лезвия; передний угол у между передней поверхностью лезвия и плоскостью Pv, перпендикулярной направлению движения резания; задний угол а, образуемый задней поверхностью лезвия и плоскостью резания.

Процесс резания древесины, связанный с внедрением лезвия инструмента в материал, отделением и формированием элементов стружки, по физической сущности достаточно сложен.

Чтобы упростить решение вопросов, связанных с резанием древесины, этот процесс сводят к более простому — элементарному резанию, характеризующемуся следующими признаками:
— резание является «открытым», т. е. ширина однолезвийного инструмента — резца — больше ширины обрабатываемой заготовки (например, при строгании брусков ручными фуганками);
— траектория резания (путь режущей кромки при снятии одной стружки) прямолинейна, скорость резания постоянна, режущая кромка перпендикулярна направлению движения резца;
— толщина стружки постоянная;
— плоскость резания и направление движения резца определенным образом ориентированы по отношению к направлению волокон и соответствуют одному из трех основных видов резания:
— резание в торец, когда режущая кромка резца перемещается в плоскости, перпендикулярной направлению волокон древесины, перерезая их;
— продольное резание, когда режущая кромка резца перемещается в плоскости волокон древесины параллельно направлению волокон;
— поперечное резание, когда режущая кромка резца перемещается в плоскости, параллельной волокнам древесины, но в направлении, перпендикулярном их длине.

Наибольшее сопротивление оказывает древесина в процессе резания в торец. При резании вдоль волокон оно уменьшается почти вдвое, а при поперечном резании — в 5…6 раз по сравнению с резанием в торец.

Рис. 1. Элементы лезвия

Лесоматериал перед изготовлением изделия обрабатывают ручными инструментами и на станках. Преобладающим видом обработки является резание древесины. Обработка древесины резанием подразделяется на следующие виды: пиление, строгание, сверление, долбление, шлифование.

Процесс резания заключается в том, что под действием внешней силы в древесину углубляется резец и отделяет от нее (срезает) частички в виде опилок или тонкой длинной стружки.

Режущие инструменты бывают простые, однорезцовые, имеющие один резец (например, стамеска, рубанок), и сложные, многорезцовые, имеющие систему резцов (например, пилы).

Резец имеет переднюю оо’т‘т, заднюю оо’п‘п и боковые грани опт и о’т‘п’, образованные этими гранями главную режущую кромку-лезвие оо’, боковые передние кромки от, о’т’ и задние кромки on и о’п’. При пилении боковые кромки также являются режущими.

При работе резца в форме клина различают следующие углы. Угол, образованный передней и задней гранями резца, называется углом заострения или заточки и обозначается буквой р (греч. «бета»). Угол, образованный передней гранью резца и плоскостью резания, называется углом резания и обозначается буквой б (греч. «дельта»).

Рис. 1. Элементы резца:
а — грани: oo’m‘m — передняя, оо’п‘п — задняя, отп и о’т‘п’ — боковые, оо’ — режущая кромка, б — углы, (5 — угол заострения, 8 — угол резания, « — угол наклона или задний угол, у— передний угол, в — резание открытое при прямолинейном движении резца, г — резание открытое при криволинейном движении резца, д — резание закрытое; 1 — обрабатываемая поверхность, 2 — поверхность резания, 3 — обработанная поверхность, 4 — плоскость резания, 5 — резец, 6 — стенка паза, 7 — дно паза, в — ширина паза

Пересечение граней образует режущую кромку или лезвие резца (см. рис. 31,а). При резании прямолинейным движением резца, имеющего прямолинейную режущую кромку, получается плоская в направлении резания поверхность, называемая плоскостью резания. Резание может быть открытым, когда при внедрении резца образуется одна поверхность резания, и закрытым при образовании за один проход резца двух или трех поверхностей резания, например, когда главная кромка резца вырезает дно паза, а боковые кромки — стенки паза (рис. 31, в, г,д).

Угол, образованный передней гранью резца и плоскостью перпендикулярной плоскости резания, называется передним углом у (греч. «гамма»). Угол, образованный задней гранью резца и плоскостью резания, называется задним углом, или углом наклона а (греч. «альфа»). При резании древесины эти углы бывают у инструментов однорезцовых и многорезцовых (у пил).

За каждый проход резца от обрабатываемой детали отделяется часть древесины, называемая стружкой. В стружке, снимаемой резцом, различают толщину, ширину и длину.

Скорость резания обозначается через и и измеряется в м/сек, скорость подачи обозначается через и и измеряется в м/мин.

Внедрение резца в древесину встречает соответствующее сопротивление, поэтому, чтобы углубить резец в древесину, необходимо приложить силу определенной величины. Сила резания, приходящаяся на 1 мм2 площади поперечного сечения стружки, называется удельной силой резания.

С повышением скорости резания удельная сила начинает возрастать, что вызывается повышением сопротивляемости древесины, превращаемой при резании в стружку. Сопротивление, оказываемое древесиной при резании, в килограммах, рассчитанноэ на 1 мм2 поперечного сечения стружки, называется удельным сопротивлением резанию.

Работа, затрачиваемая на превращение 1 см3 древесины в стружку, называется удельной работой резания и измеряется в кгм/см3.

Работа, затрачиваемая в 1 сек. на резание, называется мощностью резания и измеряется в л. с. (лошадиных силах) или в кет (киловаттах).

При резании древесины необходимо знать, под каким углом нужно ставить резец к обрабатываемой поверхности и под каким углом заточить его. От этого во многом зависит производительность труда и качество обработки. Величина углов заточки и наклона зависит от породы и твердости обрабатываемой древесины и от условий резания и чистоты обработки. Угол заточки для строгальных железок должен быть 20—30°, для стамесок — 18— 20 ; чем тверже обрабатываемая древесина, тем больше должен быть угол заточки.

При строгании в торец берется угол резания 30—35°; при строгании в направлении волокон (по слою) 45—48°; при строгании поперек волокон (в их плоскости) 48—50°.

Древесина имеет неоднородное волокнистое строение и поэтому режется по-разному в зависимости от направления резца по отношению к волокнам. Различают три основных случая резания древесины: в торец, вдоль волокон и поперек волокон.

При резании в торец волокна перерезаются поперек, преодолевается сопротивление волокон сжатию и смятию. Стружка получается мелкая, она легко ломается и рассыпается. Этот случай резания является самым трудным. Обрабатываемая поверхность получается шероховатой. Торцовое резание обозначается значком.

Рис. 2. Случаи резания:
а, б — резание продольное, в — торцовое, г — поперечное, д — продольно-торцо* вое, г — поперечно-торцовое, ж — продольно-поперечное

При резании вдоль волокон (рис. 32, а, б) все слои древесины подрезаются, не задираясь, и поверхность получается гладкой. Более толстая стружка надламывается по длине, а тонкая получается в виде шелковистой упругой ленты (сливной стружки), часто завивающейся спиралью. Резание вдоль волокон в 2—2,5 раза легче, чем резание в торец. Продольное резание обозначается значком ||.

Поперечное резание происходит при движении режущей кромки резца в плоскости волокон перпендикулярно их направлению. При резании поперек волокон волокна частично вырываются из древесины, так как они в этом направлении слабо связаны между собой, и получается короткая ломкая стружка, а поверхность шероховатая. Резание поперек волокон в 5—6 раз легче резания в торец. Поперечное резание обозначается значком #.

Производится резание и в других направлениях: продольно-торцовом, поперечно-торцовом, продольно-поперечном, а также поперечно-торцово-продольном и др.

Условия, оказывающие влияние на чистоту обработки

Чистота обработки древесины резанием определяется величиной и количеством имеющихся на обрабатываемой поверхности неровностей: вмятин, выколов, вырывов и др. На чистоту резания оказывают влияние направление резания, расположение и подпор волокон перед резцом, надламывание стружки при резании, толщина снимаемой стружки, острота заточки резца, угол и скорость резания, число действующих резцов, скорость подачи н особенности строения древесины.

Направление резания. Наиболее чистая обработка древесины достигается при резании вдоль волокон. При снятии очень тонкой стружки можно получить чистую обработку торца. Резание же поперек волокон из-за слабого соединения их способствует тому, что резец вырывает значительное количество волокон и обрабатываемая поверхность получается нечистой.

Подпор волокон перед резцом. Резец при работе изгибает стружку, которая из-за своей упругости, а иногда и косого расположения волокон, местами впереди резца откалывается, оставляя на строганой поверхности шероховатости. Чтобы получить чистую поверхность обработки без вырывов и предупредить отщепление частиц древесины при резании, древесину надо перед резцом прижать. Для этого перед резцом волокна искусственно подпирают. Чем ближе к лезвию резца сделан подпор, тем более чистой получается обработанная поверхность.

В ручном рубанке волокна подпирает передний край летка в подошве рубанка, а на станках — специальные устройства. При косом расположении волокон обрабатываемую деталь поворачивают так, чтобы строгание происходило по слою, не взадир.

Надламывание стружки. Для более чистого строгания и предупреждения отщепления стружку при срезании надламывают стружколомателем, называемым в ручных рубанках горбатиком. Стружколоматель образовавшуюся стружку загибает вперед и расчленяет на более мелкие частицы. На фуговальном и рейсмусовом станках для предохранения древесины от сколов и выры-вой перед ножевым валом устанавливают прижим, а на валу перед ножом ставят стружколоматель.

Толщина стружки. Толстая стружка больше сопротивляется изгибанию и надламыванию, чем тонкая. Поэтому толстая стружка до срезания отщепляется от обрабатываемой древесины, образуя часто перед резцом опережающие трещины. Чем тоньше снимается _стружка при резании, тем чище получается обрабатываемая поверхность. При зачистке поверхностей столярных деталей на циклевальных станках толщина стружки доводится до 0,01 мм.

Острота заточки резца. Чистую поверхность при резании можно получить только остро заточенным резцом. Затупленный резец не разрезает волокна, а сминает и разрывает их, отчего поверхность древесины получается шероховатой.

Угол резания. Увеличение угла резания способствует надламыванию стружки и повышает чистоту обработки. Увеличенный угол резания может приблизить резание к скоблению, при котором резец устанавливают к обрабатываемой поверхности под углом 90°.

Скорость резания. Скоростью резания называется скорость движения резца, измеряемая в метрах в секунду (м/сек). Чем больше скорость резания, т. е. чем быстрее движется резец, тем чище получается обрабатываемая поверхность. При большой скорости резания волокна стружки перерезаются дезвием резца значительно раньше, чем они изогнутся или отщепятся от древесины, тем самым улучшается качество обработки. Поэтому деревообрабатывающие станки работают со скоростью резания, достигающей 70—100 м/сек.

Число действующих резцов. С уменьшением числа действующих резцов (зубьев пилы, ножей в ножевой головке) происходит увеличение толщины стружки, приходящейся на один резец. Следовательно, уменьшается удельная сила резания и расходуемая мощность, а качество обработки поверхности ухудшается.

Скорость подачи. Скорость подачи — это скорость надвигания обрабатываемого материала на резцы или, наоборот, режущего инструмента на материал. Скорость подачи измеряют в метрах в минуту (м/мин). Повышение степени подачи при установившейся скорости резания вызывает увеличение толщины стружки и ведет к понижению чистоты обработки поверхности. В связи с этим для получения требуемой чистоты при больших скоростях подачи увеличивают число оборотов ножевых головок и на одной головке устанавливают больше ножей. В тех же случаях, когда этого сделать нельзя, выбирают соответствующие скорости подачи сообразно требуемой чистоте поверхности.

Особенности строения древесины. На чистоту обработки поверхности резанием влияют особенности строения древесины. Так, отщепы и вырывы древесины часто образуются около сучков, а также на свилеватых местах при резании против слоя (взадир).

Условия, оказывающие влияние на силу резания

На силу, потребную при резании, влияют углы резания и заострения резца, угол наклона резца, твердость древесины, направление резания, степень затупления резца, трение резца о стружку, ширина лезвия резца и влажность древесины.

Угол заострения резца р. При небольшом угле заострения резца требуется меньше усилий на резание. Однако малый угол не обеспечивает необходимой прочности резца, особенно при резании древесины, обладающей значительной твердостью, например дуба, бука, граба, лиственницы и др. Лезвие быстро затупляется и даже выкрошивается, в связи с чем приходится часто производить заточку и смену резца. На это затрачивается много времени. Поэтому на практике угол заострения делают значительным — в 20—30° и больше.

Задний угол а (угол наклона). Чтобы избежать трения задней грани резца о древесину, задний угол а должен быть не менее 10° к плоскости резания.

Угол резания б. Чем меньше угол резания, тем меньше усилия требуется для внедрения резца в древесину. Однако сильно уменьшать угол резания нельзя, так как от этого будет понижаться устойчивость резца и чистота обработки.

Твердость древесины. Чем тверже древесина, тем больше требуется усилий для ее резания. Так, например, если при резании древесины сосны сопротивление ее резанию принять за единицу, то сопротивление резанию древесины липы и осины составит 0,8, ели — 0,9—1, лиственницы — 1,1, березы—1,2—1,3, бука — 1,3—1,5, дуба — 1,5—1,6, ясеня— 1,5—2. Резание свилеватой или косослойной древесины также требует приложения больших усилий, чем резание прямослойной древесины в одном и том же направлении.

Направление резания. Наименьших усилий при других одинаковых условиях требует резание древесины поперек волокон. Оно легче резания в торец и резания вдоль волокон. Это обусловливается строением древесины и неодинаковой ее крепостью в разных направлениях.

Степень затупления резца. Режущая кромка резца при работе постепенно затупляется, т. е. становится заоваленной. При внедрении в древесину затупленный резец волокна не перерезает, а сдавливает, сминает и разрывает их. При этом повышается потребная сила резания по сравнению с резанием острым резцом.

После четырех часов непрерывной работы резец затупляется так, что потребная сила для резания возрастает примерно в 1,5 раза.

Трение резца о стружку. Стружки или опилки, образующиеся при резании древесины, попадая между резцом и стенками пропила или поверхностью высверливаемого отверстия, вызывают сильное трение, отчего инструмент нагревается. При этом сила резания возрастает.

Ширина лезвия резца. Когда работают резцом, ширина лезвия которого меньше ширины обрабатываемой поверхности, древесина разрушается не только лезвием, но и боковыми кромками резца. Это происходит, например, при выборке шпунта или пилении и требует увеличения силы резания, особенно в случае обработки древесины поперек волокон, когда они разрываются по длине.

Влажность древесины. Чем выше влажность древесины, тем меньше она сопротивляется резанию. Так, например, если удельное сопротивление резанию древесины влажностью 15% принять за 1, то удельное сопротивление резанию свежесрубленной древесины составит 0,9.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум