ГЕОМЕТРИЯ СТРУЖКИ. ВИДЫ РЕЗАНИЯ
ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ.
Срезаемый слой – это часть материала заготовки, заключенная между двумя соседними поверхностями резания.Отделенный от заготовки слой называют стружкой. Она может быть отходом (когда при пилении, фрезеровании ,сверлении ее качество и размеры не имеет значения ) и продуктом , когда предназначена для специальных целей (качество и размеры должны соответствовать определенным требованиям- лущеный и строганый шпон , cтружка для ДСтП). Стружку – отход после дополнительной механической обработки иногда используют в технологических целях.
Форма и размеры стружки, характер ее дальнейшего использования влияют на усилия, мощность и качество резания. Толщина срезаемого слоя h- это расстояние между предыдущей и последующей поверхностями резания, измеренное по нормали к последующей.
Длина слоя l- это отрезок абсолютной траектории резания, заключенный в пределах срезаемого слоя. Ширина срезаемого слоя b – это расстояние между его боковыми сторонами.
Различают номинальные размеры, относящиеся к недеформированному слою и определенные только кинематикой (рабочими движениями) резания и фактические размеры стружки, претерпевшей значительные деформации при резании.
В расчетах по резанию пользуются номинальными размерами срезаемого слоя.
![]() |
Древесина – анизотропный материал, имеющий различные свойства по разным направлениям. Таких направлений три: Одно вдоль волокон и два поперек: радиальное и тангенциальное.
Различают три главных вида резания древесины.
I. Резание древесины вдоль волокон – продольное, обозначается II, при котором плоскость и направление резания параллельны волокнам древесины.
2.Резание древесины в торец – торцевое, обозначается ^, при котором плоскость и направление резания перпендикулярны волокнам древесины.
3. Резание древесины поперек волокон ,- поперечное, обозначается при котором плоскость резания параллельна волокнам древесины, а направление резания перпендикулярно к ним.
Существуют также переходные (промежуточные) виды резания:
продольно-торцевое II-^; продольно-поперечное II-,торцово-поперечное I-
; переходное от каждого из перечисленных переходных видов к третьему главному виду-продольно-торцово-поперечное II-^-
.
Характеристикой продольно-торцевого резания является угол встречи jв, измеряемый между Va и направлением волокна в пределах заготовки в плоскости движения Д. При 0<jв <90о резание осуществляется против волокон, при 90о <jв <180о – по волокнам, при jв=0о или jв=180о – резание продольное, при jв=90о – торцевое.
Еще одной характеристикой продольно-торцового резания является угол подачи jп. Условимся измерять jв в направлении от Va к направлению волокон (в пределах заготовки). Тогда jп будет измеряться в этом же направлении от вектора скорости подачи, приложенного к вершине резца, к направлению волокон: 0о<jп<180о.
Продольно-поперечное резание характеризуется углом скоса jс, измеряемым между направлением волокон и Vа в плоскости резания, 0<jс<90о. При jс=90о – резание поперечное.
Торцово-поперечное резание характеризуется углом наклона jн, измеряемым между направлением волокон и плоскостью движения Д в плоскости, перпендикулярной плоскостям движения и резания, 0о£jн£90о.
Некоторые листовые древесные материалы являются поперечно-изотропными: различия свойств материала проявляются только в направлении, перпендикулярном плоскости листа. Это ДСтП, ДВП, многослойная фанера, ДСП – древеснослоистые пластики и др. При этом различают три главных направления резания.
Плоское (резание по плоскости слоев #c),когда векотр скорости резания Va и плоскость резания совпадают с плоскостью слоя.
Продольное (резание вдоль слоев ||c), когда Va параллелен плоскости слоев, а плоскость резания перпендикулярна к ним.
Поперечное (резание поперек слоев, c (непараллельно), когда Va и плоскость резания перпендикулярны слоям.
Между этими главными видами также существует множество переходные по аналогии с резанием древесины.
Рабочая зона резца
и ее трансформация в процессе резания.
Исходные характеристики процесса резания определяются рядом факторов (лат. – движущая сила, здесь – условие протекания процесса), которые группируют следующим образом:
1. Факторы, относящиеся к заготовке: вид материала (древесина – порода, влажность), его физико-механические свойства, наличие в материале связующего и др.
2. Факторы, относящиеся к резцу: угловые параметры и геометрия резца, физико-механические свойства материала резца, степень шероховатости граней и острота резца и др.
3. Режим и размеры обработки: толщина и ширина срезаемого слоя, скорости подачи и резания, толщина припуска, направление резания по отношению к направлению волокон. Эти факторы задаются условиями и требованиями технологического процесса, определяют протекание процесса резания: величины усилий резания, характер стружкообразования и качество поверхности обработки. Рассмотрим качество обработки.
Поверхность, образованная резанием, всегда отличается от номинальной, заданной чертежом. Отклонения от заданной формы поверхности характеризуют точность механической обработки, а отклонения от идеально гладкой поверхности – её шероховатость. Точность обработки помимо процесса резания зависит от точности станка и процессов в системе СПИД (станок – приспособление – инструмент – деталь). Качество резания характеризуется также шероховатостью обработанной поверхности, которая представляет собой чередование выступов и впадин, возникающих вследствие строения древесины, древесных материалаов и вследствие процесса резания. Величина анатомических неровностей (структурных) не зависит от процесса резания и обусловлена размерами полостей сосудов древесины (или расположением древесных частиц в плитных материалах). Резание вызывает появление таких неровностей, как риски, кинематические, вибрационные неровности, неровности упругого восстановления и неровности разрушения (мшистость, ворсистость, сколы). По ГОСТ 7016-82 основным параметром при оценке шероховатости служит максимальная высота неровностей поверхности. Rmmax. Для её определения измеряют высоты Hmaxi; n³5 наибольших неровностей и находят их среднее значение:
Rmmax=(H1max+H2max+…+Hnmax)/n=1/n Himax
Высоту неровностей измеряют профилографом-профилометром или микроскопом МИС-11 (Hmax< 70 мкм), микроскопом ТСП-4 (Hmax=30…800 мкм) и индикаторным глубиномером (Hmax<800мкм). В условиях производства шероховатость можно оценить путем сравнения с образцами (эталонами), изготовленными из того же материала тем же видом резания, что и обрабатываемые детали. Шероховатость эталонов определяется заранее с помощью приборов.
Рабочую зону резца составляют лезвие и прилегающие к нему участки передней и задней поверхностей. Главная роль при резании принадлежит лезвию. У идеального, абсолютно острого резца лезвие определяется пересечением двух поверхностей (передней и задней). Однако, уже после непродолжительной работы лезвие реального резца закруглено (проф. Дешевой М.А.) Резец представляет собой клин с углом b при вершине. Он действует на стружку силой N перпендикулярно передней грани na. Сила N|=- N изгибает резец. Резец можно рассматривать как консольную балку переменного сечения. В сечении резца 1-1, отстоящем от вершины (лезвия) на расстояние x возникают напряжения изгиба: sn=M/W=(N|x)/((by2)/6), где М – момент изгиба в сечении 1-1, W–момент сопротивления изгибу поперечного сечения резца 1-1, y – высота сечения 1-1, в – ширина резца. Поскольку y=txgb, sn=(N|6x)/(bx2tg2b)=6N|/(bxtg2b).
Отсюда видно, что при х®0 sn®¥. При х=2…3мкм sn достигают значений предела прочности материала резца, поэтому его кончик неизбежно обламывается. Изломанное лезвие приобретает вид площадки, углы которой при резании обкатываются и лезвие закругляется. При резании древесины острым резцом происходит многократное обламывание кусочков кончика резца по мере нарастания силы N’. Этот процесс продолжается, пока высота сечения y не стабилизируется. В итоге лезвие реального резца – это переходная поверхность (кривая), соединяющая переднюю и заднюю поверхности. Характеристики переходной поверхности объединяют в понятие микрогеометрии резца: продольной (вдоль лезвия) и поперечной (в нормальном к лезвию сечении). Продольная микрогеометрия характеризуется шероховатостью режущей кромки (максимальная высота Нmax неровностей профиля). Поперечная микрогеометрия – профилем лезвия в нормальном сечении. У идеально острого резца – это точка N. У реального резца этот профиль обычно принимают за дугу окружности радиуса r( радиус затупления). Два чертежа.
В начальном состоянии рабочие участки передней и задней граней резца – плоские, шероховатость лезвия Н мах=4…5мкм, радиус затупления r=3…5мкм.
Во время резания под действием сложных физико-химических процессов (механическое истирание, окисление, тепловой износ, электрохимическая коррозия, абразивный износ) происходит износ резца, изменение геометрии и микрогеометрии элементов его рабочей зоны. Резец тупится, теряет остроту и режущие свойства.
Затупление резца характеризуют разными параметрами.
В большинстве случаев резания натуральной древесины ограничиваются радиусом затупления r, т.к. он оказывает главное влияние на силы резания, стружкообразование. При обработке древесных материалов типа ДСтП, слоистой клееной цементностружечных и других плит, фанеры при интенсивном износе резца по задней грани параметром затупления выбирают величину (ширину) фаски по задней грани Х.