ГЕОМЕТРИЯ СТРУЖКИ. ВИДЫ РЕЗАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

---

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 ДС_тП). 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 j_в, измеряемый между V_a и направлением волокна в пределах заготовки в плоскости движения Д. При 0<j_в <90^о резание осуществляется против волокон, при 90^о <j_в <180^о – по волокнам, при j_в=0^о или j_в=180^о – резание продольное, при j_в=90^о – торцевое.

Еще одной характеристикой продольно-торцового резания является угол подачи j_п. Условимся измерять j_в в направлении от V_a к направлению волокон (в пределах заготовки). Тогда j_п будет измеряться в этом же направлении от вектора скорости подачи, приложенного к вершине резца, к направлению волокон: 0^о<j_п<180^о.

Продольно-поперечное резание характеризуется углом скоса j_с, измеряемым между направлением волокон и V_а в плоскости резания, 0<j_с<90^о. При j_с=90^о – резание поперечное.

Торцово-поперечное резание характеризуется углом наклона j_н, измеряемым между направлением волокон и плоскостью движения Д в плоскости, перпендикулярной плоскостям движения и резания, 0^о£j_н£90^о.

Некоторые листовые древесные материалы являются поперечно-изотропными: различия свойств материала проявляются только в направлении, перпендикулярном плоскости листа. Это ДС_тП, 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. R_mmax. Для её определения измеряют высоты H_maxi; n³5 наибольших неровностей и находят их среднее значение:

R_mmax=(H_1max+H_2max+…+H_nmax)/n=1/n H_imax

Высоту неровностей измеряют профилографом-профилометром или микроскопом МИС-11 (H_max< 70 мкм), микроскопом ТСП-4 (H_max=30…800 мкм) и индикаторным глубиномером (H_max<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: s_n=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, s_n=(N^|6x)/(bx²tg²b)=6N^|/(bxtg²b).

Отсюда видно, что при х®0 s_n®¥. При х=2…3мкм s_n 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 Н_max 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.