Резание вторец

В производственных условиях резание древесины в торец прово­дится под различными углами к годичным слоям. Наиболее характер­ным и изученным является резание в торец под прямым углом к го­дичным слоям.

В этом случае резец внедряется в’древесину перпендикулярно к волокнам под действием силы Р (фиг. 82). При углублении резца на

величину I на передней грани возникает нормальное усилие Pot с ко­торым резец давит на древесину.

Разложим усилие Р0 на две составляющие: горизонтальную силу РХ~Р и вертикальную Р2. Из самого направления этих сил видно, что Plt к^оме передвижения резца, сжимает древесину перпендикулярно волокнам, расположенным иад передней гранью резца.

Вертикальная сила Р2 ту же часть древесины скалывает вдоль во­локон. Но сопротивление древесины сжатию перпендикулярно волок­нам больше, чем скалывание вдоль волокон. Следовательно, резец своей передней гранью вытеснит вверх подрезанную в горизонтальном направлении древесину, раскалывая ее между слоями на отдельные элементы — стружки.

Величина силы Рх изменяется от нуля (в начале образования элемента стружки) до максимума (в момент скалывания). На фиг. 83 показан ха­рактер изменения этой силы при ре­зании в торец.

Возникающая на передней грани резца сила Рх зависит от твердости обрабатываемой древесины и от угла резания 8. При увеличении угла реза­ния и сохранении остальных величин неизменными суммарное усилие при перемещении резца возрастает, что видно из фнг. 84. В том случае, если сила Р2} скалывающая дре­весину, останется неизменной, а угол резания 8 увеличится до 8,, сила Ри потребная для горизонтального перемещения резца, возрастет до значения /V При увеличении силы Рх суммарная сила давления на переднюю грань резца возрастет с Р0 до Р4.

Возрастание силы Р при увеличении угла резания объясняется:

1) более интенсивным раскалыванием снимаемой стружки по го­дичным слоям;

2) увеличенным сжатием стружки в перпендикулярном направле­нии к годичным слоям (смияание стружки);-

3) увеличением усилий, изгибающих режущую кромку резца в на-~ правлении, обратном движению резца, а следовательно, и увеличенной затупляемостью кромки.

При уменьшении угла резания уменьшается и угол заострения. До определенного момента это сказывается положительно на качестве об­работки и расходе мощности на резание. Но при малых углах заостре­ния быстрее тупится резец и лезвие его становится недостаточно же­стким, отчего происходит упругий изгиб режущей кромки. Кроме того, древесина предварительно расщепляется и снижается качество обработки.

В рассмотренных случаях предполагалось, что лезвие резца пред­ставляет собой линию, чего в действительности не бывает, так как

самый остро отточенный резец имеет радиус закруг­лення лезвия. Поэтому кар­тина работы реального рез­ца сильно отличается от рассмотренной выше. Резец с лезвием овальной формы (фиг. 85) отделяет стружку не по линии dec, л а по ли­нии abt проходящей при­близительно через центр О радиуса закругления лезвия резца. Следовательно, все подрезанные волокна, рас­положенные ниже линии abt будут изгибаться или вми­наться, в обрабатываемую плоскость до уровня линии de. По прохождении резца изогнутые и вмятые волокна под действием упругих снл выпрямляются.

При незначительной величине или полном отсутствии заднего угла а, т. е. 3=8, количество деформированных волокон возрастает, так как вследствие изменения кривой bef волокна деформируются так силь­но, что уже не имеют возможности впоследствии принять первоначаль­ное положение. Равнодействующая R0 от давления всех деформирован­ных волокон на участке резца bef при этом будет увеличиваться, а усилие резания. Р должно возрастать. При увеличении заднего угла участок bef и количество одновременно деформирующихся волокон уменьшаются.

Отсюда можно сделать следующие выводы:

1. Резец с затупленной режущей кромкой требует увеличения уси­лий резания.

2. Качество обрабатываемой поверхности при работе тупым резцом резко ухудшается из-за деформации подрезаемых волокон.

3. Увеличение заднего угла а уменьшает сопротивление трення обрабатываемой древесины о нижнюю грань резца.

Следует иметь в виду, что возможность увеличения заднего угла весьма ограничена из-за резкого возрастания давления на переднюю грань резца. Для уменьшения трения древесины о нижнюю грань резца необходимо одновременно с увеличением заднего угла хорошо затачи­вать режущую кромку и не допускать обработки древесины тупыми резцами.

Поперечное резание

Поперечное резание древесины характеризуется движением режу­щей кромки резца в поперечном направлении к годичным слоям — (фиг. 86).

При внедрении резца в древесину под действием силы Р на пе­редней грани резца возникает нормальное усилие Pot которое разла­гается на вертикальную силу Я, и горизонтальную РХ = Р. Сила Рх сжи­мает стружку, а сила Р2 перемещает стружку вверх по передней грани резца и отрывает ее элементы от материала.

При углублении резца в дре­весину на величину I и при ма­ксимальном значении силы Р« элементы стружки abed скалы­ваются, после чего резец пере­мещается, не встречая сопро­тивления, а сила Р3 падает, до нуля, В точке / начнет обра­зовываться второй элемент стружки.

Расстояние L, необходимое для передвижения резца при образовании одного элемента стружки, зависит от породы древесины н расположения годичных ко­лец и равно от двух до трех толщин стружкн. Поверхность обработки при продольном резаиии получается ворсистой, что объясняется частым скалыванием снимаемой стружки. На фиг. 87 показано изменение уси­лия резання при поперечном резании.

На качество обработки древесины, кроме геометрических характе­ристик резца и направлений волокон, сильно влияет толщина И сни­маемой стружки.

Величина усилия резания В, приходящаяся на единицу поперечного сечения стружки (мм2), называется удельным давлением или коэффи­циентом сопротивления резанию. Как показывают опыты, чем толще стружка, тем меньше удель­ное давление. Но чрезмер­ное увеличение толщины стружки может привести к ухудшению качества обра­ботки. Оптимальную тол­щину стружки можно опре­делить аналитически и гра­фически, но на практике ее преимущественно опреде­ляют опытным путем. Знать толщину стружки необхо­димо при определении уси­лий, действующих на ре­зец, или мощности, затра­чиваемой на резание.

В рассмотренных трех случаях резания сила Рг при максимальном

ее значении скалывала элемент стружки по площади bh. Обозначив коэфициент крепости древесины на скалывание через kcs, получим

величину СИЛЫ:

Р, = kCKbht

где Р2 — максимальное значение усилия скалывания стружки в кг —коэфициент крепости древесины иа скалывание в kz/mmm

£ — ширина снимаемой стружки^ в мм

h — толщина снимаемой стружки в мм. / •

Подставляя значение Я в формулу (1), определяем с _ — Ь * h • I. 2 ’ обозначив через ^ и _ ^ск *8 $ *1- 2 9 получаем F = kxbhU (2) Так как bhl есть объем элемента стружки, а величина 3 для дан­ного резца постоянна, то работа, затрачиваемая на снятие элемента стружки, пропорциональна начальному объему древесины в этом элементе. Обозначая через vx м/сек действительную скорость подачи, рав­ную в рассмотренных трех случаях резания v м/сек, получим, что число элементов стружки, снятых резцом на пути / в течение се­кунды, будет _ V / /

Подставим полученное значение скорости подачн в формулу (2) и определим работу в секунду- £F = fci • ft.- ft • /_■ pi. =ki. b.h>vl*=kl-b-h-v, откуда найдем мощность і r _ k • b • h • Щ _ kx • b • h ■ v

Скорости резания при обработке древесины могут быть весьма вы­сокими. Но при возвратно-поступательном движении режущего инстру­мента из-за сил инерции, возрастающих пропорционально квадрату скорости, достигнуть больших скоростей резания невозможно. Непре­рывно же вращающиеся резцы позволяют обрабатывать древесину при высоких скоростях резания.

Современные деревообрабатывающие станки имеют следующие скорости резания:

строгальные станки 40 м/сек;

круглопильиые станки 60—65 м/сек;

ленточнопильные станки 50—60 м/сек.

В лесопильных рамах с возвратно-поступательным движением сред­няя скорость резания только 5—6 м/сек.

Геометрические характеристики вращающегося инструмента можно определять по методу, приведенному на фиг. 88.

Фиг. 88. Элементы резца
во вращающемся режу-
щем инструменте.

На снятие стружки вращающимся резцом влияет угол резания 5. Чем больше этот угол, тем больше удельное сопротивление резанию. Но при очень малых углах резания нельзя получить нужное качество обработки, и на поверхности материала появляются задиры и легкие сколы. Поэтому в практике во вращающихся инструментах применяют­ся углы резания в пределах 60—75°; меньший предел—для мягких пород, больший — для твердых.

Вращающиеся резцы срезают стружку последовательно (фиг. 89). Каждая стружка имеет дуговую форму и переменную толщину й. В начальный момент внедрения резца в древесину толщина стружки близка к нулю, а у места выхода резца оиа достигает максимума vt. Толщина стружки vz в максимальном ее сечеиии измеряется величи­ной подачи иа один резец, которую можно определить по формуле

V • 1000

где V, —подача на один резец в мм; V — скорость подачи ь м)мин; п — число оборотов в минуту; z — число резцов.

Качество обработки определяется степенью ее гладкости. Обрабо­танная поверхность имеет следующие неровности: кинематические — от ударов ножей по обрабатываемой плоскости, вибрационные — от вибра­ции инструмента и главным образом обрабатываемого материала и не­ровности разрушения (заколы, задиры и вырывы частиц древесины).

Последний вид неровно­стей особенно часто по­является при строгании косослойных участков против волокон (см. фиг. 81) и участков с завит­ками в зоне расположе­ния сучков.

При работе вращаю­щимися резцами на по­верхности обрабатывае­мого материала получа­ются волны. Длина вол­ны равна подаче на один резец лишь при абсо­лютно точной установке лезвий всех резцов вра­щающегося инструмента. Как видно из фиг. 90, при неодинаковых радиусах резания резцов длины волн получаются разные, причем резцу с большим радиусом резания соответствует более длинная волна.

Из треугольника (фиг. 90) со сторонами R, г и vs определяем

f? = r — + v*-2v,±,

Следовательно, величины волн h и 12 характеризуются разностью ра­диусов резания и величиной подачи на один резец.

Снятие стружки резцами с разным радиусом резания вызывает не­равномерную работу ножевого вала. При этом поверхность обработки получается более грубой, чем при точной установке резцов. При боль­шем количестве ножей неточность установки оказывает такое же влия­ние, как и при двух ножах. В этом случае образуются волны различ­ной длины и глубины соответственно разнице радиусов резання каж­дой пары смежных ножей.

С увеличением подачи на резец может быть допущена большая неточность в расположении резцов, но с увеличением радиуса резания, точность установки должна быть весьма высокой.

‘ Для определения необходимой точности установки резцов (ножей) во вращающемся инструменте пользуются графиком, приведенным на фиг. 91. Он составлен для инструмента с радиусом резания 62 мм. По этому графику определяется необходимая точность установки но­жен для различных величин подачи на один резец. При определении минимальной точности установки поступают так: от точки, соответ­ствующей величине подачи, для которой определяется точность уста­новки инструмента, проводят вертикальную линию вверх до пересече-

ния с кривой; из точки пересечения опускают на вертикальную ось перпендикуляр, который и покажет искомую точность. Для подач от 1 до 4 мм на один резец требуется точность установки от 0,009 до 0,130 мм

Практически точность установки колеблется ‘от 0,5 до 0,1 мм и при исключительно тщательной установке достигает 0,02 мм.

На качество обрабатываемой поверхности сильно влияет и глубина волн / (фиг. 92), зависящая от длины волны и диаметра режущего

в—>часть кривой А на отрезке от 0 до
0,02 мм в увеличенном масштабе.

инструмента. Зависимость между глубиной и длиной волн графически показана на фиг. 92. Из этого графика видно (показано пунктиром), что встречающиеся в практике длины воли от 2 до 6 мм имеют глу­бину, не превышающую 0,08 мм.

После строгания детали подвергаются дополнительно шлифованию, циклеванию и зашкуровке. Прн этой обработке снимается значитель­ная часть неровностей.

ч Основным показателем гладкости обработанной поверхности сле­дует считать глубину волн, которая должна быть меньше величины того слоя, который будет снят с поверхности при дальнейшей обра­ботке.

В табл. 12 приведены степени требуемой гладкости для поверхно­стей, обработанных вращающимися инструментами. і