Резание древесины и дереворежущий инструмент, Ч.1. (90

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический университет»

РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДЕРЕВОРЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

Методические указания к лабораторным работам

Часть 1

Казань

КГТУ

2009

УДК 674.02

Составители: проф. В.Н. Башкиров доц. Е.И. Байгильдеева доц. Г.И. Игнатьева ст. преп. А.В. Князева

Резание древесины и дереворежущий инструмент: метод. указания к лабораторным работам. Ч.1 / В.Н. Башкиров, Е.И. Байгильдеева, Г.И. Игнатьева, А.В. Князева. – Казань: Изд- во Казан. гос. технол. ун-та, 2009. – 44 с.

Приведены краткие теоретические сведения, описания материальной части лабораторных установок, методика проведения, порядок обработки результатов эксперимента, требования к оформлению отчета и контрольные вопросы для лабораторных работ.

Предназначены для студентов, обучающихся по специальности 170400 (15040565) «Машины и оборудование лесного комплекса», изучающих дисциплину «Резание древесины и дереворежущий инструмент».

Подготовлены на кафедре «Переработка древесных материалов».

Печатаются по решению методической комиссии специальностей механического профиля

Рецензенты: д-р. техн. наук, проф. В.А. Лашков д-р. техн. наук, проф. Р.Р. Сафин

2

ВВЕДЕНИЕ

Выполнение стоящих перед деревообрабатывающей промышленностью задач возможно только при эффективном использовании оборудования различных деревообрабатывающих производств. Обработка древесины резанием занимает ведущее место в деревообрабатывающих предприятиях. При обработке на деревообрабатывающих станках изменяется форма и размеры заготовок (обрабатываемого материала) снятием с них стружки режущими инструментами.

Основная цель данных методологических указаний – ознакомление студентов с основой теории резания древесины, конструкцией дереворежущих инструментов и методами практического решения задач по определению режимов обработки и производительности оборудования

Методические указания содержат описание лабораторных работ по основным процессам станочного резания древесины.

В каждой лабораторной работе сформулирована ее цель, перечислены материалы и оборудование, необходимые для ее выполнения, описан ход выполнения работы и даны задания.

3

Лабораторная работа 1

ПИЛЕНИЕ ЛЕНТОЧНОЙ ПИЛОЙ

Цель работы: практическое освоение экспериментального метода определения кинематических и динамических характеристик процесса пиления, установление численных величин этих характеристик.

1.1. Общие сведения

Отличительным признаком процесса пиления является образование в разделяемой заготовке пропила. Пропил – это щель, образуемая резцами инструмента в результате срезания и удаления узких стружек (опилок). Если процесс пиления не закончен, в пропиле можно выделить дно и боковые поверхности – стенки.

Чтобы формировать пропил, резцы инструмента должны иметь три рабочих лезвия (по числу поверхностей пропила). В отличие от простого однолезвийного открытого резания резание при пилении является трехлезвийным, закрытым. Пиление на станках осуществляется многорезцовыми (зубчатыми) инструментами – пилами, состоящими из следующих элементов: тела (1), зубьев (2), межзубной впадины (3) (рис. 1.1).

Итак, пиление – это процесс закрытого резания многорезцовым инструментом (пилой) с целью деления обрабатываемого объекта на объемно недеформированные части с превращением в стружку минимального объема древесины, расположенного между этими частями.

Виды пиления различают по форме пильного инструмента (пиление полосовой, например, рамной пилой, пиление ленточной пилой, пиление дисковой пилой и др.) и по расположению пропила относительно волокон древесины

4

(продольное пиление, при котором стенки пропила параллельны волокнам; поперечное пиление, при котором стенки пропила перпендикулярны волокнам; смешанное пиление – промежуточное между продольным и поперечным; криволинейное, когда стенки пропилов – кривые поверхности). Пиление рамными пилами (раскрой бревен на брусья и пиломатериалы) может быть только продольным; пиление дисковыми (круглыми) пилами – продольным, поперечным и смешанным; выпиливание заготовок криволинейного контура можно осуществить только узкой ленточной пилой. Важно также не путать продольное и поперечное пиление с одноименными главными видами простого резания; о виде резания можно говорить только для каждого отдельного лезвия зуба пилы.

Рис. 1.1. Элементы и характеристики пилы ас – главное лезвие;

аb и cd – боковые лезвия;

r – радиус межзубной впадины

1.2. Особенности пиления как закрытого резания

Закрытый характер резания требует соизмерения назначаемой подачи на зуб с объемом межзубной впадины пилы. Действительно, срезанные зубом пилы стружки (опилки) могут

5

располагаться исключительно (если пренебречь «просачиванием» их между телом пилы и стенкой пропила) в межзубной впадине. Но тогда емкость впадины должна быть достаточно большой, чтобы не ограничивать производительность процесса пиления, а ее профиль способствовать наибольшему уплотнению срезанной стружки и заполнению объема впадины.

Условия работы межзубной впадины оценивают коэффициентом напряженности впадины σ :

где произведение fВ = qt2з – площадь впадины; величина θ для стандартных профилей зубьев известна, например, для

Это важная формула: из нее получается формула для расчета наибольшей допускаемой подачи на зуб Sz(max), исходя из условия предельного заполнения опилками впадины между зубьями:

В знаменателе должно быть минимальное допустимое

6

значение σ , чтобы получить максимальное значение Sz (для пиления ленточной пилой σmin =0,9 - 1,2).

Устойчивая работа пилы в пропиле возможна, если устранено трение боковых поверхностей зубьев и тела (полотна, ленты, диска) о стенки. Уширение пропила достигается разводом или плющением зубьев, а также конструированием пил с режущей частью зубьев шириной, превышающей толщину тела пилы (например, пил с пластинами из твердого сплава).

Развод заключается в поочередном отгибании в разные стороны кончиков зубьев, на величину не более 1/2 высоты hз (см. рис. 1.1). При плющении кончик зуба уширяется в обе стороны, приобретая форму лопаточки. Плющение зубьев пил имеет ряд преимуществ перед разводом: пила приобретает большую устойчивость в поперечном направлении, появляется возможность работать с меньшим уширением пропила, зубья меньше изнашиваются.

От способа подготовки зубьев для уширения пропила зависит форма поперечного (нормального к траектории резания) сечения срезаемого слоя (рис.1.2).

В связи с тем, что при разводе зубья отгибаются попеременно на обе стороны полотна, на каждый зуб у стенки пропила приходится удвоенная подача, а следовательно, и удвоенная толщина срезаемого слоя 2а (рис. 1.2 а). На остальной части ширины толщина слоя равна а. Среднее значение толщины срезаемого слоя по сечению при пилении пилой с разведенными

срезаемого слоя, равна толщине зуба пилы В, мм; а – кинематическая толщина срезаемого слоя (в продольном сечении), мм; b1 – уширение пропила (развод, плющение, свес зуба) на сторону; Впр – ширина пропила, мм.

7

При пилении плющеными зубьями (рис. 1.2 б) толщина слоя по сечению асеч постоянна и совпадает с кинематической толщиной а, т.е. с расстоянием между смежными траекториями зубьев, которое определяется кинематикой процесса;

b ≈ 0,5Bпр . Ширина пропила во всех случаях равна Bnp=B+2b1.

Рис. 1.2. Форма поперечного сечения срезаемого слоя при уширении пропила:

а– разводом зубьев; б – плющением зубьев;

в– напайкой пластины со свесом на сторону

Пиление ленточной пилой – рабочий процесс ленточнопильных станков. Режущим инструментом в этом процессе резания является пила в виде бесконечной тонкой ленты с зубьями по рабочей кромке. Благодаря малой толщине ленты и соответственно минимальному уширению зубьев на сторону ширина пропила получается в 1,5 – 3 раза меньшей, чем

8

при пилении другими пилами, а значит выход пилопродукции – большим.

При применении узких (10 – 60 мм) пил можно выпиливать из пиломатериалов или щитов черновые заготовки криволинейного профиля, что необходимо в производстве многих изделий мебели.

Процесс пиления ленточной пилой предназначен для выполнения следующих технологических операций: распиливания круглых бревен и брусьев при большой высоте пропилов на тяжелых бревнопильных станках в лесопильном производстве; деления (ребрового) толстых досок и обапола на средних делительных станках в лесопильном и деревообрабатывающем производствах; прямолинейного продольного распиливания пиломатериалов и выпиливания криволинейных заготовок на легких столярных станках преимущественно в мебельном производстве.

1.3. Кинематика процесса, геометрия срезаемого слоя и обработанной поверхности

Схема пиления ленточной пилой показана на рис. 1.3 а. Рабочая часть пилы движется в вертикальной плоскости, а шкивы (нижний – приводной, верхний – холостой) располагаются один над другим.

Главное движение Dг – прямолинейное движение ленты на рабочем участке (в зоне обрабатываемого материала). Скорость главного движения U, м/с, постоянна:

шкива, мин-1.

Движение подачи – прямолинейное (за исключением выпиливания криволинейных заготовок) равномерное надвигание распиливаемого материала на пилу со скоростью Us

9

(м/мин) при помощи приводных устройств.

Рис 1.3. Схема пиления ленточной пилой (а) и геометрия срезаемого слоя (б)

Рассмотрим геометрию срезаемого слоя (рис. 1.3 б). Пусть в данный момент зуб I движется вниз со скоростью U и вправо со скоростью Us/60. Движение заготовки перенесено на зуб, а величины векторов приведены к одной размерности – м/с. Сложение векторов дает скорость резания Uе.

Векторы U и Us/60 все время постоянны по величине и направлению, следовательно, не изменяется и вектор Uе, а это значит, что траекторией зуба 1 в пропиле будет прямая 1 – 1'.

Аналогично получаются траектории зубьев II – 2 – 2' и других зубьев. Как видим, траектории зубьев в пропиле – параллельные прямые линии, расстояние между которыми по направлению подачи равно подаче на зуб Sz. Толщина срезаемого слоя (кинематическая) а=SzCos ϕ , где ϕ =arctg[Us /(60U)] – угол наклона траектории зуба к линии вершин зубьев.

Подачу на зуб Sz при пилении ленточной пилой вычисляют по основному кинематическому соотношению для этого процесса. Из малого заштрихованного треугольника (рис.

10