Экспериментальное прогнозирование чиночных свойств карандашей из клееной дощечки

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЧИНОЧНЫХ СВОЙСТВ КАРАНДАШЕЙ ИЗ КЛЕЕНОЙ ДОЩЕЧКИ

Гороховский А.Г.,

Шадрина Е.В.

Хорошие чиночные свойства деревянного карандаша определяют легкость его заточки. В свою очередь при производстве карандашей на достижение требуемых чиночных свойств оказывает влияние три основных фактора:

1. Выбор породы древесины (из отечественных пород это в основном кедр, а также ольха и липа);

2. Определенные свойства древесины (легкость, прямослойность, мягкость, прочность, малая гигроскопичность и др. [1]);

3. Наличие в технологическом процессе производства операции термической обработки древесины в жидком теплоносителе с целью ее пластифицирования.

В России основной породой для производства карандашей является легкая, мягкая и прочная древесина кедра (сибирской сосны). В традиционной технологии производства предусмотрены операции обработки карандашных полуфабрикатов (дощечек) аммиачной водой и острым паром и пропитки горячим парафином [1]. Отработанная многими годами технология дает на выходе качественные полуфабрикаты, из которых получаются карандаши с отличными чиночными свойствами.

Предлагаемая новая технология карандашных дощечек направлена на сбережение ценнейшей древесины кедра и увеличение полезного выхода карандашей из исходного сырья.

Для достижения поставленной цели нами было предложено изменить саму конструкцию дощечки - выполнить ее слоистой из листов лущеного шпона, склеенных с одинаковым продольным направлением волокон древесины [2]. В качестве древесного сырья была использована береза как распространенная порода для производства лущеного шпона.

Учитывая требования к теплоносителю (экологичность, термическая стабильность, низкая вязкость, химическая инертность к древесине) для операции термической модификации древесины использовался органический теплоноситель - минеральное масло [2].

Для склеивания модифицированного шпона в карандашный полуфабрикат использовался нетоксичный, недорогой клей на основе ПВАД, создающий прочный, прозрачный и пластичный клеевой слой.

Для прогнозирования чиночных свойств карандашей, изготовленных из клееных дощечек по новой технологии, необходимо провести испытания цельных кедровых и клееных березовых дощечек на усилие резания, проанализировать полученные результаты и выбрать оптимальный режим модификации и склеивания березового шпона.

Модификация шпона в масле и его склеивание в карандашные полуфабрикаты проводились на базе кафедры Древесиноведения и специальной обработки древесины Уральского государственного лесотехнического университета. Все испытания по резанию дощечек проводились на кафедре Станков и инструментов УГЛТУ на экспериментальной установке (рис. 1). Форма образца клееной дощечки представлена на рис. 2.

Рисунок 1 - Установка для элементарного резания на базе фрезерного станка НГФ-110 ШН

Образцы дощечек строгались под углом 30° к направлению волокон. При строгании под данным углом все образцы находятся практически в одинаковых условиях: учитывается слой упрессованного модифицированного шпона, клеевой слой и наибольший угол заточки будущего карандаша, поэтому мы имеем возможность максимально проследить изучаемую закономерность.

Испытания проводились в следующей последовательности:

- подготовленная дощечка размерами 100*30*T мм закреплялась неподвижно на тензометрическом датчике по отношению к режущему инструменту;

Рисунок 2 - Форма образца карандашной дощечки для строгания

- проводилось тарирование динамометра для определения масштаба сил;

- производилось несколько предварительных резов для спрямления кромки дощечки;

- индикатором регулировалась толщина снимаемой стружки;

- производилось три реза одной дощечки;

- количество дощечек, соответствующих определенному режиму модификации шпона и его склеивания, составляло 5.

Угловые параметры резания дощечек указаны в табл. 1.

Таблица 1 - Угловые параметры резания дощечки

Принцип работы установки элементарного резания следующий: образец карандашной дощечки закреплялся на измерительном тензо-стакане, на котором наклеены тензорезисторы в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

С помощью гидродвигателя суппорт перемещал измерительный стакан и образец дощечки относительно неподвижно закрепленного резца, который резал данный образец и снимал элементарную стружку. Тензоизмерительный стакан передавал электрический сигнал, пропорциональный воспринимаемым деформациям, через усилитель и устройство оцифровывания сигнала в нэтбук. Далее в программной среде «Labview» отображались силы резания.

Толщина стружки (0, 4 мм) устанавливалась путем вертикального перемещения суппорта и вращения лимба с ценой деления 0, 025 мм. Скорость резания дощечки составляла 0, 7-0, 8 м/мин.

Виртуальный стенд отображал в реальном времени входные сигналы в диапазоне от 0 до +5 В, отфильтрованные сигналы - в диапазоне от 0 до +5 В. Отфильтрованные сигналы переводились в единицы измерения мН. Все сигналы записывались на жесткий диск нэтбука в файл измерений.

Fx (мН) - горизонтальная сила резания, Fy (мН) - вертикальная сила резания

Рисунок 3 - Составляющие силы резания

Удельное усилие резания карандашной дощечки рассчитывалось по формуле [3]:

(1)

где (F_х ^рх - F_х ^рх ) - разность 100 средних значений горизонтальной составляющей силы резания на рабочем и холостом ходах, а*в - соответственно толщина и ширина срезаемого слоя, мм².

Результаты испытаний по определению значений удельного усилия резания (F_уд, Н/мм²) образцов карандашных дощечек представлены на рис. 4.

Рисунок 4 - Зависимость значений удельного усилия резания клееных дощечек от продолжительности модификации шпона при давлении прессования:

а. 0, 6 МПа; б. 0, 8 МПа; в. 1 МПа

Выводы

1. Результаты испытаний подтверждают возможность получения клееных дощечек из модифицированного шпона березы, из которых можно изготовить карандаши с чиночными свойствами на уровне или выше контрольных (кедровых). Это обусловлено следующими факторами:

· размягченным состоянием шпона после модификации,

· конструкцией пакета шпона с одинаковым продольным направлением волокон древесины,

· холодным способом склеивания дощечки с минимальными показателями упрессовки.

2. Приведенная методика позволяет достаточно точно прогнозировать чиночные свойства карандашей, изготовленных из клееных слоистых дощечек, упрощает снятие показаний резания, их перенос в другие программы для обработки.

3. Режимные параметры модификации шпона и склеивания дощечки для обеспечения будущих карандашей хорошими чиночными свойствами:

Ш Температура масла для модификации шпона - 160-200°С;

Ш Продолжительность обработки шпона в масле - 1-3 мин.;

Ш Давление прессования при склеивании дощечки - 0, 6-0, 8 МПа.

Библиографический список

клееный дощечка чиночный карандаш

1. Бобрикова Т.И., Ершов Д.П. Производство карандашей / Т.И. Бобрикова, Д.П. Ершов. Томск: Западно-Сибирское книжное издательство, 1975. 217 с.

2. Патент на полезную модель 2010129862 Российская федерация, МПК В43 К19/16, B27D1/00. Карандашная дощечка / Дружинин А.В., Шадрина Е.В.; заявитель и патентообладатель Уральский гос. лесотехн. ун-т. N 100757; заявл. 16.07.2010; опубл. 27.12.10, Бюл. N 36. 1 с.

3. Глебов И.Т. Резание древесины / И.Т. Глебов. Екатеринбург: УГЛТУ, 2001. 151 с.

Размещено на Allbest.ru