Результаты исследований удельной работы резания при пилении ламинированных древесностружечных плит

Размещено на http://www.allbest.ru/

БГТУ

Результаты исследований удельной работы резания при пилении ламинированных древесностружечных плит

Лукаш В.Т.

Гриневич С.А.

Гришкевич А.

Деревообрабатывающая промышленность относится к числу непрерывно совершенствующихся отраслей: меняются технологические процессы, модернизируется старое и внедряется новое оборудование, применяется более производительный инструмент. Современный рынок дереворежущего инструмента достаточно насыщен, и зачастую производственнику трудно сориентироваться при выборе без четких рекомендаций производителя. Как правило, он руководствуется только своими знаниями и полученным производственным опытом. Старая методическая и нормативная база, к сожалению, сегодня не совсем актуальна, а новой обучающей литературы и публикаций исследователей недостаточно.

Авторами было принято решение более глубоко изучить процесс обработки современных плитных материалов дисковыми пилами с пластинами твердого сплава с целью определения наивыгоднейших условий их обработки и предложения необходимых рекомендаций.

Область исследований была выбрана не случайно. В мебельной промышлености сегодня широко используются различные древесные композиционные материалы, и в частности древесностружечные плиты, облицованные пленками на основе термореактивных полимеров.

Некоторые аспекты процесса пиления ДСтП поднимались учеными и ранее, но они касались в основном обработки необлицованных плит [1, 2], и, как правило, результаты были получены для пил из инструментальных сталей либо пил с пластинками твердого сплава, изготовленных согласно ГОСТ 9769-79 [3]. Полученные данные не могут отражать реальной картины обработки ламинированных ДСтП, т. к. последние кроме повышенной абразивной способности, свойственной всем композиционным материалам, обладают и хрупким облицовочным покрытием, от качества обработки которого в основном и зависит качество выполнения операции пиления.

Кроме того, рекомендуемые ГОСТ 9769-79 пилы для распиловки плитных материалов сегодня уже мало используются, да и сам нормативный документ требует доработки в связи с тем, что появились новые конструкции пил, профили зубьев и их комбинации, применяются другие инструментальные материалы и марки твердого сплава.

Авторами ранее поднимался также вопрос о том, что рекомендации производителей и результаты исследований зачастую не совпадают [4].

Среди вопросов, требующих детального изучения, главными, на наш взгляд, являются стойкость инструмента, качество обработки, энергопотребление и режимы пиления, т. к. они до сих пор остаются открытыми. Решение данной проблемы может быть получено только путем проведения соответствующих экспериментальных исследований.

Основная часть. В качестве исследуемых были приняты рекомендуемые производителями профили: попеременно-косой (рис. 1, а), плоско-трапециевидный (рис. 1, б ) и елочно-плоский с вогнутой передней гранью (рис. 1, в).

Каждый профиль имеет свои конструктивные особенности и геометрические характеристики, что, безусловно, будет отражаться на условиях работы зубьев.

При раскрое ламинированных ДСтП пилами с попеременно-косым профилем зубьев (рис. 1, в) обеспечивается эффект подрезки наружных поверхностей обрабатываемого материала. В то же время для этой формы зубьев характерен больший линейный износ, т. к. основная нагрузка приходится на вершину трехгранного угла, что приводит к достаточно быстрому его затуплению и появлению сколов на поверхности пропила.

Профили зубьев дисковых пил с пластинами твердого сплава для распиловки ламинированных ДСтП: а - попеременно-косой, б - плоско-трапециевидный, в - елочно-плоский с вогнутой передней гранью

Стойкость пил с плоско-трапециевидным профилем зубьев (рис. 1, б) значительно выше, чем предыдущего, поскольку на резцах с «трапецией» отсутствуют острые углы. В данном случае основную нагрузку несет трапециевидный зуб - он формирует пропил, а прямой выравнивает его, выполняя легкий финишный рез по бокам пропила [5].

Комбинация зубьев, представленная на рис. 1, в , также позволяет постепенно обрабатывать материал. Зуб треугольной формы осуществляет рассечение поверхностного слоя. Его заостренная форма облегчает удаление материала, позволяет избегать сдавливания и образования сколов. Вогнутая поверхность передней грани обеспечивает плавную обработку материала, начиная с боковых сторон зуба к центру. При такой форме зуба, по словам производителей инструмента, пропил получается ровным и без сколов, что позволяет обходиться без подрезающей пилы. Однако практика использования на производстве пил с елочно-плоским профилем и вогнутой передней гранью зубьев показала, что полностью исключить сколы на двустороннем «ламинате» при пилении такими пилами невозможно, но их размеры и количество можно уменьшить.

Широкое использование последнего профиля, а также ряда других, появившихся относительно недавно (G5 «Leuco») ограничено трудностями, связанными с их подготовкой. В связи с чем последние не получили такого распространения, как первые два.

Представленные особенности работы разных профилей отражаются и на силовых показателях процесса раскроя ДСтП.

В работах [6-8] приведены результаты экспериментальных исследований, проведенных авторами на кафедре деревообрабатывающих станков и инструментов Белорусского государственного технологического университета. В частности, получены уравнения регрессии, отражающие влияние подачи на резец Uz (мм), скорости резания V (м/c), величины выхода пилы из пропила а (мм) на выходные показатели:

* начальная мощность резания (мощность при остром резце), Y1 (Вт):

- попеременно-косой профиль зубьев

- плоско-трапециевидный профиль зубьев

* конечная мощность резания (мощность при появлении сколов) - Y2 (Вт):

- попеременно-косой профиль зубьев

- плоско-трапециевидный профиль зубьев

* технологическая стойкость (путь резания до появления сколов на поверхности облицовочного материала) - Y3 (м):

- попеременно-косой профиль зубьев

- плоско-трапециевидный профиль зубьев

Исследования проводились на экспериментальной установке, созданной на базе промышленного станка ФСА, позволяющей регистрировать силовые показатели процесса пиления [9]. Полезная мощность на резание рассчитывалась через крутящий момент на шпинделе станка, который определялся по величине разбаланса тензомоста.

Для получения уравнений регрессии, описывающих выходные характеристики процесса пиления, использован B-план второго порядка. Адекватность полученных математических моделей подтверждена проверкой по F-критерию Фишера.

Сравнение технологической стойкости твердосплавных пил убедительно доказывает целесообразность применения плоско-трапециевидного профиля, стойкость которого существенно больше [8].

Существующие методы расчета мощности процесса пиления древесностружечных плит основаны на определении удельной работы резания [1, 10, 11]: резание ламинированный древесностружечный плита

где K - удельная работа резания, Дж/см3; b - ширина пропила, мм; h - высота пропила, мм; VS - скорость подачи, м/мин;

В свою очередь удельная работа резания определяется через табличное значение KT с учетом поправочных коэффициентов:

где KТ - табличное значение удельной работы резания при заданной толщине стружки, Дж/см3 [11, табл. 15 с.168]; - коэффициент, учитывающий влияние объемного веса плиты; - коэффициент, учитывающий содержание связующего; - коэффициент, учитывающий влияние скорости резания; - коэффициент, учитывающий износ резца.

Значение KT можно определить также по формуле, полученной на основе обработки экспериментальных данных проф. А.Л. Бершадского [11]:

где А - коэффициент, зависящий от группы плит: при распиловке плит I группы (изготовленные из резаной стружки) - А = 1; II группы (изготовленные из стружки-дробленки) - А = 0,833; III группы (изготовленные из стружки-отходов д/о станков) - А = 0,825; e - средняя толщина стружки, мм.

Поэтому теоретически важным аспектом является определение удельной работы резания K (Дж/см3) при обработке ламинированных древесностружечных плит инструментом, оснащенным твердосплавными зубьями именно плоско-трапециевидного профиля, а также сравнение полученных результатов с данными общепринятой методики расчета.

Удельную работу резания при пилении ламинированной древесностружечной плиты находили через начальную мощность резания Р0, определенную с помощью полученной математической модели (2).

Для расчета удельной работы резания приняли начальную мощность процесса, чтобы исключить влияние затупления зубьев ас (ас = 1).

Графики, построенные по результатам расчетов, представлены на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость удельной работы резания от подачи на резец по результатам эксперимента

Для нахождения удельной работы резания K по методике [10] определили значения поправочных коэффициентов для плиты, использованной в эксперименте(;

= 1;; ;).

По формуле (8) с учетом найденных значений поправочных коэффициентов была рассчитана удельная работа резания. Результаты расчетов, проведенных для нижнего, нулевого и верхнего уровней варьирования переменных факторов, представлены в виде графиков (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость удельной работы резания от подачи на резец по результатам расчета

Очевидно, характер зависимостей удельной работы резания на рис. 2 и 3 одинаков, однако значения различаются. Таким образом, можно утверждать, что методика расчета сил и мощности резания при пилении древесностружечных плит, представленная в литературе [1, 10,11], должна быть доработана с учетом внедрения в производство новых профилей зубьев твердосплавных дисковых пил.

Заключение. Получены значения и построены зависимости удельной работы резания от подачи на резец при раскрое ламинированных древесностружечных плит твердосплавными пилами с плоско-трапециевидным профилем зубьев. В результате сравнения экпериментальных данных с результатами расчета по существующей методике установлено, что зависимости имеют идентичный характер, но значения удельной работы резания при использовании плоско-трапециевидного профиля меньше (в 1,2-1,9 раза).

Литература

1. Цуканов, Ю. А. Обработка резанием древесностружечных плит / Ю. А. Цуканов, В. В. Амалицкий. - М.: Лесная пром-сть, 1966. - 94 с.

2. Ивановский, Е. Г Фрезерование и пиление древесины и древесных материалов / Е. Г. Ивановский, П. В. Василевская, Э. М. Лаутнер. - М.: Лесная пром-сть, 1971. - 96 с.

3. Пилы дисковые с твердосплавными пластинами для обработки древесных материалов. Технические условия: ГОСТ 9769-79 / Министерство станкостроительной и инструментальной промышленности. - Взамен ГОСТ 9769-69; введ. с 01.01.1981 г. до 01.01.1986 г. - Москва: Государственный комитет СССР по стандартам, 1979. - 15 с.

4. Лукаш, В. Т. Влияние подачи на резец на технологическую стойкость режущего инструмента при пилении ламинированных ДСтП / В. Т. Лукаш, С. А. Гриневич // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2008. - Вып. XVI. - С. 230-234.

5. Мелони, Т. Современное производство древесностружечных и древесноволокнистых плит: пер. с англ. В. В. Амалицкого и Е. И. Карасева / Т. Мелони. - М.: Лесная пром-сть, 1982 - 416 с.

6. Лукаш, В. Т. Технологическая стойкость и начальная мощность при обработке ламинированных ДСтП пилами с попеременно-косым профилем зубьев / В. Т. Лукаш, С. А. Гриневич // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2009. - Вып. XVII. - С. 317-321.

7. Лукаш, В. Т. Технологическая стойкость и начальная мощность при обработке ламинированных ДСтП пилами с плоско-трапециевид-ным профилем зубьев / В. Т. Лукаш, С. А. Гриневич // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2010. - Вып. XVIII. - С. 234-239.

8. Лукаш В. Т. Влияние профиля зубьев дисковых пил с пластинами твердого сплава на технологическую стойкость и потребляемую мощность при обработке ламинированных древесностружечных плит (ЛДСтП) // В. Т. Лукаш, С. А. Гриневич //Труды БГТУ. - 2011. - № 2: Лесная и деревообраб. пром-сть. - С. 256-262.

9. Кравченко, А. С. Применение силоизмерительного телеметрического устройства для исследования процессов пиления древесных материалов / А. С. Кравченко, В. Т. Лукаш // Труды БГТУ. Сер. II., Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2006. - Вып. XIV. - С. 172-174.

10. Бершадский А. Л. Резание древесины / А. Л. Бершадский, Н. И. Цветкова. - Минск: Вышэйшая школа, 1975. - 303 с.

11. Любченко, В. И. Резание древесины и древесных материалов: учеб. пособие для вузов / В. И. Любченко. - М.: Лесная пром-сть, 1986. - 296 с.

Размещено на Allbest.ru