Методические указания и задания для домашней контрольной работы №1,№2 по дисциплине: «Оборудование деревообрабатывающего производства» (стр. 3 из 22)

Прежде чем изучить действие этих сил при резании древесина реальным резцом, необходимо ознакомиться с действием сил при резании элементарным резцом по схеме, впервые предложенной в 1870 году основателем теории резания древесины русским ученым, профессором И.А.Тиме (см. рекомендованную литературу).

При сложении всех сил, действующих в процессе резания, получаем суммарную силу S, которая может быть направлена под углом к направлению скорости резания. Сила S раскладывается на два взаимно-перпендикулярных направления, тогда горизонтальная составляющая суммарной силы S называется касательной силой резания, обозначается буквой F. Сила резания всегда имеет одно направление - от резца в сторону вектора скорости резания. Вертикальная составляющая суммарной силы называется нормальной силой, обозначается буквой Q ; в зависимости от направления ее по отношению к объекту обработки нормальная сила может быть отжимающей (сила отжима), с которой древесина стремится вытолкнуть резец выше обрабатываемой поверхности, и затягивающей (сила затягивания), с которой древесина стремится затянуть резец ниже обработанной поверхности.

Необходимы такие условия резания, которые обеспечили бы минимальное значение нормальной силы Q , так как она полезной работы не выполняет. На практике эта сила имеет место, когда нарушается принятая геометрия резца, например угол резания у ленточных столярных пил должен быть в пределах 80-85°, если же угол увеличивается до 90°, то возникает сила отжима, отталкивающая резец от древесины, если наоборот уменьшается угол резания, то возникают силы затягивания, затягивающие резец в древесину.

рис.4

Силы, действующие со стороны резца на древесину

Далее следует разобраться в определении силы резания, удельной работы резания и удельной силы резания.

При резании затрачивается работа на отделение стружки, деформирование стружки и уплотнение зоны древесины вблизи лезвия а также на трение резца о древесину и стружки о резец. В этом случае учитывается суммарная сила сопротивления передвижении резца, которая называется сопротивлением резанию.

Касательная сила резания, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения стружки, называется удельной силой резания, обозначается буквой К и имеет размерность н/мм².

Работа, затрачиваемая на превращение I см³ древесины а стружку, называется удельной работой резания К выражается в Дж/см³. Следует иметь в виду, что удельная сила резания (в н/мм²) и удельная работа резания (в Дж/см³) численно равны между собой, но имеют разный физический смысл

K_раб = Дж/см³ = Н*1000 мм/(10мм)³ = H/мм² = К_сила

Необходимо помнить, что удельная сила и удельная работа резания не являются постоянными величинами.

Основное влияние на них оказывают порода древесины, влажность и температура древесины, угол перерезания волокон, степень затупления резца, угол резания, толщина стружки, скорость резания.

Удельную силу резания можно определять различными способами: по таблицам, разработанным отдельными исследователями, по номограммам Е.Г.Ивановского и по общей формуле, единой для всех случаев разания древесины:

К=К_т*а_n*a_w*a_δ*a_v*a_h*a _ρ , н/мм² (3)

где К_т- табличное значение удельной силы резания, подученное в результате

экспериментов для сухой сосны при δ=45⁰, h = 1мм, V = 10 м/с (см. приложение 3, таблицы 1…4);

а_n – поправочный коэффициент на породу древесина (приложение 3, таблица 5);

a_w – поправочный коэффициент на влажность древесины (приложение 3, таблица 6)

a_δ – поправочный коэффициент на угол резания;

a_v - поправочный коэффициент на скорость резания (приложение 3, таблица 8);

a_h - поправочный коэффициент на толщину стружки (приложение 3, таблица 9);

a _ρ- поправочный коэффициент на степень затупления резца (приложение 3, таблица 7 ).

Для упрощения расчетов в формулу I вводят только поправочные коэффициенты на те величины, которые наибольшим образом сказываются на величину удельной силы резания, т.е. порода, влажность древесины, степень затупления резца, скорость резания, тогда формула I принимает вид:

К=К_т*а_n*a_w*a_v *a _ρ , н/мм² (4)

Для определения величины К_т следует знать величину подачи на один резец U_z которая определяется по формуле:

U_z = U*1000/n*Z, мм (5)

где U - скорость подачи, м/мин;

n - частота вращения инструмента, мин^-1

Z - число резцов инструмента.

Для лесопильных рам подача на один резец определяется по формуле

U_z = ∆*t/S, мм

где ∆ - посылка, т.е. подача на один оборот коленчатого вала, мм;

t - шаг зубьев пилы, мм;

S - ход пильной рамки, мм.

Далее необходимо разобраться в определении усилия резания, затрачиваемого на удаление с обрабатываемого объекте объема материала в одну секунду (см³/с)

F = K/V*(S*u/60), Н (6)

где К - удельная сила рез8ния, Н/мм ;

V - скорость резания, м/с;

S - площадь поперечного сечения стружки, мм;

u - скорость подачи, м/мин.

Выражение в формуле, взятое в скобки, есть объем материала, удаляемого с обрабатываемого объекта за одну секунду.

Заменив величину S произведением b * h

где b - ширина стружки, мм

h - толщина стружки, мм,

получим

F = K*b*h*u/60*V, Н (7)

Работа, затрачиваемая не измельчение I см³ древесины за одну секунду, называется мощностью резания, обозначается буквой Р и определяется по формуле:

P = F * V, Вт или P= F*V/1000, кВт

где F - сила резания, Н;

V - скорость резания, м/с.

Подставив в формулу (8) значение силы F (формула 7), получим:

P = K*B*h*u/1000*60, кВт.

Практическая работа №2

Изучение процессов стружкообразования для различных случаев резания.

Литература: Л1 с. 17- 40

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение движения резания. Как определяется скорость движения резания для вращающихся инструментов? Ее размерность.
2. Дайте определение движения подачи.
3. Дайте определение понятия "стружка-отход".
4. Дайте определение понятия "стружка-продукт".
5. К какому виду "стружка-отход" или "стружка-продукт" относится стружка при: а/ пилении, б/ фрезеровании, в/ цикловании, г/ лущении шпона, д/ изготовлении кровельной щепы.
6. Назовите характеристики качества обрабатываемой поверхности.
7. Что такое касательная сила и как она изображается на схеме процесса резания?
8. Что такое нормальная сила и как она изображается не схеме процессе резания?
9. Когда нормальней сила является силой отжима и когда силой затягивания?
10. Дайте определение удельной силы резания и укажите ее размерность.
11. Дайте определение удельной работы резания и укажите ее размерность.
12. Какие факторы влияют на удельную силу резания?
13. Как определяются сила в мощность резания?

1.3. Процессы станочного резания.

Расчеты режимов резания деревообрабатывающих станков.

Классификация процессов по технологическому назначению. Пиление рамными, ленточными и круглыми пилами, фрезерование, точение, сверление, долбление, шлифование, строгание, лущение, измельчение на щепу и стружку, бесстружечное резание.

Сущность процессов, кинематика, геометрия стружки и обработанной поверхности, особенности стружкообразования, сила и мощность резания, требования к конструкции режущего инструмента, пути увеличения производительности процессов и повышения качества обработки.

Методические указания

В этой теме учащийся должен разобраться в технологической сущности основных процессов обработки древесины: пилении, фрезеровании, строгании, сверлении, шлифовании, долблении, точении.

Изучать отдельные процессы резания лучше в такой последовательности:

определение процесса;

технологическое назначение процесса;

применяемый режущий инструмент и его особенности;

кинематика процесса (траектория резания, толщина стружки и т.д.);

динамика процесса (сила„ и мощность резания);

качество получаемой в процессе резания поверхности;

характерные особенности, присущие процессу резания.

Пиление. В зависимости от направления плоскости пропила по отношению к волокнам древесины различают пиление четырех видов:

торцовое - плоскость пропила перпендикулярна направлению волокон (разделка долготья на сортименты, торцовка досок);

продольное - плоскость пропила параллельна волокнам (выпиловка брусьев, досок, обрезка кромок у досок и др.);

смешенное - плоскость пропила расположена под некоторым углом, отличным от 90° по отношению к волокнам, криволинейное пиление.

По виду инструмента пиление классифицируется на: I/ пиление рамными пилами;

2/ пиление ленточными пилами;

3/ пиление круглыми пилами.

Процесс пиления происходит в закрытом пространстве, называемым пропилом. Геометрия поверхности пропила складывается под влиянием многих факторов процесса пиления: способа подготовки зубьев, качества выполнения этой операции, устойчивости пилы во время работы, выбора скорости подачи и др. Следует помнить, что расчетным путем установить высоту неровностей на поверхности обработки с учетом всех исходных факторов для процессов станочной обработки вообще и для пиления в частности практически невозможно. Поэтому в расчетах используют результаты экспериментальных данных - зависимость шероховатости от величины подачи на зуб U_z(см. приложение 4).