Рабочие процессы дерево обрабатывающих машин

Процессы резания.

Рабочими называются машины для облегчения или замены труда человека при выполнении технологических операций какого – либо производственного процесса. Различают следующие рабочие процессы деревообрабатывающих машин.

1. Механическая обработка. Из первичного древесного сырья получают изделия и детали определенных форм, размера, и качества, придают эти свойства собранным узлам и изделиям. Осуществляется резанием, раскалыванием, давлением, дроблением. Резанием называют нарушение связи между частицами материала по строго заданному направлению, когда обрабатываемый объект разделяется на части с образованием стружки или без нее. Раскалывание – разделение древесины по слоям, объекты имеют строго заданной формы (подготовленные операции). Обработка давлением для массивной или измельченной древесины. У массивной древесины изменяют форму.

Прессование не распространено из – за малой пластичности древесины

2. Гидротермическая обработка состоит из ее сушки древесины и, если нужно, пропитки. Сушка - процесс удаления влаги из древесины с целью придания ей равномерной влажности и стабильности свойств при дальнейшем использовании. В процессе сушки в идеале внутренние напряжения по сечению материала устраняются. Однако, в процессе обработки при делении материала на части равновесие внутренних напряжений может нарушиться, что приводит к дроблению, растрескиванию и пр. Пропитка заключается во введении в древесину различных жидких составов с целью окраски, пластификации, антисептирования, консервирования, огнезащиты и пр. Осуществляется чаще под давлением (внешним) и без него.

3. Склеивание позволяет получать изделие заданной формы и свойств или улучшить его внешний вид (облицовывание). Процесс склеивания состоит из двух операций: нанесение клея и запрессовка.

4. Сборка – это процесс соединения отдельных деталей и элементов (не только древесных) в готовое изделие без склеивания. Сборку производят с помощью специальных сборочных приспособлений и станков на одном месте или конвейере.

5. Отделка заключается в создании на поверхностях деревянных изделий и изделий покрытий, защищающих изделие от вредных воздействий, улучшающих эксплуатационные и декоративные качества. Различают прозрачную (прозрачными лаками), непрозрачную (непрозрачной пленкой, краской, эмалью, пластиком, бумагой) и имитационную (глубоким крашением, декаративной печатью, облицовыванием пленками и пластиком). Процесс отделки состоит из следующих стадий: подготовка к отделке, нанесение покрытия, облагораживание покрытия.

Рассмотренные рабочие процессы будут подробно изучаться в соответствующих технологических дисциплинах. В рамках данного курса основное влияние будет уделено вопросам механической обработки. Поскольку большую долю в операциях механической обработки занимает процесс резания, он представляет главный интерес.

Определение и классификация процессов резания.

Резание – это технологический процесс разрушения связей между частицами обрабатываемого материала по заданной поверхности с целью получения изделия требуемых размеров, формы и шероховатости. Технологические цели процесса резания разнообразны. В группе производств по первичной обработке древесины резанием выполняют деление бревен на доски, бруски или листовые полуфабрикаты – лущеный и строганый шпон, удаляют припуски (поверхностные слои) досок и заготовок для придания им точной формы, размеров и шероховатости; измельчение низкокачественной древесины и отходов на мелкие частицы для изготовления плит и бумаги. В группе производств по вторичной обработки древесины процесс резания используется для превращения продукции производств первичной обработки в готовые детали изделий. При резании древесины одновременно имеют место механические, физические и химические явления.

Механические явления процесса резания - это деформации обрабатываемого материала резцом и напряжения в следствие этих деформаций; трение между обрабатываемым материалом и резцом, силы резания и т.п.

Физические явления процесса протекают на поверхности скольжения древесины по резцу и связаны с превращением затраченной на резание энергии(механической) в другие виды – это тепловые и электрические явления.

Химические явления – это химические реакции на поверхностях скольжения, влияющие на скорость износа рабочих поверхностей резца (затупления). К настоящему времени наиболее разработана механико–математическая теория резания древесины ( И.А. Тиме, М.А. Дешевой, С.А. Воскресенский и т.д.), рассматривающая процесс на основании законов механики и теории сопротивления материалов. При этом сочетаются результаты аналитических (теоретических) и экспериментальных исследований. Дальнейшее развитие теории резания связано с изучением молекулярных процессов на поверхностях скольжения древесины по резцу ( Е.Г. Ивановский), развитием физико – технологической теории резания (А.Л. Бершадский).

Процесс резания может быть реализован разными способами. По виду объекта, действующего на заготовку, различают резание твердым резцом, световым лазерным лучом, гидравлической струей и т.д. Основным в современной технологии является резание твердыми резцами из металлов или твердых сплавов (резцовое резание).

Резцовое резание также можно классифицировать по разным признакам: 1) по способу получения заданной поверхности: а) бесстружечное резание, при котором заданная поверхность получается без снятия стружек путем отделения за один проход резца малодеформированного среза материала; б) стружечное резание, при котором для получения заданной поверхности с заготовки срезаются стружки, получающие в обычных условиях резания деформации по всему или значительной части объема; 2) по степени сложности: а) элементарное (простое) резание, не поддающееся дальнейшему упрощению; б) сложное резание, используемое в реальных деревообрабатывающих станках.

Для понимания процессов сложного резания их раскладывают на составные элементы, сводя к более простым процессам элементарного резания с его закономерностями. Классификация процессов сложного резания будет дана далее.

Движение в процессе резания.

Рассмотрим элементарную технологическую задачу, решаемую резанием. Пусть с заготовки требуется удалить

припуск ab b₃a₃, чтобы получить плоскую обработанную поверхность a₃b₃ заданного уровня шероховатости.

Простейшее решение – установить резец в положение III и, переместив его по стрелке, срезать с заготовки весь припуск. Однако при большой величине припуска значительные силы резания могут деформировать или поломать резец, а качество обработки может оказаться недостаточно низким. Организуют послойное удаление припуска. Резцу сообщают движение резания из положения I по стрелке, в результате отделяется первая стружка толщиной h и на заготовке формируется поверхность резания a₁b₁. Для формирования заданной поверхности a₃b₃ нужно срезать еще ряд стружек (две), поэтому резец возвращают в исходное положение движением возврата и, сообщая движение подачи вертикально вниз перемещают в новое положение II, определяющее толщину следующей стружки h2 и т.д. Рассмотренные движения могут быть приданы как резцу, так и заготовке. Дадим теперь некоторые определения.

Слой – это часть материала, которая будет срезана с обрабатываемого объекта за один проход резца.

Стружка – это часть материала, срезанная с обрабатываемого объекта за один проход резца. При обработке на ножницах, высечках и штампах отделяемые части материала носят название срезов. Поверхность, образованная после отделения стружки, называется поверхностью резания.

Движение резания – абсолютное движение резца или заготовки, необходимое и достаточное для срезания одной стружки.

Движение подачи – это абсолютное движение резца или заготовки, благодаря которому осуществляется последовательное срезание стружки. В ряде случаев резцу одновременно с движением резания сообщают дополнительное движение вдоль лезвия или профилирующие вертикальное движение перпендикулярно лезвию. Движения резания, подачи, дополнительное или профилирующее, определяющее геометрию стружки и поверхности резания, рабочие угловые параметры резца, называются рабочими движениями.Главными рабочими движениями, без от которых обработка резанием невозможна, являются движения резанием и подачи.

Движение возврата резца (а также движение отвода и установки, когда требуется избежать трения о поверхность заготовки и дополнительного износа) составляет обратный ход резца. При правильной организации процесса резание число разновидностей движений наименьшее. Каждое из движений характеризуется траекторией движения лезвия и законом движения его вдоль траектории. В процессах резания древесины траекториями рабочих движений являются, обычно, прямая или окружность. Главные рабочие движения в большинстве случаев осуществляются с постоянной по величине скоростью. Принято скорость резания V измерять метрами в секунду ( м/с), а скорость подачи U – метрами в минутах (м/мин.). Для повышения производительности процесса, уменьшения усилий резания и повышения качества обработки резцу обычно одновременно с движением резания сообщают движение подачи. При этом имеет место сложное движение лезвия резца относительно заготовки. Скорость абсолютная Va равна геометрической сумме скоростей рабочих движений резания. В большинстве случаев Va = V+U. В условиях обработки на дереворежущих станках V>>U, поэтому Va мало отличается от V и для практических расчетов часто принимают траекторию и скорость движения резания за абсолютную траекторию и скорость Va лезвия резца, указывая вносимую при этом погрешность.

Геометрия резца.

Под геометрией резца понимают совокупность характеристик его формы и расположения в пространстве.

В режущей части клина резца выделяют П – переднюю поверхность, обращенную к формируемой на заготовке поверхности резания; Б - правую и левую относительно направления V боковые поверхности; Лг – главное лезвие; Лб – боковые лезвия; К – заднюю кромку, не играющюю активной роли в процессе резания. Угловые параметры резца рассматривают в статике и в динамике (движении). В первом случае не учитывают скорость подачи U. Скорость резания V принимается во внимание для выбора базы при отсчете углов - плоскости, проходящей через Лг и V (плоскость резания). Обычно углы резца измеряются в плоскости, перпендикулярной лезвию. Угол между П и З называют углом заточки b (если поверхности резца кривые, угол измеряют между касательными к ним в вершине). Угол резания d определяет положение П и измеряется между ней и плоскостью резания. Задний угол a измеряется между З и плоскостью резания. Передний угол g измеряется между П и плоскостью, проходящей через Лг и нормальной к плоскости резания. Считают, что передний угол и задний угол положительные, если они располагаются вне тела резца и отрицательные в противном случае

В любом случае с учетом знака справедливо g+b+a=90; d = a+b

Углы резца в статике – номинальные углы, указываются на чертежах, используются при изготовлении инструмента, контроле и установке в станок. Угловые параметры резца в движении (рабочие) отличаются от номинальных, т.к. Va отличается по направлению от V. В общем случае рабочий задний угол уменьшается на величину угла движения j_д: aр=a-j_д. Величина j_д определяется как j_д=arctg(sinj/(60V/(U+cosj))). При j=90. j_д=arctg(U/60V). Соответственно на j_д уменьшается d_р=d-j_д и увеличивается g_р=g+j_д. Изменение улов резца в движение учитывают при назначении режима: неудачное соотношение U и V может привести к недопустимо малой величине a_р; или при выборе номинальных углов инструмента или ее заданном режиме резания и j_д. Когда вектор абсолютной скорости резания Va не совпадает с нормалью к лезвию, как это имеет место при резании заготовки со скошенным резцом или при наличии дополнительного движения V_д резца вдоль лезвия, рабочие угловые параметры резца определяются в плоскости движения Д-Д. Плоскость движения Д-Д нормальна к плоскости резания P и проходит через Va.

Связь между углом резания d_р, измеренным в плоскости движение Д-Д, и углом резания d, измеренном в нормальном сечение Н-Н, выражается зависимостью tgd_р=tgdcos l, где l - угол между нормалью Н-Н к лезвию и вектором Va в плоскости резания.