Перспективные виды безстружечного деления

Современная механическая обработка древесины резанием при достигнутом высоком уровне технического совершенства, большой производительности и малых затратах на инструмент и оборудование имеет существенные недостатки:

1. при делении древесины имеются существенные потери в опилки, что снижает полезный выход;

2. высокие скорости главного движения и движения подачи служат причиной отнесения древесностружечных станков к категории машин повышенной опасности;

3. резание на высоких скоростях сопровождается шумом, в ряде случаев, превышающем стандартные нормы;

4. выделение большого количества отходов древесины в виде опилок и пыли создает проблемы связанные с защитой окружающей среды.

5. Дефицит некоторых инструментальных материалов.

6. Время на подготовку инструмента велико.

7. При механической обработке имеют место значительные силы резания, что в силу ограниченной прочности древесины и древесных материалов вызывает острую проблему качества.

8. Это же обстоятельство ограничивает возможности механической обработки в плане изготовления деталей сложной конфигурации.

Идут поиски новых, более совершенных способов обработки.

Были проведены опыты по резанию древесины струей воды, выбрасываемой с ультразвуковой скоростью 360…900м/с, при давлении до 350 МПа.

Делались попытка резания древесины плазменной струей температурой 10000…15000^ос, истекающей из сопла Æ0,1мм (при делении тонкой древесины). Однако резание с помощью этих носителей энергии еще не нашло промышленного применения в деревообработке.

В настоящее время наиболее перспективным для резани древесины и древесных пород представляется применение устройств на основе оптических квантовых генераторов – лазеров. Слово «лазер» - аббревиатура слов английского выражения «Light Amplification by stimulated Emission of radiation» - удаление света вынужденным излучением. Лазер состоит из активного вещества; помещенного в оптический резонатор, и источника возбуждения. В активном веществе (газ, полупроводники, жидкости, рубин и др.) происходит преобразование энергии, поступающей от источника возбуждения (газовый разряд, химическая реакция, ионизатор, газодинамический и др.), в монохроматическое (с неизменной длиной волны) когерентное (согласование по фазе) излучение светового диапазона, а в оптическом резонаторе – накопителе световой энергии – формирование узконаправленного излучения. Свойства лазерного луча позволяют осуществлять узколокализованный нагрев обрабатываемого материала до очень высоких температур, вызывая в нем разрушение. Древесина и древесные материалы в зоне воздействия лазерного луча превращаются в нагретые газы.

Рассмотрим схему технологической лазерной установки для раскроя листовых древесных материалов. Газовый (активное вещество СO₂) лазер 1 мощностью 200 Вт образует поток лучей 2 диаметром 15 мм. Пучок лучей с помощью системы зеркал 3 и 4 концентрируется и направляется на обрабатываемую заготовку 5. Для быстрого удаления продуктов сгорания обрабатываемого материала из зоны резания через сопло 6 с большой скоростью выбрасывается инертный газ, подаваемый через штуцер 7. Перемещение лазерного луча (режущего инструмента) относительно заготовки осуществляется автоматически по программе, задаваемой чертежом.

Технологические возможности установок для лазерного резания характеризуются потерями древесины (шириной образуемой щели) и продолжительностью резания (скоростью перемещения луча относительно материала).

Для тонких листовых материалов ширина щели составляет 0,3…0,4 мм, для фанеры толщиной 18 мм – 0,7 мм.

Лазерный луч приобретает способность разделения древесины лишь в зоне фокуса, поэтому деление толстых образцов (50 мм и более) затруднено.

Применение лазера обеспечивает получение чистовых деталей различной конфигурации без припусков на дальнейшую обработку при высоком качестве поверхностей кромок и минимальных потерях материала на разделение. Нет отходов в виде твердых опилок – нет шума и пыли. Имеются широкие возможности автоматизации операции.

Однако энергоемкость процесса лазерного деления велика, значительно больше, чем резцового резания. Стоимость оборудования очень высока, а сфера применения довольно ограниченная.