N
Рис. 3. Лезвие реального резца
У реального резца, проработавшего очень непродолжительное время или даже у только что заточенного, переход от передней грани к задней происходит по некоторой кривой поверхности a’abb’.
В целях упрощения расчетов истинная поверхность лезвия заменяется вписанной в нее цилиндрической поверхностью.
Тогда в нормальном сечении резца контур лезвия будет представлять собой дугу окружности радиуса ρ; грани резца касаются этой окружности в точках a и b. Радиус ρ служит показателем степени затупления резца, благодаря чему его называют радиусом затупления. У острых резцов величина ρ составляет 5…20 мкм, у тупых – 40…60 мкм и более.
Процесс резания осуществим только при осуществлении двух движений - главного
(движение резани я - перемещение резца, необходимое для срезания одной стружки) и движения подачи, т.е. движение резца относительно обрабатываемой заготовки или же заготовки относительно резца, необходимого для срезания повторных стружек. Сложение этих двух движений дает результирующее движение резца в материале.
|
|
Каждое из этих двух движений характеризуется скоростью и траекторией. Необходимо знать определение указанных понятии.
По рекомендованной литературе следует уяснить целью каких процессов станочной обработки является получение стружки-продукта и в каких процессах получение требуемых размеров деталей сопровождается получением стружки-отхода.
Следует также знать, что стружка - это часть материала, заключенная между предыдущей и последующей поверхностями резания. Форма и размеры стружки при прочих одинаковых условиях оказывают решающее значение на энергетику (силу и мощность) и качество резания.
По рекомендованной литературе следует уяснить целью каких процессов станочной обработки является получение стружки-продукта и в каких процессах получение требуемых размеров деталей сопровождается получением стружки-отхода.
Следует также знать, что стружка - это часть материала, заключенная между предыдущей и последующей поверхностями резания. Форма и размеры стружки при прочих одинаковых условиях оказывают решающее значение на энергетику (силу и мощность) и качество резания.
Скорость резания и подачи сказывают большое влияние на производительность оборудования и качество обработки древесины. Скорость подачи обозначается буквой Uи измеряется в м/мин. Она обычно бывает указана в технической характеристике станка.
Скорость резания обозначаемся буквой V, измеряется в единицах м/с.
Для инструментов, имеющих вращательное движение, скорость резания определяется по формуле
|
|
V=П*D*n / 1000 * 60, м/с (1)
где V - скорость резания, м/с; D - диаметр инструмента, мм; n - частота вращения инструмента, мин-1.
В лесопильных рамах скорость резания определяется как средняя величина за ход пильной рамки, т.е.
V=2Sn / 1000*60, м/с (2)
где S - ход пильной ражи, мм;
n - частота вращения коленчатого вала, мин-1.
Следует уяснить, что с увеличением скорости резания повышается качество обработанной поверхности за счет возникновения так называемого "скоростного подпора", который получают перерезанные волокна древесины в дополнение к естественному сцеплению между ними. В результате уменьшатся неровности разрушения на обработанной поверхности.
С увеличением скорости подачи, наоборот, шероховатость обработанной поверхности возрастает за счет увеличения длины и глубины волн, оставляемых на ней резцом и называемых кинематическими неровностями.
Повышать скорость резания целесообразно путем повышения частоты вращения инструмента; увеличение диаметра инструмента в некоторых случаях приводит к излишней затрате мощности на резание и к увеличению отхода древесины. Так, например, при пилении круглыми пилами увеличение диаметра пилы приводит одновременно к ее утолщению и, следовательно, к увеличению ширины пропила.
Процессы резания древесины по способу получения заданной поверхности подразделяются на:
бесстружечное резание, к которому можно отнести разрезание - процесс деления, основанный на использовании ножниц, штампование (просечка, пробивка, вырубка);
стружечное резание, которое имеет место в большинстве процессов обработки на деревообрабатывающих станках.
Основной размер стружки толщина h- это расстояние между предыдущей и последующей поверхностями резания, измеренное по нормали к последующей поверхности в данной точке (см. рис.I и рис. 2).
Стружка также характеризуется длиной Lи шириной b.
Необходимо различать номинальные размеры, относящиеся к недеформированной стружке, и фактические размеры стружки, претерпевшей значительные деформации под действием резца. В расчетах по резанию пользуются номинальными размерами.
Если рассматривать обработанную поверхность детали как продукцию процесса резания, то характеристиками качества могут быть шероховатость поверхности, глубина слоя с остаточными деформациями и скрытыми дефектами в виде трещин в массиве материала, отклонение размеров формы и пр. Основным показателем качества резания все же является шероховатость поверхности, определяемая высотой неровностей. В свою очередь неровности обработанной поверхности определяются: а/ кинематикой процесса резания (волнистость, риски и т.д.); б/ особенностями стружкообразования (продольное, поперечное, торцовое и промежуточные виды резания); в/ состоянием материала (например, древесина сухая, влажная, мерзлая и т.д.).
При резании древесина оказывает сопротивление, для преодоления которого к резцу необходимо приложить внешнюю силу. Между резцом и древесиной возникают определенные взаимодействия. Резец испытывает нагрузку от давления, которое распределено по передней и задней граням, и от сил трения.
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 Sраскладывается 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 затяг ивающей (с и ла 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) численноравны между собой, но имеют разный физический смысл
Kраб = Дж/см3 = Н*1000 мм/(10мм)3 = H/мм2 = Ксила
|
|
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=Кт*аn*aw*aδ*av*ah*a ρ, н/мм2 (3)
где Кт - 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);
аn – поправочный коэффициент на породу древесина (приложение 3, таблица 5);
aw – поправочный коэффициент на влажность древесины (приложение 3, таблица 6)
aδ – поправочный коэффициент на угол резания;
av - поправочный коэффициент на скорость резания (приложение 3, таблица 8);
ah - 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=Кт*аn*aw*av *a ρ, н/мм2 (4)
Для определения величины Кт следует знать величину подачи на один резец Uzкоторая определяется по формуле:
Uz = 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
Uz = ∆*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 Sпроизведением 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.