Основы резания древесины

Механическая обработка древесины производится двумя способами: с нарушением волокон (пиление, строгание, фрезерование, долбление, сверление, циклование и шлифование) и без нарушения волокон (гнутье, прессование, лущение шпона и строгание ножевой фанеры).

Обработка древесины ведется в основном с нарушением волокон древесины, причем наиболее распространенным методом обработки является резание.

Резание древесины различают со стружкообразованием (пиление, строгание, фрезерование, долбление, сверление, циклование и шли­фование) и без отделения стружки (образование шпона на лущильных станках, раскрой шпона на ножницах, строгание ножевой фанеры, раскалывание древесины, колка дров, клепок для бочек и др.).

Обработка древесины резанием производится режущим инструментом, имеющим один резец – нож, несколько резцов – фрезы и много резцов – пилы.

Процесс резания состоит в том, что под воздействием внешней силы металлический резец (нож), имеющий форму клина, внедря­ясь в древесину режущей кромкой (лезвием), перерезает волокна и отделяет их в виде опилок и стружки.

Рис. 3. Резание древесины резцом (а):

00' – режущая кромка – лезвие резца; 00’m’m – передняя поверхность резца; 00^\n^\n – задняя поверхность резца; 0тп, 0’m’n’, – боковые кромки;

tfda – плоскость резания; δ – угол резания; β – угол заострения,

α – задний угол; γ – передний угол; б – в торец; в – вдоль волокон;

г – поперек волокон; д – поперечно-торцовое; е – продольно-торцовое;

ж – продольно-поперечное; э – открытое; и – полузакрытое; к – закрытое;

1 – резец; 2 – древесина

В процессе резания образуется длинная стружка, при получении которой на поверхности древесины создаются неровности (вырывы). Чтобы этого избежать, стружку необходимо надломить, для чего в рубанке устанавливают стружколом (горбатик).

Резец (рис. 3, а) имеет форму клина и состоит из режущей кромки (лезвия), передней, задней и боковой поверхностей. Плоскость, вдоль которой прямолинейно продвигается режущая кромка резца, называется плоскостью резания. Угол β, образуемый передней и задней поверхностями резца, называется углом заострения, или углом заточки. Угол δ, образуемый передней поверхностью резца и плоскостью резания, называется углом резания. Задний угол α образуется между задней поверхностью резца и плоскостью резания. Передний угол γ образуется между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания.

Качество обработки древесины зависит от правильного выбора углов заострения: при большом угле заострения на резание затрачивается больше усилий, а при малом угле заточки лезвие быстро тупится, мнется и порою ломается.

Как установлено практикой, для ножей рубанков наиболее оп­тимальным углом заострения является (25 ± 5)°, а передний угол в зависимости от вида инструмента, материала и вида обработки находится в пределах 43...50°.

По отношению и направлению волокон различают три случая резания: в торец, вдоль и поперек волокон.

При резании в торец (рис. 3, б) плоскость резания и направление резания перпендикулярны волокнам древесины, при этом стружка скалывается по слоям, а поверхность получается шероховатой.

При резании вдоль волокон (рис. 3, в) плоскость резания и на­правление резания параллельны волокнам древесины, слои воло­кон легко разделяются, поверхность получается гладкой, форма стружки зависит от толщины снимаемого слоя. Толстая стружка надламывается по длине, а более тонкая получается в виде непре­рывной ленты (строгание фуганком).

При резании поперек волокон (рис. 3, г) плоскость резания па­раллельна волокнам древесины, а направление резания перпендикулярно им. Стружка получается непрочной, а поверхность – шероховатой. Лишь при тепловой обработке (распаривании) и при обжиме древесины перед резцом получается стружка в виде непрерывной ленты хорошего качества (лущение шпона).

Кроме основных имеются промежуточные случаи резания: поперечно-торцовое (рис. 3, д), продольно-торцовое (рис. 3, е), продольно-поперечное (рис. 3, ж).

При резании происходит ряд сложных явлений, вызванных внедрением резца в древесину и образованием элементов стружки. Чтобы яснее представить сам процесс резания, его следует расчленить на элементы. Если в процессе обработки резцом образуется одна поверхность резания (рис. 3, з) и стружка срезается со всей обрабатываемой поверхности, такое резание называется открытым. В том случае, когда при обработке образуются две поверхности резания (рис. 3, и), резание называется полузакрытым (образование четверти в брусках дверных коробок и др.). Когда при обработке древесины получаются три поверхности (рис. 3, к), резание назы­вается закрытым (выборка паза и др.).

Строгание древесины – процесс резания, при котором произво-. дится обработка поверхности древесины путем прямолинейного движения резца вдоль волокон (рубанок, фуганок и др.).

Фрезерование представляет собой процесс резания древесины вращающимися фрезами, при котором траекторией резания явля­ется циклоида (продольно-фрезерные и фрезерные станки и др.).

Свойства древесины разных пород неодинаковы, поэтому при­ходится затрачивать различные усилия при обработке разных по­род. Обрабатывать древесину сосны легче, чем древесину березы, а древесину березы легче, чем древесину дуба, отсюда: чем больше плотность древесины, тем труднее ее обрабатывать. Меньше усилий затрачивается на обработку влажной древесины, так как ее сопротивление разрушению ниже, чем сухой.

Большую роль для получения чисто обработанной поверхности древесины играет качество заточки резца (ножа). При работе тупым резцом волокна не перерезаются и не разделяются, а рвутся и мнутся, в результате чего получается нечистая поверхность. Острый резец легко разрезает или разделяет волокна, и поверхность получается чистой.

Шероховатость поверхности древесины характеризуется размер­ными показателями неровностей (риски, ворсистость, мшистость). При обработке шероховатость поверхности древесины зависит от направления волокон к обрабатываемой плоскости, толщины снимаемой стружки, величины угла заострения и скорости резания, числа резцов, качества их заточки, точности установки и др.

Качественная поверхность древесины получается при резании ее вдоль волокон, при подпоре волокон перед резцом и надламывании стружки. В рубанках волокна со стороны подошвы подпирает леток, а надламывается стружка стружколомом двойного ножа. При работе против слоя волокон получается большей частью нечистая поверхность (отщепи, отколы).

На шероховатость поверхности древесины оказывает влияние скорость резания. Под скоростью резания понимают скорость движения лезвия по траектории резания (относительная скорость движения резца), а под скоростью подачи – скорость, с которой механизм подачи подает деталь (заготовку) режущему инструменту.